مقدمه
یکی از ویژگی های بسیار مطلوب پرینت سه بعدی به عنوان یک فناوری ساخت، توانایی آن در تولید قطعات کاملا کاربردی برای موارد مصرف متعدد در صنایع مختلف و در شرایط عملیاتی گوناگون است. قطعات پرینت سه بعدی اغلب در کاربردهای با دمای بالا استفاده می شوند. با این حال، برای داشتن عملکرد مناسب در چنین محیطهایی، باید از مواد مقاوم در برابر حرارت ساخته شده باشند. این مقاله به توضیح برخی از بهترین مواد پرینت سه بعدی مقاوم در برابر حرارت جهت استفاده در کاربردهای با دمای بالا می پردازد.
بهترین مواد سه بعدی مقاوم در برابر حرارت
اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
ABS قادر است تا دمای 100 درجه ی سانتیگراد را تحمل نماید. دمای انحراف گرمایی آن بین 89-88 درجه ی سانتیگراد و نقطه ی ذوب آن حدود 200 درجه ی سانتیگراد است. ABS همچنین به دلیل دارا بودن استحکام و مقاومت در برابر ضربه شناخته شده است. این ویژگی ها به فرآیند چاپ قطعات اجازه میدهد تا در معرض اعمال فشار زیاد قرار گیرند. دمای تبدیل شیشه ای آن حدود 105 درجه ی سانتیگراد بوده و در برابر اسیدهای آبی، فسفری و هیدروکلریک بسیار مقاوم است.
· فناوری: مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM)
· خواص مهم: مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر ضربه
· کاربردهای متداول: لوله های تخلیه/ فاضلاب، دستگاه های تنفسی، محفظه ی قطعات الکتریکی
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس ABS به کمک فرآیند FDM
ULTEM 1010
ULTEM 1010 دارای بالاترین مقاومت حرارتی، مقاومت شیمیایی و استحکام کششی در مقایسه با سایر ترموپلاستیک های FDM است. این ماده در انواع شفاف، مات و شیشه ای موجود بوده و کاربرد گستردهای در ساخت ابزارهای سفارشی برای تولید قطعات فلزی یا پلاستیکی، ابزارهای پزشکی و قالب های مقاوم در برابر دما دارد.
این ماده یک ترموپلاستیک پلی اتریمید دارای عملکرد بالا با نقطه ذوب 340 درجه ی سانتیگراد و دمای تبدیل شیشه ای 216 درجه ی سانتیگراد است. ULTEM 1010 کمترین ضریب انبساط حرارتی را داشته و همچنین دارای گواهینامه های تماس با مواد غذایی و زیست سازگاری است که آن را برای کاربرد در صنایع غذایی ایده آل می سازد.
· فناوری: مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM)
· خواص مهم: مقاومت حرارتی عالی، استحکام کششی، ضریب انبساط حرارتی کم
· کاربردهای متداول: ابزار پزشکی، قالب های مقاوم در برابر دما
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس ULTEM 1010 به کمک فرآیند FDM
CE 221 (سیانات استر)
این ماده به دلیل مقاومت در برابر دمای بالا و استحکام شناخته شده و به خاطر دمای انحراف گرمایی زیاد، می توان آن را با خیال راحت در کاربردهایی با نیازهای حرارتی بالا استفاده نمود.
رزین CE 221 دارای پایداری حرارتی طولانی مدت با دمای تبدیل شیشه ای در حدود 225 درجه ی سانتیگراد و دمای انحراف گرمایی 231 درجه ی سانتیگراد است. این ماده قادر به تحمل فشار بالا بوده و سطحی بسیار دقیق را ارائه می دهد.
· فناوری: کربن DLS
· خواص مهم: پایداری حرارتی، استحکام، مقاومت در برابر فشار بالا
· کاربردهای متداول: محصولات صنعتی، قطعات مونتاژی الکترونیکی، منیفولدهای سیال
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس CE 221 به کمک فرآیند کربن DLS
ULTEM 9085
این ماده دارای نسبت استحکام به وزن بالا، استحکام ضربه ی بالا و مقاومت حرارتی خوب است. ULTEM 9085 در برابر شعله بسیار مقاوم می باشد. در تولید نمونه های اولیه و همچنین ابزار مورد استفاده در صنایع هوافضا و خودرو کاربرد دارد. این ماده دارای دمای تبدیل شیشه ای 186 درجه ی سانتیگراد و دمای انحراف گرمایی 153 درجه ی سانتیگراد است.
ULTEM 9085 با استحکام مکانیکی عالی و وزن سبک خود، برای تولید قطعات نهایی بسیار مناسب است.
· فناوری: مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM)
· خواص مهم: مقاومت در برابر شعله، مقاومت در برابر ضربه
· کاربردهای متداول: قید و بندها، قالب های کامپوزیتی
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس ULTEM 9085 به کمک فرآیند FDM
پلی کربنات (PC)
این ماده دارای نقطه ذوب کریستالی در حدود 230 تا 260 درجه ی سانتیگراد و دمای تبدیل شیشه ای 147 درجه ی سانتیگراد می باشد. پلی کربنات ماده ای سخت و بی شکل با مقاومت ضربه ای بالا، پایداری و خواص الکتریکی خوب بوده و با دمای انحراف گرمایی 140 درجه ی سانتیگراد، دارای محدوده ی دمایی وسیع تری جهت استفاده است. این ماده به طور گسترده برای تولید کلاه های ایمنی، لنز چراغ های جلوی اتومبیل و شیشه های ضد گلوله استفاده می شود.
· فناوری: مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM)
· خواص مهم: شفافیت، انعطاف پذیری
· کاربردهای متداول: لنزهای پلاستیکی عینک ها، تجهیزات حفاظتی، قطعات خودرو
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس پلیکربنات به کمک فرآیند FDM
PEEK
این ماده دارای مقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی خشن، استحکام مکانیکی و همچنین پایداری ابعادی بالا است. دمای ذوب آن 343 درجه ی سانتیگراد و دمای تبدیل شیشهای آن نیز 143 درجهی سانتیگراد می باشد. PEEK توانایی حفظ سختی خود در دماهای بالا را داشته و برای استفاده ی مداوم در دماهای تا 170 درجه ی سانتیگراد مناسب است. این ماده در صنایع هوافضا، نفت و گاز و تولید نیمه هادی ها استفاده می شود.
· فناوری: مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM)
· خواص مهم: مقاومت شیمیایی، سختی خوب، مقاومت در برابر بخار و آب
· کاربردهای متداول: قطعات نیمه هادی، شیرها و پمپ ها، ماشین آلات فرآوری مواد غذایی
ماده ی شفاف شبیه PC و مقاوم در برابر حرارت / Accura 48
این یک ماده ی مقاوم در برابر درجه حرارت بالا است که برای قطعات نیازمند استحکام و سختی زیاد مناسب بوده و به طور گسترده جهت ساخت نمونه های اولیه ی قطعات الکترونیکی و روشنایی استفاده می شود. همچنین خواص پیشرفته ی دقیق تری را ارائه می دهد.
این ماده ی شفاف شبیه PC و مقاوم در برابر حرارت، در فشار آزمایشی 0.46 مگاپاسکال، دارای دمای انحراف گرمایی بین 70 تا 85 درجه ی سانتیگراد می باشد. این انحراف گرمایی را می توان با فرآیند پساعملیات حرارتی تا حدود 135 درجه ی سانتیگراد نیز افزایش داد.
· فناوری: استریولیتوگرافی (SLA)
· خواص مهم: مقاومت در برابر دما، استحکام بالا، سختی
· کاربردهای متداول: قطعات الکترونیکی و روشنایی
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس ماده ی شفاف شبیه PC و مقاوم در برابر حرارت / Accura 48 به کمک فرآیند SLA
آلومینیوم AlSi10Mg
آلومینیوم AlSi10Mg دارای استحکام عالی در دماهای بالا (حدود 200 درجه ی سانتیگراد) است. مقاومت خوبی در برابر خوردگی داشته و به راحتی می توان آن را پولیش کاری نمود. با نقطه ذوب 670 درجه ی سانتیگراد، کارایی و مقاومت در برابر ترک حرارتی خوبی دارد. مقاومت به خستگی آن نیز N/mm2 110 بوده و عالی است.
خواص این ماده، امکان چاپ هندسه های پیچیده را فراهم ساخته و به طور گسترده در تولید قطعات وسایل نقلیه، ماشین آلات و هواپیماها استفاده می شود. در دمای اتاق دارای استحکام کششی 450 مگاپاسکال است.
· فناوری: تفجوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)
· خواص مهم: وزن سبک، مقاومت در برابر تنش
· کاربردهای متداول: موتورها
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس آلومینیوم 1706 به کمک فرآیند DMLS
فولاد ضد زنگ 1.4404 / L316
فولاد ضد زنگ L316 برای استفاده های مداوم تا دمای 550 درجه ی سانتیگراد مناسب است. این ماده کم کربن بوده و یک فولاد ضد زنگ حاوی کروم، نیکل و مولیبدن با نقطه ذوب 1400 درجه ی سانتیگراد می باشد. همچنین دارای مقاومت در برابر خوردگی و پایداری عالی در محیط های بر پایه ی کلر و اسیدهای غیراکسید کننده است. مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری، این ماده را برای کاربرد در چندین صنعت از جمله هوافضا، پزشکی و خودرو ایده آل ساخته است.
· فناوری: تفجوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)
· خواص مهم: مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری
· کاربردهای متداول: تجهیزات آزمایشگاهی، مبدل های حرارتی، پیچ و مهره ها
قطعه ی پرینت سه بعدی از جنس فولاد ضد زنگ 316L به کمک فرآیند DMLS
اینکونل 718 (سوپرآلیاژ نیکل کروم)
اینکونل 718 یک سوپرآلیاژ با استحکام بالا بر پایه ی نیکل و کروم بوده و در برابر خوردگی، فشار شدید و دمای بالا تا 700 درجه ی سانتیگراد نیز مقاوم است. این ماده در دمای حدود 1400 درجه ی سانتیگراد ذوب می شود. مقاومت کششی آن 1035 مگاپاسکال بوده و در عین حال شکننده است و در زمان استفاده از ابزارهای برش سخت، قابلیت ماشینکاری خوبی دارد. این ماده به طور گسترده در تولید تجهیزات نظامی و صنعت هوافضا استفاده می شود.
· فناوری: تفجوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)
· خواص مهم: مقاومت در برابر خوردگی، شکننده، استحکام مکانیکی
· کاربردهای متداول: قطعات موتور توربین گاز، جداره ی کمپرسور، کفشک های پایینی قالب ها
خواص مواد سه بعدی مقاوم در برابر حرارت
جدول زیر نقطه ذوب و دمای تبدیل شیشه ای 10 مورد از بهترین مادههای مقاوم در برابر حرارت را برای پرینت سه بعدی مقایسه می نماید:
ماده |
نقطه ذوب |
دمای تبدیل شیشه ای |
استحکام کششی |
ABS |
C200° |
C105° |
MPa42.5-44.8 |
ULTEM 1010 |
C340° |
C216° |
MPa 105 |
CE 221 |
- |
C225° |
MPa 92 |
ULTEM 9085 |
- |
C186° |
MPa 71.6 |
PC |
C230-260° |
C147° |
MPa 60 |
PEEK |
C343° |
C143° |
MPa 110 |
آلومینیوم AlSi10Mg |
C670° |
- |
MPa 450 |
فولاد ضد زنگ L316 |
C1400° |
- |
MPa520-690 |
اینکونل 718 |
C1370-1430° |
- |
MPa 965 |
ماده ی شفاف شبیه PC و مقاوم در برابر حرارت / Accura 48 |
دمای انحراف گرمایی در 0.46 مگاپاسکال پس از عملیات حرارتی:C ° 170-250 |
دمای تبدیل شیشه ای UV و پس از عملیات حرارتی: C° 122 |
MPa 50 |
نتیجه گیری
مجموعه 3DHUB با استفاده از این مواد و فناوری ها، پرینت سه بعدی سریع، قابل اعتماد و بسیار دقیقی را به صورت آنلاین ارائه می دهد. شما می توانید برای استعلام قمیت قطعه خود را داخل سایت آپلود کنید یا جهت مشاوره می توانید با همکاران ما تماس بگیرید.