هل تساءلت يوماً لماذا تكتسب تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد قوة متزايدة وتحل محل تقنيات التصنيع التقليدية القديمة؟
إذا حاولت حصر أسباب هذا التحول، فستبدأ القائمة حتماً بالتخصيص. فالناس يبحثون عن تجربة شخصية، وهم أقل اهتماماً بالتوحيد القياسي.
وبسبب هذا التحول في سلوك الناس وقدرة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على تلبية حاجة الناس إلى التخصيص، من خلال التخصيص، فإنها قادرة على استبدال تقنيات التصنيع التقليدية القائمة على التوحيد القياسي.
تُعدّ المرونة عاملاً خفياً وراء سعي الناس نحو التخصيص. ويُشكّل توفّر مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة في السوق، والتي تُمكّن المستخدمين من تطوير أجزاء أكثر مرونة ونماذج أولية وظيفية، مصدر سعادة غامرة لبعض المستخدمين.
تُعد الأزياء المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد والأطراف الاصطناعية المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مثالاً على التطبيقات التي ينبغي فيها تقدير مرونة الطباعة ثلاثية الأبعاد.
لا تزال الطباعة ثلاثية الأبعاد للمطاط مجالاً بحثياً وتطورياً. وحتى الآن، لا نمتلك تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمطاط، وسنضطر إلى اللجوء إلى بدائل أخرى ريثما يصبح المطاط قابلاً للطباعة بشكل كامل.
وبحسب الأبحاث، فإن أقرب البدائل للمطاط تُصنف ضمن فئة اللدائن الحرارية المرنة. وسنتناول في هذه المقالة أربعة أنواع مختلفة من المواد المرنة بالتفصيل.
تُعرف هذه المواد المرنة للطباعة ثلاثية الأبعاد بأسماء TPU وTPC وTPA وPLA المرن. سنبدأ بتقديم نبذة مختصرة عن مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة بشكل عام.
ما هو الخيط الأكثر مرونة؟
إن اختيار الخيوط المرنة لمشروع الطباعة ثلاثية الأبعاد التالي سيفتح عالماً من الإمكانيات المختلفة لمطبوعاتك.
لا يمكنك فقط طباعة مجموعة متنوعة من الأشياء المختلفة باستخدام خيوط الطباعة المرنة الخاصة بك، ولكن إذا كان لديك طابعة مزودة برأس طباعة مزدوج أو متعدد الرؤوس، فيمكنك طباعة أشياء مذهلة باستخدام هذه المادة.
يمكن طباعة الأجزاء والنماذج الأولية الوظيفية مثل النعال المصممة حسب الطلب، أو رؤوس الكرات المقاومة للضغط، أو ببساطة مخمدات الاهتزاز باستخدام طابعتك.
إذا كنت مصمماً على جعل خيوط فليكسي جزءاً من طباعة أغراضك، فمن المؤكد أنك ستنجح في جعل خيالك أقرب ما يكون إلى الواقع.
مع وجود العديد من الخيارات المتاحة اليوم في هذا المجال، سيكون من الصعب تخيل الوقت الذي مضى بالفعل في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد في غياب مادة الطباعة هذه.
كانت الطباعة باستخدام الخيوط المرنة في ذلك الوقت تجربةً شاقةً للغاية بالنسبة للمستخدمين. ويعود هذا الشقاء إلى عوامل عديدة تتمحور حول حقيقة واحدة مشتركة، وهي أن هذه المواد شديدة الليونة.
إن ليونة مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة جعلت طباعتها باستخدام أي طابعة أمراً محفوفاً بالمخاطر، بل كنت بحاجة إلى شيء موثوق به حقاً.
واجهت معظم الطابعات في ذلك الوقت مشكلة تأثير دفع الخيوط، لذلك عندما كنت تدفع شيئًا ما في ذلك الوقت بدون أي صلابة من خلال فوهة، فإنه سينحني ويلتوي ويقاوم ذلك.
كل من يعرف كيفية سكب الخيط من الإبرة لخياطة أي نوع من القماش يمكنه أن يفهم هذه الظاهرة.
بصرف النظر عن مشكلة تأثير الدفع، كان تصنيع الخيوط الأكثر ليونة مثل TPE مهمة شاقة للغاية، خاصة مع وجود تفاوتات جيدة.
إذا أخذت في الاعتبار ضعف التفاوت وبدأت التصنيع، فهناك احتمالات أن يتعرض الخيط الذي قمت بتصنيعه لعملية تصنيع رديئة، وانحشار، وعملية بثق سيئة.
لكن الأمور تغيرت، ففي الوقت الحالي، يوجد نطاق واسع من الخيوط المرنة، بعضها يتمتع بخصائص مرنة ومستويات متفاوتة من الليونة. ومن الأمثلة على ذلك خيوط PLA وTPU وTPE المرنة.
صلابة الشاطئ
هذا معيار شائع قد تراه لدى مصنعي خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث يذكرونه بجانب اسم مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بهم.
تُعرَّف صلابة شور بأنها مقياس مقاومة كل مادة للانضغاط.
تم اختراع هذا المقياس في الماضي عندما لم يكن لدى الناس أي مرجع عند الحديث عن صلابة أي مادة.
لذلك، قبل اختراع مقياس صلابة شور، كان على الناس استخدام تجاربهم لشرح صلابة أي مادة قاموا بتجربتها للآخرين، بدلاً من ذكر رقم.
يصبح هذا المقياس عاملاً مهماً عند النظر في اختيار مادة القالب لتصنيع جزء من نموذج أولي وظيفي.
فعلى سبيل المثال، عندما ترغب في الاختيار بين نوعين من المطاط لصنع قالب من الجبس لراقصة باليه واقفة، فإن صلابة شور ستخبرك بأن المطاط ذو الصلابة القصيرة 70 A أقل فائدة من المطاط ذي صلابة شور 30 A.
عادةً عند التعامل مع الخيوط، ستعرف أن صلابة شور الموصى بها للمادة المرنة تتراوح في أي مكان من 100A إلى 75A.
ومن الواضح أن مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة التي تتمتع بصلابة شور تبلغ 100A ستكون أكثر صلابة من تلك التي تتمتع بصلابة 75A.
ما الذي يجب مراعاته عند شراء خيوط الطباعة المرنة؟
هناك عوامل مختلفة يجب مراعاتها عند شراء أي خيوط طباعة ثلاثية الأبعاد، وليس فقط الخيوط المرنة.
ينبغي أن تبدأ من نقطة مركزية هي الأهم بالنسبة لك، مثل جودة المواد التي ستؤدي إلى جزء جيد المظهر من نموذج أولي وظيفي.
ثم يجب أن تفكر في الموثوقية في سلسلة التوريد، أي أن المواد التي تستخدمها مرة واحدة للطباعة ثلاثية الأبعاد يجب أن تكون متاحة باستمرار، وإلا سينتهي بك الأمر باستخدام أي كمية محدودة من مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد.
بعد التفكير في هذه العوامل، ينبغي مراعاة المرونة العالية وتوفر تشكيلة واسعة من الألوان، إذ ليس كل مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة متوفرة باللون الذي ترغب بشرائه.
بعد الأخذ بعين الاعتبار كل هذه العوامل، يمكنك مراعاة خدمة العملاء والسعر الذي تقدمه الشركة مقارنةً بالشركات الأخرى في السوق.
سنقوم الآن بإدراج بعض المواد التي يمكنك اختيارها لطباعة جزء مرن أو نموذج أولي وظيفي.
قائمة مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة
تتميز جميع المواد المذكورة أدناه ببعض الخصائص الأساسية، فهي مرنة وناعمة بطبيعتها. كما تتمتع هذه المواد بمقاومة ممتازة للإجهاد وخصائص كهربائية جيدة.
تتميز هذه المواد بقدرة استثنائية على امتصاص الاهتزازات ومقاومة الصدمات. كما أنها مقاومة للمواد الكيميائية والظروف الجوية، وتتمتع بمقاومة جيدة للتمزق والتآكل.
جميعها قابلة لإعادة التدوير وتتمتع بقدرة جيدة على امتصاص الصدمات.
متطلبات الطابعة للطباعة باستخدام مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة
هناك بعض المعايير التي يجب ضبط طابعتك عليها قبل الطباعة بهذه المواد.
يجب أن يتراوح نطاق درجة حرارة الطارد في طابعتك بين 210 و 260 درجة مئوية، بينما يجب أن يتراوح نطاق درجة حرارة السرير من درجة الحرارة المحيطة إلى 110 درجة مئوية اعتمادًا على درجة حرارة التحول الزجاجي للمادة التي ترغب في طباعتها.
يمكن أن تتراوح سرعة الطباعة الموصى بها عند الطباعة باستخدام المواد المرنة من خمسة ملليمترات في الثانية إلى ثلاثين ملليمترًا في الثانية.
يجب أن يكون نظام البثق في طابعتك ثلاثية الأبعاد من نوع الدفع المباشر، ويوصى باستخدام مروحة تبريد لتسريع عملية المعالجة اللاحقة للأجزاء والنماذج الأولية الوظيفية التي تقوم بتصنيعها.
التحديات التي تواجه الطباعة بهذه المواد
بالطبع، هناك بعض النقاط التي يجب مراعاتها قبل الطباعة بهذه المواد بناءً على الصعوبات التي واجهها المستخدمون سابقًا.
- من المعروف أن اللدائن الحرارية المرنة لا يتم التعامل معها بشكل جيد بواسطة طاردات الطابعة.
- تمتص هذه الخيوط الرطوبة، لذا توقع أن يزداد حجم الطباعة إذا لم يتم تخزينها بشكل صحيح.
-تعتبر اللدائن الحرارية المرنة حساسة للحركات السريعة، لذا قد تنثني عند دفعها عبر جهاز البثق.
مادة TPU
مادة TPU هي اختصار لمادة البولي يوريثان الحرارية. وهي شائعة جدًا في السوق، لذا عند شراء خيوط الطباعة المرنة، من المرجح أن تجد هذه المادة أكثر من غيرها.
تشتهر في السوق بامتلاكها صلابة أكبر وقدرة على البثق بسهولة أكبر من الخيوط الأخرى.
تتميز هذه المادة بقوة جيدة ومتانة عالية، كما تتمتع بنطاق مرونة عالٍ يتراوح بين 600 و700 بالمئة.
تتراوح صلابة شور لهذه المادة من 60 A إلى 55 D. وهي تتمتع بقابلية طباعة ممتازة، وهي شبه شفافة.
إن مقاومته الكيميائية للشحوم والزيوت تجعله أكثر ملاءمة للاستخدام مع طابعات ثلاثية الأبعاد. كما يتميز هذا المنتج بمقاومة عالية للتآكل.
يوصى بالحفاظ على نطاق درجة حرارة الطابعة بين 210 إلى 230 درجة مئوية ودرجة حرارة السرير بين درجة حرارة غير مسخنة و60 درجة مئوية أثناء الطباعة باستخدام مادة TPU.
يجب أن تتراوح سرعة الطباعة، كما ذكر أعلاه، بين خمسة وثلاثين مليمترًا في الثانية، بينما يُنصح باستخدام شريط كابتون أو شريط الرسام لضمان الالتصاق بالسطح.
يجب أن يكون جهاز البثق من نوع الدفع المباشر، ولا يُنصح باستخدام مروحة التبريد، على الأقل بالنسبة للطبقات الأولى من هذه الطابعة.
TPC
وهي اختصار لـ "البوليستر الحراري المشترك". كيميائياً، هي إسترات بولي إيثر تحتوي على تسلسل عشوائي متناوب من سلاسل الجليكولات الطويلة أو القصيرة.
الأجزاء الصلبة من هذا الجزء هي وحدات إستر قصيرة السلسلة، بينما الأجزاء اللينة عادة ما تكون بولي إيثرات أليفاتية وجليكولات بوليستر.
لأن مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد المرنة هذه تعتبر مادة هندسية، فهي ليست شيئًا تراه كثيرًا مثل مادة TPU.
يتميز مركب TPC بكثافة منخفضة ونطاق مرونة يتراوح بين 300 و 350 بالمائة. وتتراوح صلابته على مقياس شور بين 40 و 72 D.
يُظهر مركب TPC مقاومة جيدة للمواد الكيميائية وقوة عالية مع استقرار حراري جيد ومقاومة للحرارة.
أثناء الطباعة باستخدام مادة TPC، يُنصح بالحفاظ على درجة الحرارة في نطاق 220 إلى 260 درجة مئوية، ودرجة حرارة السرير في نطاق 90 إلى 110 درجة مئوية، ونطاق سرعة الطباعة مماثل لمادة TPU.
تي بي إيه
إن البوليمر الكيميائي المشترك من مادة TPE والنايلون المسمى بالبولي أميد الحراري هو مزيج من الملمس الناعم واللامع الذي يأتي من النايلون والمرونة التي تعد ميزة لمادة TPE.
يتميز بمرونة عالية ومطاطية تتراوح بين 370 و 497 بالمائة، مع صلابة شور تتراوح بين 75 و 63 أ.
يتميز هذا المنتج بمتانته الاستثنائية وقابليته للطباعة التي تضاهي جودة مادة TPC. كما أنه يتمتع بمقاومة جيدة للحرارة وتماسك ممتاز بين الطبقات.
يجب أن تكون درجة حرارة طارد الطابعة أثناء طباعة هذه المادة في نطاق 220 إلى 230 درجة مئوية، بينما يجب أن تكون درجة حرارة السرير في نطاق 30 إلى 60 درجة مئوية.
يمكن أن تكون سرعة الطباعة لطابعتك هي نفسها الموصى بها أثناء طباعة TPU وTPC.
يجب أن يكون التصاق قاعدة الطابعة قائمًا على مادة PVA، ويمكن أن يكون نظام الطارد من نوع الدفع المباشر أو من نوع Bowden.
تاريخ النشر: 10 يوليو 2023