کدام مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز مناسب‌ترند؟ معرفی ۶ گزینه برتر

شاید تصور کنید برای ساخت قطعه‌ای مقاوم در محیط بیرون، فقط باید به مقاومت در برابر نور خورشید توجه کرد؛ اما واقعیت این است که مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز باید ویژگی‌های متنوع‌تری داشته باشند. عواملی مانند رطوبت، تغییرات دما، پایداری رنگ در برابر UV و حتی تماس با مواد شیمیایی، همگی می‌توانند به مرور زمان بر عملکرد و دوام قطعات چاپ‌شده تأثیر بگذارند.

محصولاتی مثل مبلمان باغی، ابزارهای فضای سبز یا حتی برخی اسباب‌بازی‌ها معمولاً از موادی مانند پلی‌اتیلن ساخته می‌شوند؛ اما این ماده به دلیل نقطه ذوب پایین و چسبندگی ضعیف بین لایه‌ها برای چاپ سه‌بعدی مناسب نیست. بنابراین باید به دنبال جایگزین‌هایی مقاوم و مخصوص فضای باز در دنیای پرینت سه‌بعدی باشیم.

فرقی نمی‌کند قطعه‌ای کاربردی مانند پایه دوربین یا نگهدارنده کابل طراحی می‌کنید یا به دنبال ساخت یک سازه تزئینی برای حیاط یا تراس هستید، انتخاب درست مواد چاپ سه بعدی برای فضای باز تأثیر مستقیمی بر دوام و عملکرد آن در برابر عوامل محیطی خواهد داشت. البته هیچ ماده‌ای وجود ندارد که به‌تنهایی در برابر تمام این عوامل مقاوم باشد، به همین دلیل باید با توجه به نیاز خود، بهترین گزینه را انتخاب کنید.

در ادامه، با ۶ تا از بهترین مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز آشنا می‌شویم و بررسی می‌کنیم که چرا این مواد نسبت به بقیه برتری دارند.

بهترین مواد پرینت سه بعدی برای استفاده در فضای باز

هنگام انتخاب مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز، تنها عامل مؤثر مقاومت در برابر اشعه UV نیست. رطوبت، دمای بالا و پایین، تغییرات ناگهانی آب‌و‌هوا و حتی تماس با مواد شیمیایی می‌توانند در بلندمدت به قطعات آسیب بزنند. در این بخش، برخی از بهترین مواد چاپ سه‌ بعدی برای فضای باز را معرفی می‌کنیم که با ویژگی‌هایی مثل جذب پایین رطوبت، دمای انتقال شیشه‌ای بالا (Tg) و پایداری شکل و رنگ، برای کاربردهای بیرونی انتخاب مناسبی محسوب می‌شوند.

برای مثال، موادی مانند PETG و ASA به‌دلیل مقاومت بالا در برابر UV و رطوبت، عملکرد خوبی در محیط‌های بیرونی دارند. در حالی که پلی‌کربنات (PC) با Tg بسیار بالا و خواص مقاومتی عالی، گزینه‌ای مقاوم‌تر ولی چالش‌برانگیزتر برای چاپ است. همچنین برخی مواد مانند TPU با انعطاف‌پذیری بالا، مناسب قطعات خاص‌تر هستند، اگرچه ممکن است در برابر رطوبت یا گرما کمی ضعیف‌تر عمل کنند.

در جدول زیر، ویژگی‌های کلیدی برخی از بهترین مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز را به‌صورت خلاصه مقایسه کرده‌ایم تا انتخاب آگاهانه‌تری داشته باشید. توجه داشته باشید که ویژگی‌های هر فیلامنت ممکن است بسته به برند و افزودنی‌های به‌کاررفته کمی تفاوت داشته باشد، پس همیشه مشخصات فنی آن را بررسی کنید.

در ادامه با هر یک از این متریال‌ها بیشتر آشنا میشویم:

PETG (پلی‌اتیلن ترفتالات گلیکول): از محبوب ترین مواد پرینت سه بعدی برای استفاده در فضای باز

فیلامنت PETG یکی از گزینه‌های محبوب و مناسب بین مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز است. این ماده به خاطر استحکام خوب، مقاومت در برابر ضربه و دوام بالا در شرایط محیطی شناخته شده است و برای ساخت وسایلی مانند گلدان‌ها و چراغ‌های بیرونی مورد استفاده قرار میگیرد. PETG مقاومت قابل قبولی در برابر اشعه UV دارد و کمتر در برابر نور خورشید دچار زردشدگی یا خرابی می‌شود، هرچند مقاومت آن نسبت به پلی‌کربنات (PC) که یک ماده شفاف است، کمتر است.

PETG همچنین مقاومت مناسبی در برابر مواد شیمیایی دارد و برای محیط‌های بیرونی که احتمال تماس با عوامل مختلف وجود دارد، انتخاب خوبی است. اما چون یک ترموپلاستیک است و از خانواده پلی‌استرها محسوب می‌شود، در معرض گرمای زیاد می‌تواند دچار تغییر شکل شود؛ بنابراین بهتر است از قرار دادن آن در معرض نور مستقیم و شدید خورشید به مدت طولانی پرهیز کنید تا تاب‌خوردگی و تغییر فرم نداشته باشد.

نسخه‌های خاصی از PETG با مقاومت UV تقویت شده نیز وجود دارد، مانند فیلامنت Eolas Prints PETG UV resistant که رنگ آن حداقل تا پنج سال در برابر نور خورشید پایدار می‌ماند. البته این نسخه‌های مقاوم در برابر UV معمولاً برای استفاده‌های غذایی مناسب نیستند. همچنین می‌توانید با استفاده از نسخه‌های PETG تقویت شده با فیبر شیشه‌ای (PETG GF UV) که توسط شرکت‌هایی مانند Nanovia عرضه می‌شود، استحکام این نوع PETG را بیشتر کنید.
PETG به دلیل ترکیب مناسب ویژگی‌ها، قیمت مقرون به صرفه و وجود نسخه‌های بازیافتی در بازار، یکی از بهترین انتخاب‌ها برای پرینت سه‌بعدی قطعات و محصولات مورد استفاده در فضای باز به شمار می‌رود.

ASA (آکریلونیتریل استایرن آکریلات) با مقاومت بالا در برابر UV و شرایط سخت یکی از بهترین مواد چاپ سه بعدی برای فضای باز

ASA ماده‌ای است که به طور ویژه برای تحمل شرایط سخت بیرونی طراحی شده و انتخاب ایده‌آلی برای از بین مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز است چرا که خواص مکانیکی و رنگ خود را از دست نمی‌دهد. این ماده مقاومت بسیار بالایی در برابر اشعه UV دارد، به همین دلیل رنگ آن در طولانی‌مدت پایدار باقی می‌ماند و از تخریب ناشی از نور خورشید جلوگیری می‌کند.

فیلامنت ASA همچنین خواص مکانیکی خود را در طیف وسیعی از دما حفظ می‌کند؛ بنابراین برای محصولاتی که در طول سال در فضای باز استفاده می‌شوند و ممکن است در زمستان منجمد و در تابستان گرم شوند، گزینه بسیار مناسبی است. مقاومت ASA در برابر مواد شیمیایی، روغن‌ها و حلال‌ها نیز خوب است، که آن را برای کاربردهایی که در معرض این مواد قرار دارند، مناسب می‌سازد. نسخه‌های ترکیبی ASA مانند ASA/PC و ASA/PVC نیز وجود دارند که خواص مکانیکی بهتری ارائه می‌کنند و می‌توانند انتخاب‌های پیشرفته‌تری باشند.
اگرچه ASA به خاطر مقاومت مکانیکی و ویژگی‌های فضای بازش گزینه بسیار خوبی است، ولی هنگام چاپ نیاز به دمای نازل بالا (حدود 230 درجه سانتی‌گراد) دارد و در هنگام پرینت ممکن است بخارات مضر تولید کند. با این حال، اگر قصد سفارش قطعه از خدمات پرینت سه‌ بعدی را دارید، ASA بهترین گزینه برای انواع قطعات فضای باز خواهد بود.

نایلون با تثبیت‌کننده‌های UV (PA11 و PA12): مواد پرینت سه بعدی مقاوم و بادوام برای استفاده در فضای باز

نایلون (خصوصاً نایلون PA12 و نسخه دوست‌دار محیط زیست نایلون PA11) به خاطر استحکام، مقاومت و انعطاف‌پذیری شناخته شده است و به همین دلیل ماده‌ای چندکاره برای کاربردهای فضای باز محسوب می‌شود. این ماده مقاومت ضربه‌ای عالی دارد و می‌تواند بدون ترک خوردگی یا شکست در برابر خم شدن و فشارهای متغیر مقاومت کند، که آن را به یکی از بهترین مواد پرینت سه بعدی براس استفاده در فضای باز به ویژه برای ساخت قطعات عملکردی که تحت بارهای متفاوت قرار می‌گیرند، تبدیل می‌کند. نایلون مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی دارد، اما جذب رطوبت نیز دارد.

نسخه PA11 نسبت به PA12 در برابر اشعه UV کمتر آسیب‌پذیر است و معمولاً در کاربردهای فضای باز که قرارگیری طولانی مدت در معرض نور خورشید دارند، مانند قطعات خودرو، تجهیزات فضای باز و سازه‌های معماری استفاده می‌شود. همچنین مقاومت خوبی در برابر بسیاری از مواد شیمیایی معمولی مانند روغن‌ها، گریس‌ها، سوخت‌ها، حلال‌ها و محلول‌های قلیایی دارد.

اگر به دنبال نایلونی هستید که به طور خاص برای استفاده در فضای باز طراحی شده باشد، به دنبال پلی‌آمید 11 تثبیت شده با افزودنی‌های UV باشید. تثبیت‌کننده‌های UV که در حین تولید فیلامنت به نایلون اضافه می‌شوند، با جذب یا مسدود کردن اشعه UV از شکستن زنجیره‌های پلیمری جلوگیری می‌کنند؛ این فرآیند مانع از شکنندگی، تغییر رنگ و از دست رفتن خواص مکانیکی نایلون می‌شود.

جذب‌کننده‌های UV مانند بنزوتریازول‌ها، اشعه مضر UV را پیش از اینکه به نایلون آسیب برسانند جذب می‌کنند. حتی با وجود تثبیت‌کننده UV، پوشش دادن چاپ‌های نایلونی با اسپری شفاف مقاوم به UV می‌تواند طول عمر قطعات را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
اگر استحکام و دوام قطعات عملکردی فضای باز اولویت شماست، هیچ ماده‌ای بهتر از PA11 نیست، مخصوصاً نسخه‌های تقویت شده با فیبر کربن یا فیبر شیشه. این ماده بهترین انتخاب ما برای وسایل ورزشی و قطعاتی است که عملکرد دارند، مانند قفل‌ها. همچنین برای قطعاتی که ممکن است با مواد شیمیایی مانند دود اگزوز موتور در تماس باشند، بسیار مناسب است.

PC (پلی‌کربنات): بهترین انتخاب از بین مواد پرینت سه‌ بعدی مقاوم در برابر اشعه UV برای استفاده در فضای باز

فیلامنت پلی‌کربنات(PC) یکی از محبوب‌ترین مواد پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز به ویژه برای ساخت قطعاتی است که نیاز به مقاومت بسیار بالا در برابر اشعه UV دارند و معمولاً از PETG بهتر عمل می‌کند، هرچند قیمت آن معمولاً بالاتر است. این ماده برای کاربردهای فضای باز که در معرض مستقیم نور خورشید هستند، بسیار مناسب است و در چراغ‌های فضای باز کاربرد فراوانی دارد.

پلی‌کربنات به‌خاطر خواص مکانیکی عالی مانند مقاومت بالا در برابر ضربه، استحکام و دوام، همچنین مقاومت حرارتی و پایداری ابعادی، در پرینت سه‌بعدی بسیار پرکاربرد است. این ماده به عنوان جایگزینی شفاف برای شیشه شناخته می‌شود؛ چرا که ۲۵۰ برابر مقاوم‌تر از شیشه است و بدون ایجاد ترک، قابلیت سوراخ‌کاری دارد.

پلی‌کربنات می‌تواند به رنگ‌های مختلف درآید و شفاف یا مات باشد. همچنین با پلاستیک‌های دیگر ترکیب می‌شود تا مقاومت ضربه‌ای بیشتری کسب کند، مانند ترکیب PC-ABS که در بدنه پهپادها و قطعاتی که نیازمند استحکام بیشتر از ABS هستند، کاربرد دارد. برخی نمونه‌های پلی‌کربنات با افزودنی‌های فیبر کربن نیز موجود است.

اگرچه پلی‌کربنات به طور ذاتی مقاوم در برابر UV است، بعضی نسخه‌های آن حاوی تثبیت‌کننده‌های UV اضافی هستند تا دوام بیشتری در فضای باز داشته باشند.
برای قطعات مقاوم، شفاف یا نیمه‌شفاف فضای باز که نیاز به حفظ سختی در دماهای بالا دارند، پلی‌کربنات انتخاب بسیار خوبی است. این ماده گزینه اول ما برای چراغ‌های فضای باز و قطعات پهپاد است که در معرض نور خورشید قرار می‌گیرند.

TPU (ترموپلاستیک پلی‌اورتان): بهترین ماده انعطاف‌پذیر پرینت سه‌ بعدی برای استفاده در فضای باز

اگر قطعات فضای باز شما نیاز به انعطاف‌پذیری دارند، مانند اتصالات شیلنگ یا چرخ‌ها، فیلامنت TPU گزینه‌ای بی‌رقیب از بین مواد پرینت سه بعدی برای استفاده در فضای باز به منظور ساخت اینگونه قطعات است، چرا که جایگزین‌های زیادی برای پرینت سه‌بعدی با این ویژگی وجود ندارد. هرچند فیلامنت TPE (الاستومر ترموپلاستیک) مقاومت شیمیایی بیشتری دارد و TPC (کوپلی‌استر ترموپلاستیک) مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به TPU ارائه می‌دهد، اما بهبودهای جزئی آن‌ها معمولاً توجیه هزینه بیشتر را ندارد.

TPU به طور کلی مقاوم در برابر شرایط جوی است اما ممکن است در دماهای بسیار بالا عملکرد خوبی نداشته باشد. نقطه ذوب نسبتا پایین آن نسبت به برخی مواد دیگر باعث می‌شود قطعات پرینت شده با TPU در محیط‌های گرم دچار تغییر شکل شوند. با این حال، TPU ماده‌ای است که به شدت سفارشی‌سازی شده و تولیدکنندگان فیلامنت آن را برای کاربردهای خاص تنظیم کرده‌اند. برای مثال، BASF Forward AM مدل Ultrafuse TPU 85A را ارائه می‌دهد که برای مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی طراحی شده و انعطاف‌پذیری خوبی در دماهای پایین دارد و همچنین مقاومت بالایی در برابر روغن‌ها، گریس، اکسیژن و اوزون دارد.
اگرچه بسیاری از انواع TPU در طول زمان در فضای باز به دلیل تابش UV و جذب آب دچار تخریب می‌شوند، نمونه‌هایی نیز وجود دارند که مخصوص استفاده در فضای باز فرموله شده‌اند. ممکن است قیمت بالاتری داشته باشند، اما اگر انعطاف‌پذیری و دوام برای شما اولویت است، TPU بهترین گزینه شما خواهد بود.

PP (پلی‌پروپیلن): ماده مقاوم با جذب رطوبت کم برای پرینت سه‌ بعدی در فضای باز

فیلامنت پلی‌پروپیلن (PP) یک پلیمر ترموپلاستیک چندکاره است که به دلیل استحکام فیزیکی بالا و مقاومت شیمیایی فوق‌العاده‌اش بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از ویژگی برجسته PP که آن را به یکی از بهترین مواد پرینت سه بعدی برای استفاده‌ در فضای باز تبدیل میکند، جذب بسیار کم رطوبت و نفوذناپذیری بالای آن است. این خصوصیت باعث می‌شود پلی‌پروپیلن (PP) برای پروژه‌های فضای باز مانند سیستم‌های آب‌پاش که نیاز به مقاومت در برابر آب و استحکام دارند، گزینه‌ای عالی باشد.

پلی‌پروپیلن (PP) معمولاً در تولیدات سنتی مانند قالب‌گیری تزریقی برای مبلمان فضای باز استفاده می‌شود، چرا که در تابستان انعطاف‌پذیری و مقاومت خوبی نشان می‌دهد اما ممکن است در سرمای شدید زمستان شکننده شود.

نقطه ضعف PP مقاومت کمتر آن در برابر اشعه UV نسبت به دیگر پلیمرها است؛ تابش طولانی مدت نور خورشید می‌تواند باعث تخریب این ماده شود مگر آنکه فیلامنت PP دارای افزودنی‌های محافظ UV باشد.

یکی از ویژگی‌های کلیدی پلی‌پروپیلن (PP) نسبت بالای استحکام به وزن آن است که آن را به ماده‌ای مناسب برای محصولات سبک و بادوام مانند لوله‌ها، مخازن آب و اتصالات در کاربردهای خانگی و صنعتی تبدیل می‌کند.
برای پروژه‌های پرینت سه‌بعدی مرتبط با آب، مانند اتصالات شیلنگ، دریچه‌های کولر و فواره‌ها، هیچ ماده‌ای بهتر از PP نیست. PVC نیز در لوله‌کشی معمول است و امکان پرینت با آن وجود دارد، اما به دلیل سمیت و خطرات ناشی از چاپ سه‌بعدی PVC، توصیه ما استفاده از PP است.

فیلامنت PLA تغییر رنگ دهنده به UV: انتخاب جذاب برای پروژه‌های پرینت سه‌بعدی فضای باز با قابلیت واکنش به نور خورشید

فیلامنت PLA تغییر رنگ دهنده به UV، که توسط تولیدکنندگان مختلفی مانند iSanmate ارائه می‌شود، ویژگی‌های معمول PLA را دارد که برای استفاده بلندمدت در فضای باز ایده‌آل نیست، اما یک ویژگی منحصر به فرد دارد: تغییر رنگ هنگام مواجهه با نور UV مانند نور خورشید.

این نوع فیلامنت‌ها برخلاف فیلامنت‌های مقاوم در برابر UV عمل می‌کنند و در واقع نور خورشید را جذب کرده و باعث تغییر رنگ قطعه چاپ شده می‌شوند. وقتی قطعه از نور دور شود، رنگ آن به حالت اولیه باز می‌گردد. رنگ‌های تغییر یافته تحت تأثیر نور خورشید بین برندهای مختلف متفاوت است، بنابراین بهتر است به برچسب محصول دقت کنید. برای مثال، شرکت R3D فیلامنتی با تغییر رنگ از سفید به آبی و همچنین زرد به سبز ارائه می‌دهد.

اگر کنجکاو هستید چرا PLA معمولی در فهرست بهترین مواد پرینت سه بعدی برای استفاده در فضای باز قرار نمی‌گیرد، دلیل اصلی آن مقاومت حرارتی پایین آن است. PLA معمولاً در دمای حدود ۴۰ درجه سانتی‌گراد دچار تغییر شکل و افتادگی می‌شود. اگر واقعاً می‌خواهید از PLA در فضای باز استفاده کنید، بهتر است به دنبال نسخه‌های مخصوص High Temp PLA باشید.
برای پروژه‌های پرینت سه‌بعدی سرگرم‌کننده و جذابی که قرار است زیر نور خورشید بدرخشند، مانند اسباب‌بازی‌های ساحلی کودکان، این نوع PLA انتخابی عالی است. دوام آن ممکن است تنها چند فصل باشد، به اندازه کافی برای زمانی که کودک شما از آن استفاده می‌کند، و پس از آن در صورت وجود امکانات کمپوست صنعتی در محل زندگی شما، قابل کمپوست شدن است.

جمع‌بندی 

انتخاب ماده مناسب برای پرینت سه‌بعدی قطعات فضای باز اهمیت بسیار بالایی دارد، زیرا عوامل محیطی متعددی مانند اشعه UV، رطوبت، تغییرات دما و تماس با مواد شیمیایی می‌توانند دوام و عملکرد قطعات را به شدت تحت تأثیر قرار دهند. هیچ ماده‌ای به تنهایی کامل نیست و هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند، بنابراین باید با توجه به کاربرد و شرایط محیطی، بهترین گزینه را انتخاب کرد. 

در میان ۶ ماده معرفی شده به عنوان بهترین مواد پرینت سه بعدی برای استفاده در فضای باز، PETG به دلیل ترکیب خوب مقاومت، قیمت مناسب و قابلیت بازیافت یکی از محبوب‌ترین انتخاب‌ها است؛ ASA با پایداری رنگ و مقاومت مکانیکی بالا برای شرایط سخت فضای باز عالی است؛ نایلون PA11 با تثبیت‌کننده‌های UV بهترین گزینه برای قطعات عملکردی و مقاوم در برابر مواد شیمیایی به شمار می‌رود؛ پلی‌کربنات (PC) به علت مقاومت بسیار بالا در برابر UV و حرارت، برای کاربردهای حساس و شفاف مناسب است؛ TPU انعطاف‌پذیری مورد نیاز برای قطعات خاص را فراهم می‌کند؛ و پلی‌پروپیلن نیمه‌انعطاف‌پذیر است و مقاومت خوبی در برابر عوامل محیطی دارد. 

در نهایت، با شناخت دقیق ویژگی‌های هر ماده و تطبیق آن با نیازهای پروژه، می‌توانید قطعات پرینت سه‌بعدی با دوام و کیفیت بالا برای فضای باز تولید کنید. همچنین، استفاده از تثبیت‌کننده‌های UV و پوشش‌های محافظ می‌تواند طول عمر و کارایی قطعات را به شکل قابل توجهی افزایش دهد. اگر قصد دارید قطعات فضای باز با عمر طولانی و عملکرد قابل اعتماد بسازید، حتماً راهنمای این مقاله را در انتخاب مواد به کار بگیرید تا بهترین نتیجه را دریافت کنید.

اگر در انتخاب مواد و فرآیند چاپ تردید دارید یا می‌خواهید بهترین نتیجه را با صرف کمترین زمان و هزینه داشته باشید، استفاده از خدمات حرفه‌ای پرینت سه‌ بعدی بهترین راهکار است. ما در ماداتکنولوژی با تجربه و دانش کافی، مواد و تکنولوژی مناسب کاربرد مد نظر شما را به شما پیشنهاد می‌دهیم تا محصول شما با کیفیت بالا و مقاومت لازم برای فضای باز ساخته شود. برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در ماداتکنولوژی در ارتباط باشید.