ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب یکی از موضوعاتیست که هم در حوزه کاربردی و هم در حوزه طراحی صنعتی، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. با اینکه پرینت سهبعدی مزایای متعددی از جمله سرعت تولید، انعطافپذیری طراحی و کاهش هزینه دارد، اما اغلب قطعات تولیدشده با این روش ذاتاً ضدآب نیستند. در نتیجه، برای استفاده از این قطعات در محیطهای مرطوب یا در معرض تماس با مایعات، آشنایی با نحوه ساخت قطعات ضد آب با پرینت سه بعدی ضروری است.
در این مقاله تلاش میشود تا به صورت جامع به موضوع پرینت سه بعدی ضد آب پرداخته شود. مفاهیم پایهای مانند تفاوت میان قطعات ضد آب و آببند، انتخاب صحیح مواد اولیه، تنظیمات نرمافزارهای پرینت، روشهای مختلف پسپردازش و آزمونهای ارزیابی نفوذناپذیری قطعات بررسی خواهند شد. هدف این نوشتار ارائه راهنمایی دقیق و کاربردی برای کاربرانی است که به دنبال ارتقاء کیفیت و عملکرد قطعات چاپشده خود در برابر رطوبت و آب هستند.
تفاوت قطعات ضد آب و آببند در پرینت سه بعدی
پیش از بررسی نحوه ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب، لازم است به تفاوت میان دو مفهوم «ضد آب» (Waterproof) و «آببند» (Watertight) اشاره شود؛ مفاهیمی که در بسیاری از منابع بهاشتباه بهجای یکدیگر استفاده میشوند. این تمایز، بهویژه در حوزه طراحی و کاربردهای صنعتی، نقش مهمی در انتخاب روشهای مناسب برای ضدآبسازی ایفا میکند.
در تعریف کلی، قطعهای ضد آب است که آب نتواند به درون آن نفوذ کند یا از میان ساختار آن عبور نماید. اما قطعهای که آببند یا به عبارتی «نفوذناپذیر به آب» است، نهتنها اجازه ورود آب را نمیدهد، بلکه از خروج آب یا مایعات داخلی نیز جلوگیری میکند. بهعبارت دیگر، هر قطعه آببند، الزاماً ضد آب نیز هست، ولی عکس این رابطه همیشه برقرار نیست.
در کاربردهای عملی، بسته به هدف استفاده از قطعه، یکی از این ویژگیها کافی خواهد بود. برای نمونه، قطعهای که در نمای بیرونی خودرو به کار میرود (مانند قسمتی از سپر)، صرفاً باید در برابر نفوذ آب مقاوم باشد؛ یعنی ضد آب باشد، نه لزوماً آببند. در مقابل، اگر هدف ساخت ظرف یا بطری نگهداری مایعات باشد، قطعه باید کاملاً آببند طراحی و اجرا شود تا بتواند بدون نشتی، مایعات را در خود نگه دارد.
شناخت این تفاوت بنیادین به کاربران کمک میکند تا از همان ابتدا، انتخابهای مناسبی در زمینه طراحی، انتخاب مواد و مراحل پسپردازش داشته باشند و به نتایجی مطلوب در زمینه پرینت سه بعدی ضد آب دست یابند.
انتخاب مواد برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب
یکی از مهمترین گامها در ساخت قطعات ضد آب با پرینت سه بعدی، انتخاب متریالی است که کمترین واکنشپذیری نسبت به رطوبت و بیشترین پایداری در برابر شرایط محیطی را داشته باشد. مواد مختلف خواص متفاوتی دارند و برخی از آنها در مواجهه با آب دچار تغییر شکل، کاهش استحکام یا حتی شکست ساختاری میشوند و به راحتی در برابر آب آسیب میبینند. اگر مادهای به آب واکنش نشان دهد، قطعه پرینتشده از آن ماده احتمالاً در تماس با آب یا قرار گرفتن در محیطهای مرطوب دچار تغییر شکل یا خرابی خواهد شد. به همین دلیل، هنگام ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب، انتخاب صحیح ماده باید در اولویت قرار گیرد.
اما توجه داشته باشید که انتخاب ماده تنها گام اولیه نیست. اگرچه برخی مواد ممکن است بهطور خاص به عنوان ضد آب معرفی شوند، قطعات ساختهشده از آنها ممکن است در عمل نتوانند عملکرد مطلوبی در برابر آب از خود نشان دهند.
انواع مواد مناسب برای پرینت سه بعدی ضد آب
در پرینت سه بعدی ضد آب به روش FDM، معمولاً چهار ماده اصلی برای ساخت قطعات ضد آب مورد توجه قرار میگیرند: PLA، ABS، PETG و Polypropylene (PP). در این بخش، هر یک از این مواد را از نظر قابلیت ضد آب بودن بررسی میکنیم.
- PLA (اسید پلیلاکتیک): PLA یکی از محبوبترین متریالهای پرینت سه بعدی است، اما بهطور کلی در برابر آب مقاوم نیست. این ماده در تماس با آب سرد عملکرد مناسبی دارد، اما در برابر آب داغ و شرایط مرطوب ممکن است دچار تغییر شکل شود. بنابراین، PLA برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب در محیطهای خشک و سرد مناسبتر است.
- ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن): ABS یکی از بهترین انتخابها برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب است. این ماده در برابر آب مقاوم است و بهطور کلی میتواند برای مدت زمان طولانی در معرض رطوبت قرار گیرد. با این حال، در دماهای پایین ممکن است دچار ترک خوردگی یا تغییر شکل شود. بنابراین، برای استفاده در محیطهای مرطوب اما با دماهای معتدل یا گرم، ABS انتخاب مناسبی خواهد بود.
- PETG (پلیاتیلن ترفتالات گلیکول): PETG، که از مادهای مشابه پلاستیک بطریهای آب تولید میشود، یکی از بهترین مواد برای ساخت قطعات ضد آب است. این ماده علاوه بر مقاومت در برابر آب، دارای مقاومت حرارتی خوبی نیز میباشد. PETG بهطور معمول برای ساخت قطعاتی که باید در برابر آب مقاوم باشند، پیشنهاد میشود.
- PP (پلیپروپیلن): PP یکی از بهترین گزینهها برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب است. این ماده بهطور طبیعی هیدروفوبیک است، به این معنی که آب را به خوبی دفع میکند و مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی و ضربه دارد. بنابراین، برای ساخت قطعاتی که قرار است به طور مداوم در معرض آب یا رطوبت قرار بگیرند، PP انتخابی عالی است.
- ASA (آکریلونیتریل استایرن آکریلات): ASA یک ترموپلاستیک آمورف با مقاومت بهبودیافته در برابر شرایط جوی است که به دلیل پایداری در برابر اشعه فرابنفش (UV) و ویژگیهای مکانیکی مطلوب، بهطور گسترده در نمونهسازی و کاربردهای پرینت سهبعدی استفاده میشود. این ماده همچنین مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی، حرارت و آب دارد.
نکات مهم هنگام انتخاب ماده مناسب برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب
هنگام انتخاب ماده برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب، باید شرایط محیطی که قطعه قرار است در آن استفاده شود را در نظر بگیرید. همچنین، عواملی مانند مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر UV و ایمنی برای استفادههای خاص نیز میتوانند در انتخاب ماده تأثیرگذار باشند.
- مقاومت به حرارت: در شرایطی که قطعه باید در دماهای بالا قرار گیرد (مثل ظروف شستشو شونده در ماشین ظرفشویی)، انتخاب مادهای مقاوم در برابر حرارت و ضد آب، همچون ABS یا PETG، ضروری است.
- مقاومت در برابر UV: قطعاتی که در معرض نور خورشید قرار میگیرند، ممکن است با گذشت زمان رنگ خود را از دست بدهند و شکننده شوند. افزودن آب به این شرایط میتواند اثرات منفی را تسریع کند. بنابراین، اگر قصد دارید قطعاتی برای استفاده در فضای باز تولید کنید، مواد مقاومتر مانند ASA به جای PLA میتوانند انتخاب بهتری باشند.
- ایمنی غذایی: اگر قطعه پرینتشده قرار است با مواد خوراکی در تماس باشد، تنها باید از متریالهایی نظیر PETG یا PP استفاده شود که توسط تولیدکننده به عنوان مواد food-safe معرفی شدهاند. ABS برای این نوع کاربردها مناسب نیست.
تنظیمات نرمافزار اسلایسر برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب
یکی از عوامل مهم در ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب، تنظیمات نرمافزار پرینت یا همان نرم افزار اسلایسر (Slicer) است. این تنظیمات تأثیر زیادی بر نحوهی چیدمان لایهها و کیفیت اتصال آنها دارند، که میتواند در میزان نفوذ آب به داخل قطعه نقش بسزایی ایفا کند.
در ادامه، مهمترین تنظیمات Slicer که میتوانند به بهبود خاصیت ضد آب بودن قطعه کمک کنند، معرفی شده است.
1. تنظیمات اکستروژن (Extrusion)
یکی از روشهای مؤثر برای بهبود ضد آب بودن قطعات، افزایش میزان اکستروژن در پرینت است. این تنظیم باعث میشود که فیلامنت بیشتری در هر لایه ریخته شود، که در نتیجه احتمال وجود شکافها و فضاهای خالی در قطعه کاهش مییابد. برای این کار، میتوانید مقدار “Multipler Extrusion” یا همان “نرخ جریان” را در تنظیمات Slicer افزایش دهید.
افزایش دما و کاهش سرعت پرینت نیز میتواند به بهبود چسبندگی لایهها کمک کند. وقتی دمای نازل بالا باشد، فیلامنت ذوبشده زمان بیشتری برای اتصال به لایههای قبلی خواهد داشت و در نتیجه اتصال لایهها محکمتر و مقاومتر میشود.
2. Shells و Infill
یکی از راهکارهای دیگر برای ساخت قطعات ضد آب، افزایش تعداد Shells (پوستهها) است. این لایههای خارجی قطعه، بهعنوان مرز محافظ برای داخل قطعه عمل میکنند. بهطور معمول، سه Shell کافی است، اما بسته به مادهای که استفاده میکنید و شرایط محیطی که قطعه در آن قرار خواهد گرفت، میتوانید تعداد آنها را بیشتر کنید. برای مثال، اگر قطعه در معرض رطوبت زیاد یا آب قرار دارد، بهتر است تعداد Shellها را افزایش دهید.
علاوه بر این، درصد Infill (پرکردن داخل قطعه) را نیز افزایش دهید. این کار باعث میشود که ساختار داخلی قطعه محکمتر شود و مقاومت بیشتری در برابر نفوذ آب پیدا کند. انتخاب درصد بالاتر برای مواد مقاومتری مانند PP (پلیپروپیلن) نیز کمک زیادی به افزایش مقاومت ضد آب میکند.
3. اندازه نازل (Nozzle Size)
اگرچه اندازه نازل بهطور مستقیم جزء تنظیمات Slicer به حساب نمیآید، اما انتخاب نازل بزرگتر میتواند به بهبود ضد آب بودن قطعه کمک کند. نازل بزرگتر یعنی خطوط اکستروژن ضخیمتر، که باعث میشود Shellها ضخیمتر و مقاومتر از نفوذ آب شوند. این کار خطر ایجاد شکافها و حفرهها در لایههای پرینت را کاهش میدهد. بهطور کلی، با افزایش تعداد Shellها، قطعهای که ضد آب است، مقاومت بیشتری خواهد داشت.
4. ارتفاع لایه (Layer Height)
تنظیم ارتفاع لایه نیز یکی از عوامل کلیدی در ساخت قطعات ضد آب است. با استفاده از ارتفاع لایه کمتر، لایهها بهطور فشردهتر و محکمتر بر روی یکدیگر قرار میگیرند. این کار نه تنها به جلوگیری از نفوذ آب کمک میکند، بلکه باعث بهبود چسبندگی بین لایهها نیز میشود. البته باید توجه داشته باشید که استفاده از ارتفاع لایه کمتر، ممکن است زمان پرینت را افزایش دهد، اما در نهایت باعث تولید قطعهای با مقاومت بالاتر و کمتر مستعد ترک خوردن یا نشتی میشود.
پسپردازش (Post-Processing) برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب
پسپردازش یکی از مؤثرترین روشها برای ضد آب کردن قطعات پرینت سه بعدی است. اگرچه تنظیمات نرمافزار پرینت نقش مهمی در جلوگیری از نفوذ آب دارند، اما گاهی اوقات تنها با تنظیمات نرمافزاری نمیتوان به نتیجهی دلخواه رسید. در چنین شرایطی، تکنیکهای پسپردازش میتوانند لایههای سطحی را صاف و یکدست کرده و شکافها و خلأهای احتمالی را پر کنند.
با استفاده از روشهای پسپردازش مناسب در ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب، میتوان از قطعات پرینتشده برای کاربردهای خاصی همچون نگهداری مایعات، تجهیزات فضای باز، یا حتی پروژههای آزمایشگاهی استفاده کرد، بدون نگرانی از نشت یا نفوذ آب. اگر به دنبال قطعات کاملاً مقاوم هستید، ترکیب تنظیمات نرمافزاری دقیق با پسپردازش حرفهای میتواند نتیجهای بینقص به شما ارائه دهد.
یکی از رایجترین روشها برای جلوگیری از نشتی آب، صافسازی لایههای پرینتشده است. این کار باعث میشود خطوط بین لایهها محو شده و سطحی یکدست و آببند ایجاد شود. صافسازی را میتوان با روشهای مختلفی انجام داد که در ادامه به مؤثرترین آنها اشاره میکنیم:
1. استون (Acetone)
استون یکی از محبوبترین مواد شیمیایی برای صافسازی قطعات پرینتشده از جنس ABS است. در فرآیند Acetone Vapor Smoothing، بخار استون باعث حل شدن جزئی سطح قطعه میشود و لایهها در هم ادغام میگردند. این تکنیک نه تنها ظاهر قطعه را صیقلی میکند، بلکه خاصیت ضد آب قابل توجهی به آن میبخشد. این روش همچنین برای فیلامنتهای ASA، HIPS، PMMA و پلیکربنات نیز قابل استفاده است.
2. اپوکسی (Epoxy)
پوشش دادن قطعه با رزین اپوکسی یکی از روشهای بسیار مؤثر و سریع برای ضد آب کردن قطعات است. اپوکسی سطح قطعه را یکدست کرده و تمامی درزهای ریز بین لایهها را پر میکند. نتیجه، قطعهای کاملاً مقاوم در برابر نفوذ آب با ظاهری براق و حرفهای خواهد بود.
3. موم (Wax)
هرچند کمتر رایج است، اما استفاده از موم نیز یک روش خوب برای آببندی قطعات پرینت سه بعدی ضد آب است. برخلاف استون که لایهها را حل میکند، موم بهصورت فیزیکی شکافهای بین لایهها را پر میکند. این روش برای مواقعی که نمیخواهید ساختار سطحی قطعه دستخوش تغییر شود، مناسب است.
4. Flex Seal
Flex Seal یک اسپری لاستیکی ضد آب است که معمولاً در صنعت ساختوساز برای جلوگیری از نشت آب استفاده میشود. این محصول بهخوبی میتواند سطح قطعات پرینتشده را پوشش دهد و لایهای مقاوم، انعطافپذیر و ضد آب روی آن ایجاد کند. اگر به دنبال یک راهکار سریع و مطمئن هستید، Flex Seal گزینهای بسیار کاربردیست.
5. رنگآمیزی با رنگهای ضد آب
رنگآمیزی قطعات با رنگها و آسترهای غیرآبی نیز یک راهحل خلاقانه و مؤثر برای ضد آب کردن پرینتهای سهبعدی است. این نوع رنگها یک لایهی محافظتی روی سطح ایجاد کرده و مانع تماس مستقیم آب با دیوارههای چاپشده میشوند. در عین حال میتوانید ظاهر قطعه را نیز به دلخواه شخصیسازی کنید.
سایر فناوریهای پرینت سه بعدی در ساخت قطعات ضد آب
اگرچه فناوری FDM یکی از رایجترین روشهای پرینت سهبعدی است، اما در بسیاری از مواقع برای ساخت قطعات ضد آب و بهویژه آنهایی که در محیطهای پرفشار مورد استفاده قرار میگیرند، گزینهی چندان مناسبی به شمار نمیرود. دلیل اصلی این محدودیت به ساختار لایهای FDM و عدم پیوند شیمیایی بین لایهها بازمیگردد که باعث میشود آب بهمرور از میان خللهای میکروسکوپی نفوذ کند. حتی با اعمال اصلاحاتی مانند طراحی بدون منفذ (design without gaps)، اوراکسترود کردن (overextruding) یا استفاده از فیلامنتهایی مانند PETG، قطعات تولیدشده با FDM برای استفاده در شرایط فشار بالا یا کاربردهای دائم زیر آب چندان قابلاعتماد نیستند.
در مقابل، دو فناوری SLA و SLS گزینههای بسیار بهتری برای ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب و نفوذناپذیر نسبت به آب به حساب میآیند.
SLA (استریولیتوگرافی)
پرینت سه بعدی SLA با استفاده از نور لیزر برای پلیمریزهکردن رزین مایع، قطعاتی با پیوند شیمیایی بین لایهها تولید میکند. این فرایند موجب ایجاد سطحی صاف، یکنواخت و غیرمتخلخل میشود که مانع نفوذ آب حتی در محیطهای پرفشار خواهد بود. اگر طراحی بهدرستی انجام شود و از اورینگ (O-ring) یا گسکت (gasket) استفاده شود، قطعات SLA میتوانند بهطور کامل آببند شده و در پروژههای حساس مانند محفظههای تحقیقاتی یا تجهیزات زیرآبی مورد استفاده قرار گیرند.
SLS (تفجوشی لیزری انتخابی)
چاپ سه بعدی SLS نیز با ایجاد پیوندهای ذرهای میان پودرهایی مانند نایلون یا TPU، قطعاتی مقاوم و متراکم تولید میکند. با وجود اینکه این قطعات بهاندازه SLA همگن نیستند، اما در صورت طراحی دقیق، رعایت تلرانسهای مناسب و استفاده از روشهای آببندی مؤثر، میتوان از آنها در کاربردهای ضدآب بهره برد. این فناوری بهویژه در تولید قطعات صنعتی با حجم کم اما کیفیت بالا کاربرد دارد.
در نتیجه، انتخاب فناوری پرینت سهبعدی مناسب نقش مهمی در موفقیت پروژههای پرینت سه بعدی ضد آب ایفا میکند. اگر هدف شما ساخت قطعاتی بادوام و مقاوم در برابر نفوذ آب است، بهویژه در محیطهای پرفشار یا حساس، فناوریهای SLA و SLS میتوانند راهحلهایی مطمئنتر و حرفهایتر نسبت به FDM ارائه دهند.
آزمایش ضد آب بودن قطعه پرینت شده (Testing)
حالا که تمام مراحل طراحی، تنظیمات پرینت و پسپردازش ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب را با دقت انجام دادهاید، وقت آن رسیده که مطمئن شوید واقعاً قطعه شما ضد آب شده است یا نه. آزمایش کردن، آخرین اما مهمترین مرحله از فرآیند ضد آب کردن قطعات پرینتشده است. ممکن است تصور کنید اگر تمام توصیههای قبلی را رعایت کرده باشید، نتیجه نهایی قطعاً ضد آب خواهد بود؛ اما همیشه بهتر است قبل از استفاده جدی، این ویژگی را بهصورت عملی آزمایش کنید.
با یک تست ساده میتوانید از عملکرد صحیح پروژهتان مطمئن شوید و در صورت نیاز، بهموقع آن را بهبود دهید.
روشهای ساده برای تست ضد آب بودن
تست آبگیری مستقیم
اگر قطعهتان طراحیای دارد که میتواند کمی آب درون خود نگه دارد (مثلاً شبیه به یک فنجان یا ظرف است)، آن را تا سطح مشخصی از آب پر کنید. سپس با یک ماژیک، سطح آب را علامت بزنید و قطعه را در یک محیط خنک و دور از نور مستقیم خورشید قرار دهید. در طول ۲۴ ساعت بعدی، بررسی کنید که آیا سطح آب پایین آمده است یا خیر. اگر کاهش قابل توجهی مشاهده کردید، نشتی وجود دارد.
تست وزن قبل و بعد از غوطهوری
اگر قطعهتان قابلیت نگهداشتن آب را ندارد، آن را ابتدا با ترازو وزن کنید و وزن خشک آن را یادداشت کنید. سپس آن را به مدت ۲۴ ساعت درون ظرفی از آب غوطهور کنید. پس از این مدت، قطعه را با دقت خشک کرده و مجدداً وزن کنید. اگر افزایش وزن قابل توجهی داشت، به احتمال زیاد آب درون لایهها یا شکافهای ریز نفوذ کرده است.
اگر قطعه ضد آب نبود، چه کنیم؟
نگران نباشید! اگر متوجه شدید قطعهتان هنوز نشتی دارد، به سادگی میتوانید به مراحل قبل بازگردید و تنظیمات را اصلاح کنید:
- تنظیمات اسلایسر را بازبینی و بهینهسازی کنید (افزایش تعداد پوستهها، کاهش ارتفاع لایه، یا افزایش میزان اکستروژن).
- از پوششدهی با اپوکسی یا سایر روشهای پسپردازش برای تقویت آببندی استفاده کنید.
- اگر نیاز باشد، متریال پرینت را تغییر دهید و از موادی استفاده کنید که بهطور طبیعی مقاومت بیشتری در برابر نفوذ آب دارند (مثل PETG یا PP).
و در نهایت، مطمئن شوید که پرینتر سهبعدی شما بهدرستی کالیبره و تنظیم شده باشد؛ . توجه به نحوه کالیبره کردن پرینتر سه بعدی در این مرحله اهمیت ویژهای دارد چرا که حتی کوچکترین خطا در عملکرد نازل یا سرعت چاپ میتواند باعث بروز شکافهایی در ساختار قطعه شود.
جمع بندی
ساخت قطعات پرینت سه بعدی ضد آب، ترکیبی از علم مواد، تنظیمات دقیق پرینتر، طراحی هوشمندانه و گاهی پسپردازشهای حرفهای است. صرف انتخاب یک متریال خاص مثل PETG یا PP برای ساخت قطعات ضد آب با پرینت سه بعدی کافی نیست؛ موفقیت در تولید یک قطعه واقعاً ضد آب، به هماهنگی تمام این عوامل بستگی دارد و تنها زمانی میتوان به عملکرد قابلاعتماد یک قطعه در برابر رطوبت و نفوذ آب اطمینان داشت که تمام این مراحل با آگاهی فنی و دقت کافی طی شده باشند.
شناخت تفاوتهای کلیدی میان «ضد آب» و «آببند»، آشنایی با خصوصیات متریالهای پرینت سه بعدی، تنظیم دقیق پارامترهای پرینت مانند میزان اکستروژن و تعداد پوستهها، و نیز انجام تستهای ارزیابی نهایی، همگی نقش تعیینکنندهای در کیفیت نهایی قطعه دارند. بهویژه در پروژههایی که قرار است قطعات در محیطهای مرطوب، بیرونی یا در تماس مستقیم با مایعات استفاده شوند، هرگونه سهلانگاری میتواند منجر به خرابی، نشتی یا کاهش عمر مفید قطعه گردد.
در صورتی که قصد تولید قطعات ضد آب با پرینت سه بعدی را دارید و نیاز به مشاوره تخصصی یا خدمات پرینت سه بعدی دقیق و حرفهای دارید، تیم ما با بهرهگیری از تجهیزات پیشرفته و تجربهی عملی در این حوزه، آمادهی همکاری در پروژههای شماست. کافیست مشخصات قطعهی مدنظر خود را ارسال کنید تا در کوتاهترین زمان ممکن، بهترین راهکار متناسب با نیاز پروژهتان به شما ارائه شود. با کارشناسان ما در ماداتکنولوژی در ارتباط باشید.
بدون دیدگاه