فیلامنت پلی کربنات به عنوان یکی از مقاوم‌ترین و پیشرفته‌ترین مواد اولیه شناخته می‌شود. این ترموپلاستیک قدرتمند نه تنها در برابر ضربه، حرارت و مواد شیمیایی مقاومت بالایی دارد، بلکه قابلیت ذوب و سخت شدن مکرر آن، پلی کربنات را به گزینه‌ای مناسب برای فرایند چاپ سه‌بعدی تبدیل کرده است.
اگرچه پرینت سه بعدی پلی کربنات به دلیل نیاز به دمای بالا در اکسترودر و صفحه ساخت، ساده نیست، اما برای پروژه‌هایی که به قطعات مستحکم، شفاف و با خواص مکانیکی خاص نیاز دارند، انتخابی حرفه‌ای محسوب می‌شود. در این مقاله به بررسی ویژگی‌ها، مزایا، چالش‌ها، کاربردها و انواع پرینتر سه بعدی پلی کربنات می‌پردازیم.
جدول بررسی اجمالی پارامترهای اصلی فیلامنت پلی کربنات
پلی کربنات چیست؟
پلی کربنات (polycarbonate) استحکام فوق‌العاده‌ای دارد که هدف از طراحی چنین ماده‌ای، استفاده از آن در کاربردهای مهندسی و محیط‌های سخت است. خود ماده نیز به طور ذاتی دارای انحراف گرمایی بالا و مقاومت ضربه‌ای است.
فیلامنت پلی کربنات چیست؟
فیلامنت پلی کربنات (PC)، نام گروهی از پلاستیک‌ها (ترموپلاستیک‌ها) است که به خاطر داشتن مقاومت ضربه‌ای، چقرمگی، استحکام و مقاومت حرارتی شناخته می‌شوند. همچنین این ماده، پایه و اساس شیشه ضد گلوله است. به خاطر همه این‌ها، استفاده از فیلامنت‌های پلی کربنات در پرینت سه بعدی طی سال‌ها محبوبیت فراوانی پیدا کرده است.
کاربردهای فیلامنت پلی کربنات
با وجود فرآیند چاپ نسبتاً پیچیده‌تر نسبت به دیگر ترموپلاستیک‌ها، فیلامنت پلی کربنات (PC) به‌دلیل ویژگی‌های مهندسی ممتاز خود، در صنایع مختلف به یکی از مواد پرکاربرد تبدیل شده است. این ماده نه تنها در برابر ضربه و حرارت (تا حدود ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد) مقاومت بالایی دارد، بلکه از استحکام کششی خوبی نیز برخوردار است و درعین‌حال شفافیت و سبکی را نیز به همراه دارد. همین ترکیب منحصربه‌فرد از ویژگی‌ها باعث شده که پلی کربنات برای تولید قطعاتی کاربردی، مقاوم و دقیق، گزینه‌ای بسیار مناسب باشد.
در حوزه چاپ سه‌بعدی، از فیلامنت پلی کربنات برای ساخت طیف وسیعی از قطعات استفاده می‌شود؛ از جمله قطعات مکانیکی، قالب‌های ترموفرمینگ، لولاهای مقاوم، نمونه‌های اولیه‌ی عملکردی، پولی‌ها، یاتاقان‌ها و اجزایی که نیاز به تحمل فشار یا دما دارند. شفافیت این ماده نیز آن را برای کاربردهای نوری مانند لنز عینک، چراغ خودرو، پنجره‌های شفاف و بدنه لوازم روشنایی مناسب می‌سازد.
همچنین صنایع گوناگونی مانند خودروسازی، هوافضا، پزشکی، الکترونیک، تجهیزات مصرفی و ساختمانی از خواص ویژه این فیلامنت بهره می‌برند. برخی از کاربردهای رایج فیلامنت پلی کربنات در این صنایع شامل موارد زیر است:
قطعات خودرو، بدنه‌های مقاوم و اجزای داخلی
لنز و چراغ وسایل نقلیه
تجهیزات ایمنی نظیر عینک محافظ و کلاه ایمنی دوچرخه
ابزارهای پزشکی مانند گایدهای جراحی و تجهیزات آزمایشگاهی
اجزای الکترونیکی و مخابراتی (به دلیل نارسانا بودن و ایمنی بالا)
قاب‌های موبایل، کیس کامپیوتر و نمایشگرهای الکترونیکی
دیسک‌های ذخیره‌سازی (CD، DVD، Blu-ray)
ظروف نگهداری مواد غذایی، بطری‌های آب و محصولات شفاف مصرفی
- شیشه‌های ضدگلوله
- سپرهای شورش
برای افزایش استحکام و کاهش وزن، گاهی پلی کربنات را با الیاف کربن یا شیشه تقویت می‌کنند. این ترکیبات ویژه هرچند رایج نیستند، اما در پروژه‌های خاص مهندسی می‌توانند بسیار مؤثر واقع شوند و دوام قطعات را چند برابر کنند.
سمت راست SILATEC روکش شیشه ای-پلی کربنات:
شفاف مثل شیشه، سبک، نازک
سمت چپ شیشه زرهی معمولی: سبز، ضخیم، سنگین
همین الان سفارش خود را ثبت کنید!
مزایا و معایب فیلامنت پلی کربنات
- این ماده در برابر ضربه و شکست مقاوم است.
- برای چاپ شدن به دمای بالایی نیاز دارد، پس بدیهی است که این ماده به خودی خود در برابر دماهای بالا بسیار مقاوم است.
- از آنجایی که به طور طبیعی شفاف است، بهترین ماده برای ساخت شیشه‌ها، سپرهای شورش و غیره است. این ویژگی به پلی کربنات زیبایی می‌بخشد.
- فیلامنت پلی کربنات قابلیت خم شدن دارد که سبب می‌شود برای کاربردهای مربوط به زمینه مهندسی ماده کاملی باشد.
- این ماده برای آنکه چاپ شود، به دمای فوق‌العاده زیادی نیاز دارد.
- مواد پلی کربنات اگر تحت اثر دماهای پایین قرار بگیرند یا بیش از اندازه سرد شوند، مستعد به چروک خوردگی و پیچ خوردگی می‌شوند.
- به دلیل دمای بالایی که در حین چاپ نیاز دارد، نمزدگی اتفاق می‌افتد و گریزی از آن نیست.
- پلی کربنات جاذب رطوبت است و به همین خاطر هم رطوبت موجود در هوا را بسیار جذب می‌کند که این امر می‌تواند مشکلاتی را در طول چاپ به وجود بیاورد.
هنگام پرینت سه بعدی پلی کربنات به چه سخت افزارهایی نیاز دارید؟
از آنجایی که استفاده از فیلامنت‌های پلی کربنات سخت‌تر است، افراد باید اطمینان حاصل کنند که پرینتر سه بعدی آن‌ها ابزار موردنیاز پلی کربنات را تامین می‌کند تا بهترین کیفیت چاپ حاصل شود.
در ادامه با تجهیزات مورد نیاز برای پرینت سه بعدی پلی کربنات آشنا خواهیم شد:
فیلامنت‌های پلی کربنات در طول فرآیند چاپ خود به دمای بالایی نیاز دارند، به همین خاطر برای پرینت سه بعدی پلی کربنات به یک بستر گرم نیاز دارید؛ بستر گرم باید بتواند دمای بین 80 درجه سلسیوس تا 120 درجه سلسیوس (176 فارنهایت تا 248 فارنهایت) را از خود بیرون بدهد. همچنین باید یک محفظه روی دستگاه چاپ قرار بگیرد.
برای چاپ سه بعدی با فیلامنت پلی کربنات حتما چسب صنعتی پلی تریمید (PEI) و یک چسب ماتیکی تهیه کنید؛ پلی تریمید اغلب به عنوان سطح ساخت به کار می‌رود که در همه پرینترهای سه بعدی قابل استفاده است.
برای تکمیل فرآیند ذوب به اکسترودر نیاز دارید. نوک آن باید داغ و تمام فلز باشد و باید توانایی تولید و تحمل دمای 260 تا 310 درجه سلسیوس (500 فارنهایت تا 590 فارنهایت) را داشته باشد.برای چاپ سه بعدی با فیلامنت پلی کربنات حتما چسب صنعتی پلی تریمید (PEI) و یک چسب ماتیکی تهیه کنید؛ پلی تریمید اغلب به عنوان سطح ساخت به کار می‌رود که در همه پرینترهای سه بعدی قابل استفاده است.
فیلامنت پلی کربنات مستعد پیچ خوردگی و چروک خوردگی است و در دماهای پایین‌تر از دمای موردنیاز احتمال این موضوع بیشتر است، بنابراین این ماده به پنکه خنک کننده نیاز ندارد.برای تکمیل فرآیند ذوب به اکسترودر نیاز دارید. نوک آن باید داغ و تمام فلز باشد و باید توانایی تولید و تحمل دمای 260 تا 310 درجه سلسیوس (500 فارنهایت تا 590 فارنهایت) را داشته باشد.برای چاپ سه بعدی با فیلامنت پلی کربنات حتما چسب صنعتی پلی تریمید (PEI) و یک چسب ماتیکی تهیه کنید؛ پلی تریمید اغلب به عنوان سطح ساخت به کار می‌رود که در همه پرینترهای سه بعدی قابل استفاده است.
راهنمای پرینت سه بعدی موفق فیلامنت پلی کربنات
یک پرینتر سه بعدی پلی کربنات خوب چه ویژگی‌هایی باید داشته باشد؟
بهترین چاپ پلی کربنات با دستگاهی است که فضایی برای ساخت محصور داشته باشد و بتواند دماهای بالا را که از بستر پرینتر تا اکسترودر آن ادامه می‌یابد، تحمل کند.
چه نوعی از سطح ساخت برای پلی کربنات مناسب است؟
بهترین صفحه یا سطح ساخت برای فیلامنت پلی کربنات، ماده پلی تریمید (PEI) است. صفحات ساخت استاندارد دارای چسبنده‌های صنعتی و چسب ماتیکی هستند که در دماهای بالا از بین می‌روند، چاپ پلی کربنات نیز در دماهای بالا انجام می‌گیرد. یک ورق PEI قادر است حتی در دمای 110 درجه سلسیوس (230 فارنهایت) همواره به پلی کربنات بچسبد.
در حین پرینت این ماده، از چه تعداد لایه بالایی باید استفاده کنید؟
به خاطر دمای بالا، اگر فیلامنت ذوب شده پشتیبانی نشود، به سمت پایین خواهد افتاد. برای آنکه لایه‌های بالایی با خیال راحت هموار شوند باید از 4 لایه استفاده کنید. توصیه می‌شود لایه‌های درون جسم را به آرامی چاپ کنید زیرا با این کار لایه‌ها موفق می‌شوند فاصله بین خطوط پرکننده را از بین ببرند.
آیا پیش از پرینت سه بعدی پلی کربنات باید تنظیمات پرینت را بازبینی کنیم؟
هنگام چاپ این ماده، احتمال نمزدگی و رشته شدن وجود دارد زیرا برای چاپ شدن به دمای بسیار بالایی نیاز دارد و سرعت پنکه خنک کننده نیز باید پایین باشد. برای جلوگیری از این دو اتفاق، فاصله و سرعت انقباض را در تنظیمات پرینت افزایش دهید.
آیا پیش از پرینت پلی کربنات، تنظیمات لایه اول را باید بازبینی کنیم؟
گفته شد که پلی کربنات آماده تاب برداشتن است، بنابراین لایه اول در چاپ این ماده اهمیت بسیاری دارد. اکستروژن آرام و ضخیم لایه اول، بهترین میزان چسبندگی را به وجود می‌آورد.
برای چاپ فیلامنت‌های پلی کربنات دمای نازل باید چقدر باشد؟
برای پرینت سه بعدی پلی کربنات، نوک نازل باید داغ باشد و بتواند دماهای 290 درجه تا 300 درجه سلسیوس (554 تا 572 فارنهایت) را تحمل کند. اما اگر از فیلامنت پلی کربنات کامپوزیتی استفاده می‌کنید که معمولا در بازار فروخته می‌شوند، می‌توانید در دمای پایین‌تری چاپ کنید، اما کیفیت این چاپ با پلی کربنات خالص یکسان نخواهد بود.
همین الان سفارش خود را ثبت کنید!
چالشهای پرینت سه بعدی پلی کربنات
اگرچه فیلامنت پلی کربنات از نظر مقاومت مکانیکی و حرارتی یکی از قدرتمندترین مواد در دنیای پرینت سه‌بعدی محسوب می‌شود، اما استفاده از آن نیز چالشهای خاص خود را دارد. در این بخش به مهم‌ترین موانعی که در مسیر پرینت موفق با این ماده وجود دارد می‌پردازیم:
یکی از اصلی‌ترین محدودیت‌ها در چاپ سه بعدی فیلامنت پلی کربنات، نیاز به دمای بسیار بالای نازل و بستر چاپ است. دمای نازل باید بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد. محدوده‌ای که بسیاری از پرینترهای استاندارد به آن دسترسی ندارند. همچنین برای حفظ کیفیت چاپ، دمای صفحه گرم نیز باید در سطح بالا باقی بماند. علاوه بر این، استفاده از هات‌اند تمام‌فلزی (all-metal hotend) الزامی است؛ در غیر این صورت، خطر ذوب شدن یا آسیب‌دیدگی قطعات پرینتر وجود دارد.
زمانی که بخش‌هایی از چاپ بیش از حد گرم شوند، چه باید کرد؟
هرگاه بخش‌هایی از پرینت دچار پیچ‌خوردگی، افتادگی و یا بیش از حد گرم شدند، پنکه را در حالتی تنظیم کنید که سهم لایه اول 0% باشد. بدین صورت چسبندگی خوبی در لایه اول حفظ می‌شود و پس از اضافه کردن 4 الی 5 لایه، سرعت پنکه را به اندازه 40% افزایش دهید.
فیلامنت پلی کربنات در مقایسه با موادی مثل ABS بسیار بیشتر در معرض تاب‌برداشتن قرار دارد. این مشکل زمانی شدیدتر می‌شود که تنظیمات پرینت یا دمای محیط به‌درستی کنترل نشده باشند. برای پیشگیری، استفاده از محفظه‌ی بسته، حفظ دمای ثابت و چسبندگی مناسب به بستر چاپ کاملاً ضروری است.
فیلامنت پلی کربنات ماده‌ای بسیار رطوبت‌پذیر (hygroscopic) است. حتی قرار گرفتن کوتاه‌مدت در هوای آزاد می‌تواند باعث جذب آب شود، که در نهایت منجر به ایجاد حباب، مشکلات اکستروژن، و کاهش کیفیت سطح چاپ می‌شود. بنابراین، فیلامنت پلی کربنات باید همیشه در محیطی خشک و در محفظه‌ی کاملاً دربسته نگهداری شود و در صورت نیاز پیش از چاپ خشک گردد.
در صورتی که ماده رطوبت زیادی به خود جذب کرده باشد چه باید کرد؟
مواد پلی کربناتی جاذب رطوبت هستند و به همین خاطر می‌توانند مقدار زیادی رطوبت به خود جذب کنند که چاپ این ماده را خراب می‌کند. در صورتی که این اتفاق افتاد، دمای چاپ را تا 280 درجه سلسیوس (536 فارنهایت) یا کمتر پایین بیارید. رطوبت جذب شده باعث ایجاد حباب و ناهنجاری در چاپ می‌شود که کاهش دما از این موضوع جلوگیری می‌کند.
اگرچه فیلامنت پلی کربنات از نظر مکانیکی بسیار مقاوم است، اما در برابر نور فرابنفش (UV) و رطوبت واکنش‌پذیری بالایی دارد. قرار گرفتن طولانی‌مدت در برابر نور خورشید باعث کاهش شفافیت، تغییر رنگ، و کاهش مقاومت ساختاری آن می‌شود. همچنین، تماس با رطوبت (هیدرولیز) می‌تواند خواص فیزیکی این ماده را به‌شدت کاهش دهد؛ به همین دلیل، استفاده از قطعات چاپ‌شده با پلی کربنات در فضای باز توصیه نمی‌شود.
بهترین پرینترهای سه بعدی پلی کربنات
برای چاپ موفق فیلامنت پلی کربنات با تکنولوژی FDM، انتخاب پرینتری با ویژگی‌های خاص ضروری است. این ویژگی‌ها شامل محفظه بسته، دمای بستر و نازل بالا، سیستم اکسترودر مقاوم، و صفحه ساخت PEI می‌باشند. در ادامه، چند مدل پرینتر سه بعدی پلی کربنات معرفی می‌شوند:
این پرینتر صنعتی با محفظه بسته، سیستم تهویه پیشرفته، و صفحه ساخت PEI، امکان چاپ با فیلامنت‌های دمای بالا مانند پلی کربنات را فراهم می‌کند. دمای بستر تا 140 درجه سانتی‌گراد و نازل تا 280 درجه سانتی‌گراد از ویژگی‌های برجسته آن است.
با سیستم دو نازله مستقل (IDEX)، این پرینتر امکان چاپ همزمان دو ماده مختلف را فراهم می‌کند. محفظه بسته و دمای بستر تا 110 درجه سانتی‌گراد از ویژگی‌های آن است.
این پرینتر با طراحی باز و قابلیت ارتقاء، امکان استفاده از فیلامنت‌های مختلف از جمله پلی کربنات را فراهم می‌کند. سیستم اتوماتیک کالیبراسیون و صفحه ساخت PEI از ویژگی‌های آن است.
با حجم ساخت بزرگ و سیستم هیتر بستر قوی، این پرینتر مناسب برای پروژه‌های بزرگ است. محفظه نیمه‌بسته و قابلیت ارتقاء سیستم تهویه از ویژگی‌های آن است.
این پرینتر با قیمت مقرون‌به‌صرفه، سیستم کالیبراسیون خودکار، و صفحه ساخت PEI، گزینه‌ای مناسب برای کاربران خانگی و مبتدیان است. محفظه نیمه‌بسته و دمای بستر تا 100 درجه سانتی‌گراد از ویژگی‌های آن است.
مقایسه فیلامنت پلی کربنات با سایر فیلامنت‌های تکنولوژی FDM
فیلامنت پلی کربنات (PC) به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در مقایسه با سایر مواد پرینت سه‌بعدی، عملکرد برجسته‌ای دارد. در این بخش به بررسی نحوه مقایسه پلی کربنات با برخی از دیگر فیلامنت‌های پرینت سه بعدیFDM خواهیم پرداخت.
| ویژگی‌ها | پلی‌کربنات (PC) | PLA | ABS | نایلون (PA) | PETG |
|---|---|---|---|---|---|
| استحکام | بسیار بالا | متوسط | خوب | عالی | خوب |
| مقاومت در برابر ضربه | بسیار بالا | پایین | خوب | خوب | خوب |
| مقاومت به حرارت | عالی (دمای بالا) | پایین | خوب | خوب | خوب |
| پایداری ابعادی | بسیار بالا | پایین | خوب | خوب (ولی جذب رطوبت دارد) | خوب |
| چاپ‌پذیری | متوسط (چاپ سخت‌تر) | عالی | خوب | خوب (ولی نیاز به شرایط خاص) | خوب |
| رطوبت‌گیری | کم | کم | کم | زیاد | کم |
| مناسب برای قطعات انعطاف‌پذیر | کم | عالی | متوسط | عالی | خوب |
| مناسب برای کاربردهای دمای بالا | بله | خیر | بله | خیر | خیر |
در نتیجه، با وجود مزایای خاص هر ماده، پلی‌کربنات به دلیل دوام، سختی و استحکام بالاتر، برای چاپ سه‌بعدی قطعاتی که به ویژگی‌های مکانیکی قوی نیاز دارند، انتخابی برتر به حساب می‌آید.
فیلامنت پلی کربنات از نظر اقتصادی
فیلامنت پلی کربنات در مقایسه با مواد دیگر از جمله فیلامنت‌های فلزی، قیمت معقولی دارد. پلی کربنات به طرز شگفت انگیزی بادوام است و می‌تواند ضربات قوی و تنش‌های خمشی را تحمل کند. این ماده ارزش هر پنی را که برای آن پرداخت شده است، دارد زیرا می‌توانید از این ماده پرینت‌هایی محکم و بادوامی بسازید به طوری که ماندگاری آن‌ها نیز فوق‌العاده طولانی باشد.
با فیلامنت های دیگر تکنولوژی FDM نیز آشنا شوید
سوالات متداول درباره فیلامنت پلی کربنات
فیلامنت پلی کربنات جاذب رطوبت است، یعنی رطوبت موجود در هوا را بیشتر از حد معمول به خود جذب می‌کند؛ رطوبت جذب‌شده نیز می‌تواند بر استحکام کلی و عملکرد فیلامنت در طول چاپ اثر بگذارد. بعد از بازکردن فیلامنت‌ها، توصیه می‌شود آن‌ها را در یک محفظه هوابندی شده و بدون رطوبت قرار دهید.
این ماده قابلیت خم شدن بدون هیچ آسیب یا شکستگی را دارد، که همین امر دلیل کاربرد گسترده آن در مواردی است که حداقل میزان انعطاف پذیری مد نظر است.
- همیشه به یاد داشته باشید که ماده پلی کربنات برای آنکه به خوبی ذوب شود، به دمای بالایی نیاز دارد.
- توجه داشته باشید که پلی کربنات مستعد چروک خوردگی و تاب خوردگی است، بنابراین نباید بیش از اندازه سرد شود.
- پلی کربنات جاذب رطوبت است و همین سبب می‌شود رطوبت هوا را بیش از حد معمول جذب کند که با این کار می‌تواند به خودش آسیب بزند.
دمای انتقال شیشه‌ای این ماده 150 درجه سلسیوس (302 فارنهایت) است که مقدار بالایی به حساب می‌آید، از این رو فیلامنت پلی کربنات قادر است یکپارچگی ساختاری خود را تا دمای مشخص شده حفظ کند، در نتیجه برای استفاده در مواردی که دما باید بسیار بالا باشد، عالی است.
دلیل آنکه می‌تواند چنین دمایی را تحمل کند آن است که در هنگام چاپ به دمای فوق‌العاده بالایی نیاز دارد و اگر با دمای کمتری چاپ شود، لایه‌ها از هم جدا خواهند شد.
اما بیشتر فیلامنت‌های پلی کربنات که در بازار وجود دارند، با مواد افزودنی نواربندی شده‌اند که در این صورت فیلامنت می‌تواند در دمای پایین‌تری نیز چاپ و پردازش شود.
شاید برای افراد سوال پیش بیاید که اگر این فیلامنت برترین ویژگی‌ها را در خود دارد، پس چرا همه از این فیلامنت در پرینت سه بعدی استفاده نمی‌کنند؟ به این دلیل که کار کردن با فیلامنت پلی کربنات و چاپ موفقیت‌آمیز آن راحت نیست. برای انجام این کار، یک فیلامنت پلی کربنات باکیفیت و یک پرینتر سه بعدی رومیزی حرفه‌ای نیاز است که پرینتر سه بعدی نیز باید تحمل دماهای بالا را داشته باشد و بتواند در دماهای بسیار بالا چاپ کند.