وقتی صحبت از چاپ سه‌بعدی قطعات انعطاف‌پذیر به میان می‌آید، یکی از نام‌هایی که زیاد به گوش می‌رسد فیلامنت TPE است. این نوع فیلامنت، که در دسته‌ی مواد نرم و کشسان قرار می‌گیرد، گزینه‌ای محبوب برای ساخت قطعاتی است که باید خم شوند، فشرده شوند یا در برابر ضربه مقاوم باشند. اما واقعاً فیلامنت TPE چیست و چه ویژگی‌هایی دارد که آن را از سایر مواد چاپ سه‌بعدی متمایز می‌کند؟
در این مقاله با زبانی ساده بررسی می‌کنیم که TPE چیست، اصلا TPE مخفف چیست و چرا این ماده در دنیای پرینت سه‌بعدی و حتی در صنایع دیگر تا این اندازه پرکاربرد شده است. همچنین به مزایا، محدودیت‌ها و کاربردهای رایج مواد TPE در پرینت سه‌بعدی خواهیم پرداخت تا بتوانید تصمیم دقیق‌تری برای انتخاب فیلامنت مناسب پروژه‌تان بگیرید.
برای کسانی که به دنبال ساخت قطعات انعطاف‌پذیر با پرینتر سه‌بعدی هستند، فیلامنت TPE یکی از بهترین گزینه‌ها محسوب می‌شود. اما پیش از آنکه به کاربردها و ویژگی‌های این ماده بپردازیم، بهتر است بدانیم TPE مخفف چیست و این ماده دقیقاً چه خصوصیاتی دارد.
TPE مخفف عبارت Thermoplastic Elastomer یا به فارسی «الاستومر ترموپلاستیک» است. این ماده ترکیبی از ویژگی‌های لاستیک و پلاستیک است، به‌طوری که هم خاصیت کشسانی لاستیک را دارد و هم مانند پلاستیک می‌تواند با گرما ذوب شده و در فرآیند چاپ سه‌بعدی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین اگر بخواهیم ساده بگوییم، TPE چیست؟ TPE نوعی پلاستیک انعطاف‌پذیر و ارتجاعی است که مانند لاستیک نرم عمل می‌کند، ولی قابلیت شکل‌پذیری با حرارت را نیز دارد.
فیلامنت TPE به خاطر انعطاف بسیار بالایی که دارد، برای تولید قطعاتی مثل محافظ گوشی، کمربندها، ضربه‌گیرها، واشرها، یا قطعات ضد لغزش بسیار ایده‌آل است. سطح نرم، قابلیت کشش بالا و مقاومت در برابر فشار و لرزش باعث شده تا این ماده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار بگیرد.
البته به دلیل خاصیت ارتجاعی زیاد، چاپ با فیلامنت TPE ممکن است کمی چالش‌برانگیز باشد. نکته مهمی که باید بدانید این است که TPE با TPU تفاوت دارد، هرچند بسیاری از افراد این دو را به جای یکدیگر به‌کار می‌برند. TPU که یکی از انواع TPE محسوب می‌شود، معمولاً سخت‌تر، چاپ‌پذیرتر و کمی کمتر انعطاف‌پذیر است، اما مقاومت بالاتری دارد. انتخاب بین این دو بستگی به نیاز پروژه و سطح مهارت شما در چاپ سه‌بعدی دارد.
ویژگی‌های فیلامنت TPE
مواد TPE به‌دلیل ترکیب منحصربه‌فردی از انعطاف‌پذیری، کشسانی و دوام، یکی از خاص‌ترین مواد مورد استفاده در چاپ سه‌بعدی هستند. اگر به‌دنبال تولید قطعاتی هستید که باید خم شوند، فشار را تحمل کنند یا در برابر لغزش مقاومت داشته باشند، این فیلامنت می‌تواند انتخابی بسیار مناسب باشد.
مهم‌ترین ویژگی فیلامنت TPE، انعطاف‌پذیری بالای آن است. این ماده رفتاری مشابه لاستیک دارد و می‌تواند تحت فشار یا کشش تغییر شکل دهد و سپس به حالت اولیه بازگردد، بدون اینکه دچار شکست یا تغییر دائمی در ساختار شود. به همین دلیل، برای قطعاتی مانند ضربه‌گیرها، پدهای ضد لغزش یا کاورهای محافظ بسیار کاربردی است.
فیلامنت TPE می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی کش بیاید بدون آنکه بشکند یا تغییر شکل دائم پیدا کند. این ویژگی در کنار مقاومت عالی در برابر سایش، آن را برای ساخت قطعات متحرک یا پر اصطکاک ایده‌آل کرده است.
یکی دیگر از مزایای فیلامنت TPE، چسبندگی مناسب آن به صفحه ساخت (Build Platform) و نیز بین لایه‌های مختلف چاپ است. این خاصیت باعث می‌شود قطعه‌ی چاپ‌شده استحکام کلی خوبی داشته باشد و احتمال جدا شدن یا ترک‌خوردگی بین لایه‌ها کاهش یابد.
به‌دلیل ضریب اصطکاک زیاد، قطعات چاپ‌شده با مواد TPE دارای سطحی ضد لغزش هستند؛ درست مانند لاستیک. این ویژگی، فیلامنت TPE را برای ساخت پدهای ضد لغزش، پایه‌های لرزه‌گیر یا دستگیره‌هایی با اصطکاک بالا بسیار مناسب می‌کند.
TPE به‌راحتی می‌تواند نیروهای ضربه یا ارتعاش را جذب و دفع کند. این ویژگی باعث شده که در ساخت قطعاتی که در معرض لرزش‌های مداوم یا فشارهای لحظه‌ای هستند، گزینه‌ای کارآمد و قابل اعتماد باشد.
با وجود همه‌ی این ویژگی‌های مثبت، باید توجه داشت که چاپ با فیلامنت TPE کمی چالش‌برانگیز است و نیاز به سرعت چاپ پایین‌تر و دقت بیشتر دارد. اما در نهایت، کیفیت و عملکرد قطعه‌ی نهایی اغلب ارزش این تلاش را دارد.
کاربردهای فیلامنت TPE در زندگی روزمره
مواد TPE به طرز حیرت آوری نرم هستند. به همین خاطر، به راحتی قالب‌گیری می‌شود و در جاهای مختلفی از زندگی روزمره دیده می‌شود. از فیلامنت TPE برای ساخت آستر درپوش بطری یا دستگیره‌های نرمی که روی برخی وسایل قرار می‌گیرند، بسیار استفاده می‌شود.
صنعت خودروسازی جایی است که مواد TPE در آن بسیار می‌درخشند. از آنجایی که فیلامنت انعطاف پذیر TPE یک ترموپلاستیک است، انتخاب مناسبی برای عایق کردن سیم‌کشی‌ها و کابل‌های خودرو به شمار می‌رود. البته، از فیلامنت TPE می‌توان در انواع سیم‌کشی‌های صنایع مختلف مانند لوازم خانگی و همچنین سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع نیز استفاده کرد.
همین الان سفارش خود را ثبت کنید!
فیلامنت انعطاف پذیر TPE و محیط زیست
فیلامنت TPE نسبت به بسیاری از پلاستیک‌های دیگر، با محیط زیست سازگارتر است، زیرا مخلوطی شامل لاستیک است و به گونه‌ای طراحی شده است که در طول زمان تجزیه می‌شود. با وجود آنکه فیلامنت TPE به اندازه کافی دوام دارد تا خدمت خود را ارائه دهید، اما اگر زمان کافی را در خاک سپری کند، فرآوری شود یا با هدف استفاده مجدد بازیافت شود، تجزیه خواهد شد. درست مانند سایر لاستیک‌ها و پلاستیک‌ها، امکان ذوب و تغییر کاربری فیلامنت TPE وجود دارد. برخلاف برخی فیلامنت‌ها مانند ABS که صدها سال دوام می‌آورند، TPE یکی از فیلامنت‌هایی است مه از نظر زیست محیطی بسیار پایدار است.
تنظیمات چاپ فیلامنت tpe
چاپ با فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر مانند TPE نیازمند دقت و تنظیمات خاصی است. انعطاف بالا و خاصیت لاستیکی این ماده باعث می‌شود که در صورت استفاده از تنظیمات نادرست، مشکلاتی مانند گرفتگی نازل، کشیدگی رشته‌ها یا چسبندگی ضعیف به بستر رخ دهد. در ادامه، مهم‌ترین تنظیمات پیشنهادی برای چاپ موفق با TPE را می‌خوانید:
اکسترودر:
Direct Drive توصیه می‌شود
سیستم‌های Direct Drive برای چاپ با مواد انعطاف‌پذیر بسیار مناسب‌تر هستند چون مسیر فیلامنت کوتاه‌تر و کنترل روی فشار فیلامنت دقیق‌تر است.
فن خنک‌کننده:
نیاز است
وجود فن خنک‌کننده برای سرد کردن سریع لایه‌ها و جلوگیری از شُل شدن ساختار، بسیار مفید است.
سطح ساخت (Build Surface):
نوار نقاشی (Painter’s Tape) یا PEI Sheet
این سطوح به چسبیدن بهتر TPE کمک می‌کنند و احتمال جدا شدن لایه اول را کاهش می‌دهند.
محفظه بسته (Enclosure):
لازم نیست
TPE حساسیتی به جریان هوا یا دمای محیط ندارد، پس داشتن محفظه بسته اجباری نیست.
TPE برای اکسترود شدن نیاز به دمای نسبتاً بالایی دارد. بهتر است با ۲۳۰ درجه شروع کنید و در صورت نیاز، تنظیمات را کمی بالا یا پایین ببرید تا بهترین جریان را پیدا کنید.
استفاده از بستر گرم به چسبندگی بهتر لایه اول کمک می‌کند. معمولاً دمای ۵۰ درجه نتیجه خوبی دارد. البته وجود بستر گرم اجباری نیست اما توصیه می‌شود.
TPE در سرعت‌های بالا تمایل به جمع‌شدن یا گرفتگی دارد، بنابراین چاپ آهسته و پیوسته بهترین نتیجه را به همراه دارد.
بسته به نوع قطعه و کیفیت مورد نظر، می‌توانید از ارتفاع لایه‌های ظریف برای جزئیات بیشتر یا ضخیم‌تر برای چاپ سریع‌تر استفاده کنید.
فعال‌سازی زیاد Retraction در TPE ممکن است باعث گیر کردن فیلامنت یا شل‌شدن درون اکسترودر شود. در پرینترهای با سیستم Direct Drive می‌توان مقدار کمی برای آن تعریف کرد، اما در Bowden بهتر است غیرفعال باشد.
نکاتی برای چاپ فیلامنت TPE
فیلامنت TPE بسیار نرم و انعطاف‌پذیر است، به همین خاطر هم یکی از فیلامنت‌هایی است که چاپ آن بسیار دشوار است. برای اینکه شانس خودتان را برای چاپ موفق مواد TPE افزایش بدهید، می‌توانید چند کار انجام بدهید:
شما باید مطمئن شوید که مسیر فیلامنت کاملا ایمن است، زیرا هر شکاف یا انسدادی می‌تواند باعث شود فیلامنت از شکاف جریان پیدا کند که ممکن است خراب‌کاری کند یا به پرینتر آسیب بزند
سرعت 10 تا 15 میلی‌متر بر ثانیه ایده‌آل است و 30 میلی‌متر بر ثانیه حداکثر مقداری است که می‌توانید به کار بگیرید.
ضربه را به خوبی خنثی می‌کند. پس از آن، TPE توانایی فوق‌العاده‌ای در تحمل ضربه دارد و پس از وارد شدن ضربه یکپارچگی ساختاری خود را حفظ می‌کند. فیلامنت انعطاف پذیر TPE بسیار فنری است، به همین خاطر نسبت به فیلامنت‌های شکننده‌تری مثل PLA، می‌تواند در برابر ضربه‌های قوی‌تری تاب بیاورد. TPE یکی از زیست سازگارترین فیلامنت‌های موجود است.
اگر فردی آگاه به محیط زیست هستید، تصمیم در این مورد برای شما مهم خواهد بود. اگر به عنوان یک شرکت به دنبال استفاده از TPE هستید و شرایط بازیافت آن هم برای شما مهیا است، استفاده از آن، نوع کسب و کار شما را بسیار پایدارتر می‌سازد. از آنجایی که برای مواد غذایی ایمن است، راه‌های زیادی برای استفاده از آن در برنامه‌های کاربردی دنیای واقعی باز می‌شود. فیلامنت انعطاف پذیر TPE نسبت به همتایان خود که آن‌ها هم برای مواد غیر غذایی ایمن هستند، محدودیت بسیار کمتری دارد.
فیلامنت انعطاف پذیر TPE یکی از گرانترین فیلامنت‌ها است، به این معنی که انتخاب این فیلامنت برای افرادی که برای سرگرمی و نه به عنوان بخشی از کسب و کار چاپ می‌کنند، گزینه مناسبی نیست. اگر این فیلامنت درنهایت همان چیزی را می‌خواهید به شما می‌دهد، ارزش پولی که صرف خرید آن می‌کنید را دارد، اما قطعا برای افرادی که به عنوان سرگرمی چاپ می‌کنند گزینه مناسبی نیست.
چاپ آن بسیار سخت است. حتی ممکن است کار کردن با آن، برای کاربران باتجربه هم کمی دشوار باشد. بنابراین اگر در زمینه چاپ سه بعدی تازه‌کار هستید، بهتر است که از این گزینه صرف نظر کنید. اگر تصمیم گرفتید که TPE را انتخاب کنید، راهنمای بالا و توصیه‌های تولیدکننده را به دقت دنبال کنید تا به بهترین نتایج دست پیدا کنید. فیلامنت انعطاف پذیر TPE برای مقاصد سازه‌ای طراحی نشده است. درست است که در کاربردهای مکانیکی زیادی مانند سیم‌کشی استفاده می‌شود، اما آنقدر سخت و قوی نیست که در کاربردهای مقاومتی واقعی به کار برود.
مقایسه فیلامنت TPE با فیلامنت های دیگر
در ادامه، جدول مقایسه‌ای کامل بین فیلامنت TPE و دیگر فیلامنت‌های پرکاربرد پرینت سه‌بعدی (مانند PLA، ABS، PETG و TPU) ارائه شده است. این جدول به شما کمک می‌کند تا بر اساس نیاز خود، بهترین گزینه را انتخاب کنید:
| ویژگی/فیلامنت | TPE (فیلامنت انعطاف‌پذیر) | PLA | ABS | PETG | TPU |
|---|---|---|---|---|---|
| انعطاف‌پذیری | بسیار بالا | بسیار پایین | پایین | متوسط | بالا |
| زیست‌پذیری و تجزیه‌پذیری | نسبتاً تجزیه‌پذیر | بسیار تجزیه‌پذیر | غیرقابل‌تجزیه | نسبتاً غیرقابل‌تجزیه | نسبتاً تجزیه‌پذیر |
| ایمنی غذایی | بله (محدود) | بله | خیر | بله | بله (بسته به برند) |
| مقاومت حرارتی | خوب | ضعیف | بسیار خوب | خوب | متوسط |
| سختی و صلبیت | نرم و انعطاف‌پذیر | سخت ولی شکننده | بسیار سخت و مقاوم | سخت و مقاوم | نرم ولی کمی صلب‌تر از TPE |
| مقاومت در برابر ضربه | بسیار بالا | پایین | بالا | بالا | بسیار بالا |
| راحتی چاپ | دشوار | بسیار آسان | نسبتاً سخت | آسان | آسان‌تر از TPE |
| مقاومت سایشی | عالی | پایین | خوب | بسیار خوب | بسیار خوب |
| قیمت | بالا | پایین | متوسط | متوسط | بالا |
| موارد استفاده نمونه | درپوش، ضربه‌گیر، پایه ضدلغزش | نمونه‌های اولیه، تزئینی | قطعات مکانیکی مقاوم به گرما | ظروف، قطعات نیمه‌شفاف | قاب گوشی، کفش، لولاهای منعطف |
محدودیت‌های استفاده از فیلامنت TPE
اگر قصد دارید فیلامنت TPE را برای چاپ قطعه‌ای خاص انتخاب کنید، بهتر است پیش از تصمیم نهایی با محدودیت‌های آن آشنا شوید. هرچند این ماده به‌دلیل انعطاف‌پذیری بالا و ویژگی‌های لاستیکی‌اش محبوب است، اما همیشه بهترین گزینه برای همه کاربردها نیست.
فیلامنت TPE به دلیل خاصیت انعطاف‌پذیرش، هنگام عبور از نازل ممکن است در اکسترودر خم شده یا گیر کند. بنابراین برای چاپ موفق با آن نیاز به سرعت بسیار پایین و تنظیمات دقیق دارید. اگر هنوز با تنظیمات پرینتر خود کاملاً آشنا نیستید، ممکن است با مشکلاتی مثل گیر کردن، رشته‌رشته شدن (stringing) یا چاپ ناقص مواجه شوید.
اگر پرینتر شما به سیستم اکسترودر Bowden مجهز است (که در آن فیلامنت از فاصله‌ای دورتر به سمت نازل هدایت می‌شود)، TPE ممکن است در مسیر تاب بخورد یا فشرده شود. این مشکل در پرینترهایی با اکسترودر مستقیم (Direct Drive) کمتر دیده می‌شود.
به‌دلیل انعطاف بالا، TPE در ایجاد پل‌های بین نقاط بدون ساپورت ضعیف عمل می‌کند. اگر قطعه شما شامل قسمت‌هایی با فاصله معلق (مثل شیارها یا پل‌ها) است، احتمال دارد چاپ نهایی شلخته و بی‌کیفیت باشد.
فیلامنت TPE مستعد رشته‌ای شدن (stringing) و گاهی حباب‌های ریز (blobs) در حین چاپ است. این مشکل می‌تواند جزئیات چاپ را کاهش دهد و ظاهر نهایی قطعه را خراب کند، مگر اینکه تنظیمات دما و بازنشست (retraction) به‌درستی انجام شوند.
فیلامنت TPE نسبت به فیلامنت‌هایی مانند PLA یا ABS گران‌تر است. بنابراین اگر پروژه شما نیاز به صرفه‌جویی در هزینه دارد یا مصرف بالا دارد، ممکن است گزینه اقتصادی‌ای نباشد.
سوالات متداول درباره فیلامنت TPE
TPE (Thermoplastic Elastomer) یک نوع پلاستیک لاستیکی است که پس از چاپ، انعطاف‌پذیر، کشسان و مقاوم در برابر ضربه است. این فیلامنت برای ساخت قطعاتی که نیاز به خم شدن، فشرده شدن یا ضربه‌گیری دارند، بسیار مناسب است.
هر دو فیلامنت انعطاف‌پذیر هستند؛ اما TPU معمولاً کمی سخت‌تر است و راحت‌تر چاپ می‌شود. TPE از نظر انعطاف بیشتر شبیه لاستیک واقعی است و نرمی بیشتری دارد، اما چاپ آن هم چالش‌برانگیزتر است.
اگر پرینتر شما مجهز به اکسترودر Direct Drive باشد، شانس بالایی برای چاپ موفق با TPE دارید. پرینترهای با سیستم Bowden معمولاً در کنترل دقیق فیلامنت‌های نرم دچار مشکل می‌شوند.
بله، TPE ذاتاً مقاوم در برابر نفوذ آب و رطوبت است. به همین دلیل در ساخت درپوش‌ها، واشرها و قطعات ضدآب کاربرد زیادی دارد.
TPE برای قطعاتی که نیاز به تحمل وزن یا بار مکانیکی بالا دارند مناسب نیست. همچنین اگر دقت ابعادی بالا یا سختی زیاد نیاز دارید، بهتر است سراغ فیلامنت‌هایی مانند PLA، PETG یا ABS بروید.
بله، TPE یکی از فیلامنت‌های قابل بازیافت است و نسبت به بسیاری از مواد دیگر تجزیه‌پذیری بهتری دارد.