فیلامنت چوب یکی از جذاب‌ترین و متفاوت‌ترین گزینه‌ها در دنیای چاپ سه‌بعدی است که به کاربران این امکان را می‌دهد تا قطعاتی با ظاهر، بافت و حتی بوی چوب طبیعی تولید کنند. این نوع فیلامنت، ترکیبی از پلاستیک PLA و ذرات ریز چوب واقعی است و به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردش، در سال‌های اخیر توجه بسیاری از علاقه‌مندان و متخصصان پرینتر سه‌بعدی را به خود جلب کرده است. اگر شما هم به دنبال ساخت قطعاتی هستید که حس طبیعی چوب را با دقت و انعطاف پرینت سه‌بعدی ترکیب کند، فیلامنت چوبی می‌تواند انتخاب مناسبی برایتان باشد.
در این مقاله، به بررسی دقیق آنچه که به‌عنوان پرینتر سه بعدی چوب شناخته می‌شود خواهیم پرداخت و نحوه عملکرد و ترکیب فیلامنت wood را بررسی میکنیم. از مزایا و خواص فیزیکی گرفته تا محدودیت‌ها، راهنمای چاپ موفق، و نکاتی برای دستیابی به بهترین نتیجه؛ با ما همراه باشید تا هر آنچه لازم است درباره این ماده خلاقانه و کاربردی بدانید، در اختیارتان قرار گیرد.
فیلامنت چوب چیست؟
فیلامنت چوب نوعی فیلامنت ترکیبی برای پرینترهای سه‌بعدی است که از ترکیب پلیمر پایه PLA (پلی‌لاکتیک اسید) با ذرات ریز چوب طبیعی ساخته می‌شود. این ذرات می‌توانند شامل خاک‌اره، چوب‌پنبه یا تراشه‌های چوب واقعی باشند و معمولاً بین ۲۰ تا ۴۰ درصد از ترکیب فیلامنت را تشکیل می‌دهند. PLA که خود از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت تولید می‌شود، به دلیل سهولت استفاده و زیست‌پذیری بالا، پایه اصلی این ترکیب است. نتیجه این ترکیب، فیلامنتی است که رفتاری شبیه PLA دارد اما ظاهری بسیار نزدیک به چوب واقعی از خود نشان می‌دهد.
ایده اولیه این فیلامنت‌ها در سال ۲۰۱۲ توسط «کای پارتی»، بنیان‌گذار آلمانی شرکت Lay Filaments ارائه شد. نخستین نسخه‌ها ظاهری نسبتاً خشن و مقوایی داشتند، اما با پیشرفت فناوری، امروزه فیلامنت‌های چوبی در انواع متنوعی مانند بامبو، سدر، توس، گردو و آبنوس تولید می‌شوند و می‌توانند طیفی از بافت‌ها و رنگ‌های چوب طبیعی را بازسازی کنند.
چه موادی در ترکیب فیلامنت چوب حضور دارند؟
فیلامنت‌های چوب دسته‌ای از فیلامنت‌های کامپوزیتی هستند که پایه آن‌ها اغلب PLA است و چوب به شکل افزودنی در ترکیب حضور دارد. تولیدکنندگان فیلامنت wood برای این کار از چوب‌های مختلفی بهره می‌برند که از جمله آن‌ها می‌توان به توس، سرو، بامبو، چوب‌پنبه، آبنوس، کاج، زیتون و حتی نارگیل اشاره کرد. در ترکیب استاندارد فیلامنت چوب، 70% PLA و 30% چوب دیده می‌شود. با این حال، ممکن است این مقادیر وابسته به نوع محصول و شرکت سازنده تغییر کند. از آنجایی که PLA بخش اصلی این نوع فیلامنت را تشکیل می‌دهد، انتظار می‌رود که بیشتر خواص نیز از PLA ناشی شود. گرچه با اضافه شدن چوب، ممکن است برخی خواص به کلی تغییر کنند، مانند شکننده شدن و داشتن پرداختی شبیه به چوب واقعی.
منظور از پرینت سه بعدی چوب چیست؟
پرینت سه بعدی چوب به فرآیندی گفته می‌شود که در آن از فیلامنت چوبی و پرینتر سه بعدی چوب استفاده می‌شود؛ برای تولید فیلامنت‌های چوب، ضایعات چوبی گردآوری شده و به عنوان جزء سازنده فیلامنت به کار می‌رود. چوب یکی از فیلامنت‌های پرطرفدار ساخت افزایشی به حساب می‌آید، زیرا ظاهر قطعاتی که با این فیلامنت تولید می‌شوند به گونه‌ای است که انگار با کنده‌کاری یک چوب واقعی ساخته شده‌اند . پرینت سه بعدی با فیلامنت چوبی با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی FDM انجام می شود و سایر تکنولوژی های پرینت سه بعدی مانند SLA و SLS این ویژگی را ندارند.
فیلامنت چوبی یکی از جذاب‌ترین انتخاب‌ها برای کسانی است که به دنبال ترکیب زیبایی طبیعی چوب با امکانات فناوری پرینت سه‌بعدی هستند. استفاده از این فیلامنت مزایای متعددی دارد که آن را از بسیاری از دیگر مواد چاپ متمایز می‌کند. در ادامه با برخی از مزایای فیلامنت wood آشنا خواهیم شد:
نخستین و شاید مهم‌ترین مزیت، ظاهر و بافت طبیعی آن است. قطعاتی که با فیلامنت چوب پرینت می‌شوند، ظاهری بسیار شبیه به چوب واقعی دارند. لمس آن‌ها نیز حس گرمای خاص چوب را القا می‌کند؛ گویی با یک قطعه تراش‌خورده از چوب طبیعی روبرو هستید. حتی در بسیاری از مدل‌ها، می‌توان رگه‌های طبیعی چوب را روی سطح چاپ شده مشاهده کرد که جلوه‌ای هنری و منحصر به فرد به قطعه می‌دهد.
یکی دیگر از مزایای کلیدی، پنهان شدن خطوط لایه‌ها در مدل نهایی است. در پرینت‌های معمولی با PLA، لایه‌ها کاملاً مشخص هستند و گاه باعث افت زیبایی سطح می‌شوند، اما در فیلامنت چوبی، بافت و رنگ ناهمگن ناشی از ذرات چوب باعث می‌شود خطوط لایه‌ها کمتر دیده شوند و مدل نهایی صاف‌تر و چشم‌نوازتر به نظر برسد.
قطعاتی که از فیلامنت چوبی ساخته می‌شوند، بسیار راحت با سنباده‌های معمولی پرداخت می‌شوند. این ویژگی به کاربر اجازه می‌دهد تا بعد از چاپ، با کمی کار دستی، بافت نهایی را به شکل دلخواه درآورده و حتی با رنگ یا روغن چوب، کیفیت ظاهری را افزایش دهد.
مزیت دیگر این نوع فیلامنت، سازگاری زیست‌محیطی آن است. از آنجایی که بخش عمده ترکیب آن را PLA و ضایعات چوبی مانند خاک‌اره تشکیل می‌دهند، این ماده قابل بازیافت و سازگار با محیط زیست محسوب می‌شود. همچنین خاک‌اره ماده‌ای ارزان و قابل‌دسترس است که به تولید اقتصادی این نوع فیلامنت کمک می‌کند.
استحکام بین‌لایه‌ای خوب نیز از دیگر ویژگی‌های مثبت فیلامنت چوب است؛ زیرا وجود ذرات چوب باعث ایجاد اتصال قوی‌تری بین لایه‌های پرینت‌شده می‌شود. این ویژگی برای افزایش مقاومت مکانیکی قطعه مفید است، هرچند باید توجه داشت که فیلامنت چوب در برابر ضربه اندکی شکننده‌تر از PLA خالص عمل می‌کند.
مهم‌ترین خواص فیلامنت چوب عبارت هستند از:
- تمایل فیلامنت چوب به تاب‌خوردگی یا انقباض بسیار کم است.
- فیلامنت‌های چوب زیست‌سازگار و قابل بازیافت هستند.
- فیلامنت‌های چوب بسیار سفت و صلب هستند و هیچ‌گونه انعطافی در آن‌ها دیده نمی‌شود.
مقایسه خواص فیلامنت چوب با سایر فیلامنت‌ها
در جدول رو به رو، خواص فیلامنت چوب با خواص چند فیلامنت پرینت سه بعدی دیگر مقایسه شده است. در این جدول به جز خود فیلامنت چوب، بقیه بدون افزودنی هستند.
خاصیت | PLA پرشده با چوب | فیلامنت PLA | فیلامنت ABS | فیلامنت PETG |
مدول کششی (MPa) | 3650 | 2696 | 1699 | 1711 |
تنش تسلیم کشش (MPa) | 50 | 47.5 | 38.1 | 46.2 |
ازدیاد طول در نقطه شکست (%) | 3.8 | 9.4 | 5.8 | 6.8 |
استحکام خمشی (MPa) | 14.47 | 91.6 | 21.5 | 50 |
استحکام ضربه‌ای در آزمون شارپی (kJ/m2) | 5.1 | 8.9 | 1.5 | 7.9 |
سختی (شور D) | 72.2 | 80 | 76 | 76 |
دمای انتقال شیشه (°C) | 45 | 59 | 100.5 | 77.4 |
دمای ذوب (°C) | 130-210 | 152 | آمورف، دمای ذوب ندارد | آمورف، دمای ذوب ندارد |
همین الان سفارش خود را ثبت کنید!
محدودیت های فیلامنت چوب
فیلامنت چوب در بحث پایداری و دوام، بیش از آنکه شبیه چوب واقعی باشد، صفات فیلامنت PLA را به ارث برده است. پرینت‌های چوب هیچ انعطافی ندارند و شکننده هستند؛ به همین خاطر، توصیه می‌شود که از آن برای تحمل بار استفاده نشود.
فیلامنت‌های چوب به قدری ترد و شکننده هستند که اگر مسیر قرقره تا اکسترودر هموار نباشد، احتمال شکستن آن‌ها زیاد می‌شود.
برخلاف فیلامنت‌های کامپوزیتی دیگر مانند فیلامنت‌های فلز یا فیبر کربن، فیلامنت‌های چوب اگر در معرض دماهای بالا قرار بگیرند ممکن است آتش بگیرند و بسوزند.
ماهیت فیلامنت‌های چوب به گونه‌ای است که ایجاد سایش می‌کنند و ممکن است به نازل‌های برنجی آسیب بزنند.
راهنمای چاپ موفق با فیلامنت چوب
با رعایت نکات زیر به هنگام پرینت سه بعدی چوب می‌توانید نتیجه خیلی خوبی در کار خود رقم بزنید:
درجه چسبندگی فیلامنت چوب با PLA خالی متفاوت است. برای آنکه بتواند با صفحه ساختی که هنوز گرم نشده است اتصال برقرار کند، باید از یک چسب پرینت استفاده شود. چسب نواری پرینت، چسب ماتیکی و اسپری مو معمولا چسبندگی خوبی ایجاد می‌کنند.
جنس و قطر نازل باید مناسب پرینت فیلامنت چوب باشد. بهترین نوع نازل برای این کار، نازل‌های از جنس فولاد آبداده هستند. برای پرهیز از مسدود داشتن نازل، توصیه می‌شود که قطر آن کمتر از 6 میلی‌متر نباشد تا همچنین توازن خوبی میان کیفیت و سرعت پرینت برقرار شود. اما اگر قطر نازل از این هم کوچک‌تر بود، بهتر است نرخ جریان را تغییر دهید.
فیلامنت چوب جاذب رطوبت است، یعنی می‌تواند رطوبت موجود در هوا را به سرعت در خود جذب کند. بنابراین، فیلامنت را در جعبه‌های هوابندی‌شده نگهداری کرده و پیش از شروع پرینت نیز آن را خشک کنید. اگر فیلامنت در حین اکسترود شدن شروع به حباب زدن کرد، بدان معناست که رطوبت به درون آن نفوذ کرده است.
از انجام عملیات پسا پردازش روی قطعه غافل نشوید؛ برای این کار از عمل سنباده‌زنی یا پولیش کردن استفاده کنید.
در جدول 2، تنظیماتی ارائه شده است که می‌توانید آن‌ها را به هنگام پرینت چوب به کار ببرید.
جدول 2. تنظیمات پرینتر سه بعدی برای پرینت چوب
تنظیمات پرینتر | مقدار |
دمای اکسترودر (°C) | 170-220 در صورتی که بخواهید پرداخت چوب تیره‌تر شود، می‌توانید تا حداکثر 240 درجه سلسیوس بالا ببرید. |
دمای بستر (°C) | غیرضروری در صورت استفاده: 45-60 |
دمای نازل (°C) | 170-220 |
سرعت پرینت (mm/s) | 40-75 |
سرعت فن اکسترودر | بیشترین سرعت |
سرعت عقب نشینی (ریترکشن) (mm/s) | 45-60 |
فاصله عقب نشینی (ریترکشن) (mm) | 6.5 |
شارش جریان فیلامنت (%) | 110-110% |
سرعت چاپ فیلامنت‌های چوب باید از بین بازه 40 تا 75 میلی‌متر بر ثانیه انتخاب گردد. بهتر است فرآیند پرینت با سرعت کم آغاز شود و سپس به تدریج افزایش یابد. فیلامنت‌های چوب چسبندگی نسبتا خوبی دارند به همین خاطر هم امکان پرینت آن‌ها در سرعت‌های بالا وجود دارد. علاوه بر این، چسبندگی خوب به معنای ایجاد اتصال قوی در بین لایه‌ها است که به دنبال این امر، پرینت نهایی از استحکام مطلوبی برخوردار خواهد بود. از سوی دیگر، وجود ذرات چوب در این فیلامنت باعث شده که خطوط لایه‌ها تا حدی محو شوند. پرینت لایه‌هایی با ارتفاع بیشتر نیز چیزی از زیبایی یا استحکام قطعه کم نخواهد کرد.
ضخامت مناسب دیواره‌ها پیش از هر چیز، به کاربرد نهایی قطعه بستگی دارد. به طور کلی، فیلامنت‌های PLA دارای ذرات چوب، نسبت به فیلامنت‌های PLA معمولی ضعیف‌تر هستند، زیرا وجود همین ذرات باعث تضعیف برخی پیوندهای پلیمر می‌شود. به سبب وجود این مشکل، پیشنهاد می‌شود که ضخامت دیواره‌ها را به حداقل مقدار ممکن، یعنی 1.2 تا 3 میلی‌متربرسانید (با فرض آنکه قطر نازل 0.4 میلی‌متر باشد).
در حالت عادی توصیه می‌شود که از کمترین مقدار چگالی پرکننده یعنی 20% استفاده گردد، با این حال، ممکن است بنا به نوع کاربرد تغییر کند. به طور کلی، بهتر است این فیلامنت در جایی که باید متحمل بار شود به کار نرود، اما در صورتی که چنین موقعیتی پیش آمد، بسته به میزان بار اعمالی، چگالی پرکننده باید بین 50 تا 100% باشد.
ویژگی‌های پرینتر سه بعدی چوب
برای چاپ با فیلامنت چوبی، انتخاب پرینتر مناسب اهمیت زیادی دارد. فیلامنت‌های چوبی به دلیل داشتن ذرات چوب واقعی، نیازمند ویژگی‌های خاصی در پرینتر هستند تا از گرفتگی نازل و مشکلات چاپ جلوگیری شود. در ادامه، برخی از ویژگی‌های یک پرینتر سه بعدی برای چاپ با فیلامنت چوب را بررسی میکنیم :
به دلیل وجود ذرات چوب در فیلامنت، استفاده از نازل‌هایی با قطر 0.6 میلی‌متر یا بیشتر توصیه می‌شود تا از گرفتگی جلوگیری شود.
ذرات چوب می‌توانند باعث سایش نازل شوند؛ بنابراین، استفاده از نازل‌های فولادی سخت‌شده یا برنجی با روکش مقاوم پیشنهاد می‌شود.
فیلامنت‌های چوبی معمولاً در دمای 200 تا 230 درجه سانتی‌گراد چاپ می‌شوند. برخی فیلامنت‌ها با تغییر دما، رنگ متفاوتی ایجاد می‌کنند که می‌تواند برای ایجاد جلوه‌های چوبی متنوع مفید باشد.
فیلامنت‌های چوبی به رطوبت حساس هستند و ممکن است در صورت جذب رطوبت، کیفیت چاپ کاهش یابد. استفاده از سیستم‌های خشک‌کن فیلامنت یا نگهداری آن‌ها در محیط خشک توصیه می‌شود.
معرفی چند نمونه از پرینترهای سه بعدی برای استفاده از فیلامنت چوب
چاپ سه‌بعدی با فیلامنت چوب نیازمند پرینترهایی است که از نظر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری بتوانند با ذرات ساینده‌ی موجود در این نوع فیلامنت سازگار باشند. در این بخش، چند مدل پرینتر سه بعدی چوب محبوب و مناسب را معرفی میکنیم:
Creality K1C یک پرینتر سریع، محکم و سازگار با فیلامنت‌های پرچالشی مانند چوب است. این پرینتر با نازل مقاوم در برابر سایش و طراحی صنعتی مناسب، انتخاب خوبی برای کسانی است که به دنبال چاپ سریع و با کیفیت هستند.
پرینتر MK4S از برند معتبر Prusa، دقت بالا، تنوع در قطر نازل و پشتیبانی نرم‌افزاری گسترده‌ای دارد. کیفیت ساخت عالی و جامعه کاربران فعال، آن را به گزینه‌ای مطمئن برای چاپ فیلامنت چوب تبدیل کرده است.
این پرینتر فراتر از یک دستگاه چاپ سه‌بعدی ساده است؛ قابلیت CNC و لیزر نیز دارد. اگر به دنبال یک دستگاه چندکاره هستید که بتواند با فیلامنت چوب کار کند و امکانات متنوع‌تری برای کارگاه شما فراهم کند، Snapmaker Artisan انتخابی فوق‌العاده است.
Kobra S1 با قیمتی اقتصادی، نصب ساده و کیفیت مناسب، برای کاربران خانگی یا تازه‌کارانی که می‌خواهند با فیلامنت چوب تجربه کسب کنند، گزینه‌ای عالی است.
این مدل نیز از سری K1 شرکت Creality بوده و برای چاپ‌های سریع و با کیفیت بالا طراحی شده است. اگرچه نسبت به K1C امکانات کمتری دارد، اما همچنان از قابلیت استفاده با فیلامنت‌های چوب برخوردار است.
در جدول زیر، مقایسه‌ای از پرینترهای پیشنهادی برای چاپ با فیلامنت چوب ارائه شده است:
| نام پرینتر | مزایای اصلی | مناسب برای |
|---|---|---|
| Creality K1C | سرعت بالا، نازل مقاوم در برابر سایش، سیستم تهویه مؤثر | کاربران حرفه‌ای، چاپ سریع |
| Prusa MK4S | کیفیت ساخت بالا، اکوسیستم حرفه‌ای، پشتیبانی گسترده | کاربران حرفه‌ای |
| Snapmaker Artisan | قابلیت‌های سه‌کاره (پرینت، CNC، لیزر)، طراحی صنعتی محکم | کارگاه‌ها، استفاده چندمنظوره |
| Anycubic Kobra S1 | نصب آسان، طراحی مناسب برای افراد تازه‌کار، عملکرد پایدار | کاربران خانگی و مبتدی |
| Creality K1 Speedy | سرعت چاپ بالا، عملکرد قابل اتکا، سازگار با فیلامنت‌های خاص | پروژه‌های سریع و متوسط |
همین الان سفارش خود را ثبت کنید!
دمای ذوب فیلامنت چوب از 130 تا 210 درجه سلسیوس متغیر است.
بله؛ زمانی که این فیلامنت گرم شود گازهایی از آن منتشر می‌شود که ممکن است سمی باشند. سوختن فیلامنت نیز با انتشار کربن‌مونواکسید، کربن‌دی‌اکسید و برخی هیدروکربن‌های دیگر همراه است. از همین رو، محیطی که فیلامنت چوب در آن پرینت می‌شود باید از تجهیزات تهویه مناسب برخوردار باشد.
بله؛ فیلامنت تا چوب تا حد کمی ساینده به حساب می‌آید. به همین خاطر هم اکسترودرهایی که از جنس برنج هستند ممکن است با اکسترود کردن فیلامنت‌های چوب از بین بروند، چرا که سطح این دسته از اکسترودرها تقریبا نرم است. اکسترودرهای فولادی مقاومت بیشتری به سایش ناشی از فیلامنت‌های چوب نشان می‌دهند اما به طور کامل از آسیب آن‌ها مصون نیستند.
بله؛ فیلامنت چوب به طور صد در صدی در طبیعت تجزیه می‌شود. زیرا علاوه بر چوب که خود یک ماده طبیعی است، پلیمر PLA نیز بر پایه نشاسته ذرت است و اجزای این فیلامنت در طبیعت تا حداکثر دو سال تجزیه خواهند شد.
آیا پرینت چوب به یک بستر پرینت گرم نیاز دارد؟بله؛ در بیشتر موارد فیلامنت چوب قابل بازیافت است. حواستان باشد که از طریق تولیدکننده از این موضوع اطمینان حاصل کنید. بیشتر تولیدکنندگان خودشان به این موضوع اشاره می‌کنند که فیلامنت و پرینت‌های آن را می‌توان ذوب و دوباره در جای دیگری استفاده کرد.
خیر؛ فیلامنت چوب از نظر غذایی ایمن نیست زیرا اول از همه، PLA به عنوان عامل چسبنده در فیلامنت وجود دارد و گذشته از این، ترکیب گرما و مواد شیمیایی در فرآیند تولید فیلامنت می‌تواند سلامت افراد را به خطر بیندازد. مورد دیگر آنکه این ماده پس پرینت شدن دارای تخلخل بوده و باکتری‌های مضر قادر خواهند بود در ترک‌های میکروسکوپی آن جمع شوند.
تفاوت فیلامنت‌های چوب و PLA در پرداخت محصول نهایی آن‌ها است. محصولاتی که با چوب پرینت می‌شوند سطحی شبیه به چوب واقعی پیدا می‌کنند، در صورتی که محصولات PLA سطحی مات، براق و گاهی نرم دارند. معمولا قطعات فیلامنت چوب خیلی راحت‌تر از قطعات PLA می‌شکنند. دمای اکستروژن این دو نیز باهم متفاوت است، به طوری که فیلامنت چوب باید در دماهای کمی بالاتر اکسترود شود.
دمای ذوب فیلامنت چوب از 130 تا 210 درجه سلسیوس متغیر است.
خیر؛ گرچه استفاده از یک بستر پرینت گرم می‌تواند به پرینت بهتر کمک کند، اما وجود آن ضروری نیست. با این حال اگر تولیدکننده فیلامنت در خصوص استفاده از یک بستر گرم توصیه کرده است، دمای مناسب برای آن معمولا 40 تا 60 درجه سلسیوس است.