همه چیز درباره فیلامنت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی + مواد، خواص، تعریف

در این بخش از 3dRD  قرار استهمه چیز درباره فیلامنت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی را با شما در میان بگذاریم، پرینت سه بعدی و مفهوم ساخت افزودنی قطعات لایه به لایه، نحوه طراحی و ساخت قطعات را متحول کرده است. در حالی که چاپ سه بعدی یک شی کاملاً از فلزات خالص می تواند فوق العاده گران باشد، اشیایی که خواص و ظاهری شبیه به فلزات دارند می توانند با فیلامنت های پلاستیکی پر از فلز چاپ شوند. یکی از انواع فیلامنت هایی که می توان در این روش استفاده کرد، فیلامنت آهنی مغناطیسی پرینت سه بعدی است.

این فیلامنت ها صرفاً مواد گرمانرم استانداردی هستند که دارای حجم یا درصد وزنی مشخصی از پودر آهن هستند. اگرچه هر ماده پلیمری را می توان با پودرهای فلزی پر کرد، PLA (اسید پلی لاکتیک) رایج ترین ماتریس پلاستیکی مورد استفاده برای فیلامنت های پر از فلز است.

قطعات ساخته شده از فیلامنت های آهن مغناطیسی خواص فرومغناطیسی از خود نشان می دهند، اما همچنان می توانند بر روی یک چاپگر FDM (Fused Deposition Modeling) چاپ شوند. جدا از فرومغناطیسی بودن، قطعات چاپ شده با فیلامنت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی دارای سه ویژگی قابل توجه اصلی هستند: ظاهر فلزی. چگالی بالاتری نسبت به فیلامنت های پلاستیکی بدون افزودنی های فلزی دارند و شکننده هستند. منشاء فیلامنت های پر شده با فلز به سال 1994 برمی گردد، زمانی که اصول پخت مستقیم لیزری فلزات (DMLS) برای ایجاد اجسام فلزی جامد با ذوب پودرهای فلزی چاپ شده ایجاد شد.

DMLS یک فرآیند بسیار پرهزینه است. تحقیقات برای یافتن جایگزین مقرون به صرفه تری ادامه یافت. این تحقیق منجر به اختراع فیلامنت های پرینت سه بعدی پلاستیکی پر شده با فلز شد. فیلامنت های آهن مغناطیسی پرینت سه بعدی معمولاً برای ساخت زیور آلات، لوازم جانبی لباس و حسگرهای مغناطیسی استفاده می شود. این مقاله فیلامنت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی، ترکیب، خواص، کاربردها و تنظیمات چاپگر پیشنهادی برای ساخت قطعات موفق را مورد بحث قرار خواهد داد.

پرینت سه بعدی آهن مغناطیسی چیست؟

پرینت سه بعدی آهن مغناطیسی استفاده از فیلامنت های پلاستیکی پر از آهن برای پرینت سه بعدی قطعاتی است که فلزی به نظر می رسند. چاپ با این فیلامنت با فرآیندی کاملاً متفاوت از تکنیک های مورد استفاده برای چاپ فلز پودری مانند DMLS و SLM انجام می شود که پودر فله فلز را برای ساخت قطعات فلزی ذوب و ذوب می کنند. در مقابل، قطعات تمام شده چاپ شده با استفاده از فیلامنت آهن مغناطیسی یک ماتریس پلاستیکی با پرکننده فلزی باقی می ماند.

در حالی که قطعات چاپ شده با فیلامنت آهن مغناطیسی ظاهری فلزی دارند، استحکام و دوام آنها تقریباً مشابه پلیمر اصلی PLA است. قطعات چاپ شده با این فیلامنت های خاص ممکن است شکننده تر از PLA استاندارد باشند. استفاده از این فیلامنت ها برای چاپ قطعات باعث فرومغناطیسی شدن قطعات تمام شده می شود، به این معنی که مواد مغناطیسی به آنها می چسبند.

ترکیب فیلامنت آهن مغناطیسی چیست؟

ترکیب فیلامنت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی به سازنده فیلامنت بستگی دارد. با این حال، به طور کلی، درصد آهن مغناطیسی در یک فیلامنت حدود 5-15٪ از کل حجم یا وزن فیلامنت است. درصد حجم یا وزن باقیمانده شامل مواد ترموپلاستیک پایه است. درصدهای بالاتر آهن منجر به پرداخت فلزی بیشتر و خواص فرومغناطیسی قوی‌تر می‌شود، اما منجر به کارهای چاپی دشوارتر و قطعات شکننده‌تر می‌شود. به غیر از PLA، ABS و نایلون، می‌توان آن را با پودرهای آهن نیز پر کرد تا فیلامنت‌های مغناطیسی بسازند.

خواص فیلامنت آهن مغناطیسی چیست؟

با وجود داشتن ظاهر فلزی، قطعات چاپ شده با فیلامنت آهن مغناطیسی ویژگی های زیادی با فلزات واقعی ندارند. لیست زیر برخی از خواص فیلامنت های آهن مغناطیسی را شرح می دهد:

1. آنها قطعاتی با درخشندگی فلزی تولید می کنند.
2. آنها دارای خواص فرومغناطیسی هستند (آهن و سایر مواد مغناطیسی به قطعات چاپ شده با فیلامنت های چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی جذب می شوند).
3. آنها دارای استحکام و خواص (مکانیکی، حرارتی، الکتریکی، شیمیایی، درجه تجزیه پذیری زیستی، و قابلیت بازیافت) هستند که بیشتر شبیه به مواد اولیه ماتریس ترموپلاستیک هستند تا فلز اضافه شده.
4. چگالی آنها حدود 1.5 برابر بیشتر از مواد فیلامنت ای پلیمری پایه است.
5. ذرات پودر فلز ساینده هستند و میزان سایش نازل اکستروژن چاپگر را در مقایسه با فیلامنت فقط پلاستیکی افزایش می دهد.
6. قابلیت پل زدن و پشتیبانی به دلیل افزایش چگالی فیلامنت به دلیل پودرهای آهن ضعیف است.

مقایسه خواص فیلامنت آهن مغناطیسی

جدول 1 زیر مقایسه برخی از ویژگی های فیلامنت های مختلف چاپ سه بعدی را نشان می دهد:

جدول 1: ویژگی های PLA پر از آهن مغناطیسی در مقابل PLA در مقابل ABS

ویژگی	PLA پر از آهن مغناطیسی	استاندارد PLA	ABS
سختی	کم	پایه	بالا
انعطاف پذیری	حداقل	مقداری	بیشتر
تراکم	تا 1.5 x فیلامنت پایه	پایه	کم
ظاهر	فلزی	براق	براق
سایش نازل در حین چاپ	بالاتر	استاندارد	استاندارد
قابلیت پل زدن و پشتیبانی	فقیر	خوب	خوب
قابل تجزیه زیستی؟	آره	آره	خیر

محدودیت های چاپ سه بعدی با آهن مغناطیسی چیست؟

فیلامنت های پر از فلز به دلیل سخت بودن چاپ معروف هستند و هیچ تفاوتی با فیلامنت های آهن مغناطیسی ندارند. محدودیت های چاپ سه بعدی با آهن مغناطیسی مربوط به تنظیمات چاپ و تاثیر آنها بر کیفیت قطعه نهایی است. یک چالش این است که ذرات پودر آهن مغناطیسی ریز درون فیلامنت، نوک نازل را ساییده و منجر به سایش سریع می شود.

اکسترودرت رو قورت بده! آموزش 0 تا 100 رفع مشکل گرفتگی هاتند

یکی دیگر از محدودیت‌ها، قابلیت‌های ضعیف پل زدن و پشتیبانی فیلامنت‌های آهنی مغناطیسی است. این محدودیت به دلیل افزایش چگالی فیلامنت است که از افزودن پودرهای فلزی حاصل می شود.

در نهایت، کسر پودر فلز می تواند باعث گرفتگی و گیرکردن در حین چاپ شود. این بدان معناست که تنظیمات پرینتر سه بعدی مانند سرعت چاپ و تغذیه، ضخامت لایه و فاصله پس‌کشی باید دقیق تنظیم و بهینه شوند تا بهترین تنظیمات برای یک چاپ خاص پیدا شود. در مقایسه با فیلامنت های استاندارد، مانند PLA، قطعات چاپ شده با فیلامنت آهن مغناطیسی نیازمند توجه دقیق تری به جزئیات فرآیند برای دستیابی به قطعاتی با کیفیت مطلوب هستند.

چرا آهن مغناطیسی در پرینت سه بعدی استفاده می شود؟

فیلامنت‌های پرینت سه بعدی آهن مغناطیسی در چاپ سه بعدی برای ایجاد قطعاتی که ظاهر فلزی دارند بدون نیاز به چاپگر سه بعدی فلزی پرهزینه یا فرآیندهای سنتی ساخت فلز استفاده می‌شوند. قطعات با درخشش فلزی واقعی مانند مجسمه‌ها، جواهرات، زیور آلات، لوازم و ماکت‌ها برخی از رایج‌ترین کاربردهای فیلامنت‌های آهن مغناطیسی در چاپ سه بعدی هستند.

فراتر از قطعات زینتی و تزئینی، قطعات چاپ شده با این فیلامنت ها در حسگرها و محرک های مختلف، موتورهای کوچک و دستگاه های ذخیره سازی رایانه کاربرد بیشتری پیدا می کنند. اگرچه استفاده از فیلامنت های پرینت سه بعدی آهن مغناطیسی می تواند قطعاتی شبیه آهن ایجاد کند، اما این قطعات ویژگی های فیزیکی یا شیمیایی آهن را ندارند. به‌هیچ‌وجه نباید قطعه‌ای که با فیلامنت‌های آهن مغناطیسی چاپ شده است، به‌جای یک قطعه فلزی استفاده شود، مگر اینکه قطعه غیرباربر یا فقط زیبایی باشد.

چگونه از آهن مغناطیسی در پرینت سه بعدی استفاده کنیم؟

چاپ با فیلامنت های آهن مغناطیسی می تواند چالش برانگیزتر از چاپ با فیلامنت های استاندارد باشد، اما غیرممکن نیست. در زیر برخی از بهترین روش ها برای نحوه استفاده از آهن مغناطیسی در پرینت سه بعدی آورده شده است:

پودرهای کوچک آهن موجود در فیلامنت می توانند نازل های برنجی را ساییده و به سرعت فرسوده کنند. از یک نازل مقاوم در برابر سایش ساخته شده از فولاد سخت شده یا ضد زنگ برای فیلامنت های پر شده با فلز استفاده کنید. به طور معمول وضعیت سایش نازل خود را بررسی کنید.
نازل های استاندارد دارای دهانه قطر 0.4 میلی متر هستند. ذرات فلز تمایل دارند در اطراف دهانه جمع شوند و از تغذیه فیلامنت ها جلوگیری کنند. برای جلوگیری از جمع شدن اطراف دهانه، از نازلی با دهانه بزرگتر (0.5-0.6 میلی متر) استفاده کنید.
از آنجایی که فیلامنت‌های پر شده با فلز چگال‌تر از فیلامنت‌های پلیمری استاندارد هستند، برای فیلامنت‌ای با اندازه معین سنگین‌تر هستند.

این افزایش وزن می‌تواند منجر به افتادگی یا شکستن فیلامنت شود، زمانی که دستورالعمل‌های چاپ نیاز به پر کردن شکاف یا چاپ یک پیش‌فرض دارند. اگر می توان کمک کرد، هنگام استفاده از فیلامنت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی، از چاپ قطعات دارای پل یا برآمدگی خودداری کنید.
از آنجایی که فیلامنت های پر از فلز شکننده هستند، به راحتی می توانند بشکنند یا ترک بخورند. اگر مسیر چاپ فیلامنت دارای گوشه های تیز زیادی بین قرقره و اکسترودر باشد، این مشکل ممکن است رخ دهد. برای حل این مشکل، فاصله بین قرقره و اکسترودر را به حداقل برسانید – هر چه این دو نزدیکتر باشند، بهتر است.
پودرهای فلزی موجود در فیلامنت باعث می‌شود اکسترودر در حین چاپ، مواد مذاب را به داخل نازل بازگرداند. این پس‌رفتن منجر به حباب‌هایی از مواد در ابتدا و انتهای یک بخش چاپی خاص می‌شود. تنظیمات انقباض را برای جلوگیری از پس زدن بهینه کنید.

بهترین تنظیمات پیکربندی برای چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی چیست؟

Protoplant، Inc. یک فیلامنت پر از آهن مغناطیسی محبوب با نام تجاری Protopasta تولید می کند. در حالی که تنظیمات چاپگر برای فیلامنت های پر شده با فلز بر اساس سازنده متفاوت است، تنظیماتی که Protopasta برای فیلامنت PLA پر از آهن مغناطیسی خود توصیه می کند، می تواند معمولی در نظر گرفته شود و در جدول 2 در زیر آمده است:

جدول 2. تنظیمات چاپگر سه بعدی آهنی مغناطیسی

تنظیمات چاپگر	ارزش
دمای میز گرم	محیط تا 60 ℃
دمای نازل	185-215 ℃
سرعت چاپ	10- 20 میلی متر بر ثانیه (لایه اول); 20-80 میلی متر بر ثانیه (بقیه قسمت)
سرعت فن اکسترودر	10-20٪ از حداکثر دور در دقیقه
عقب نشینی	حداقل
ارتفاع لایه	0.15-0.20 میلی متر
سطح چاپ	چسب ناپدید شدن، نوار نقاش یا PEI را اعمال کنید

بهترین سرعت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی چیست؟

بهترین سرعت چاپ سه بعدی برای فیلامنت های آهن مغناطیسی 10-20 میلی متر بر ثانیه برای لایه اول و 20-80 میلی متر بر ثانیه برای تمام لایه های بعدی است. برای اطمینان از چسبندگی به بستر چاپ، در ابتدای چاپ از سرعت چاپ کمتری استفاده کنید. پس از تکمیل لایه اول، سرعت چاپ باید افزایش یابد تا از گرفتگی و گیر کردن نازل جلوگیری شود.

دمای ذوب فیلامنت آهن مغناطیسی چقدر است؟

دمای ذوب فیلامنت چاپ سه بعدی آهن مغناطیسی تقریباً مشابه PLA استاندارد (180-190 ℃) برای فیلامنت پروتوپاستا است زیرا فقط پلاستیک در واقع در حال ذوب است – نه پودرهای فلز. با این حال، از آنجایی که فیلامنت های پر شده با فلز شکننده تر از همتایان پر نشده خود هستند، ممکن است برای کاهش شکنندگی نیاز به استفاده از دمای کمی بالاتر باشد.

آیا هنگام چاپ با آهن مغناطیسی به تخت چاپ گرم شده نیاز است؟

خیر، هنگام چاپ با فیلامنت های آهنی مغناطیسی نیازی به تخت گرم نمی باشد. اما آنها می توانند فوق العاده مفید باشند. دمای بالاتر بستر می تواند به چسبندگی بستر کمک کند، به کاهش تنش های باقیمانده در قطعات چاپ شده کمک کند و به جلوگیری از تاب خوردگی کمک کند. تخت‌ها می‌توانند دمایی داشته باشند که با دمای محیط مطابقت داشته باشد یا تا 60 درجه سانتیگراد باشد.

ضخامت دیوار خوب برای پرینت سه بعدی PET چیست؟

ضخامت دیواره خوب بین 0.8-1.6 میلی متر است. ضخامت دیوار استحکام محصول چاپ شده را تعیین می کند و برخی از طرح ها به دیوارهای ضخیم تری نسبت به سایرین نیاز دارند. اگر دیوارها خیلی نازک باشند، چاپ تمام شده ممکن است شکننده باشد.

ضخامت دیوار مناسب برای آهن مغناطیسی پرینت سه بعدی چیست؟

ضخامت دیوار خوب برای قطعات چاپ شده با فیلامنت های آهن مغناطیسی مشابه ضخامت دیواره پلاستیک پایه اولیه آنها است. برای PLA پر از آهن مغناطیسی، ضخامت دیواره 1.5 میلی متر توصیه می شود و 0.8 میلی متر حداقل مطلق است.

چگالی دیوار مناسب برای آهن مغناطیسی پرینت سه بعدی چیست؟

تراکم پر کردن “خوب” برای پرینت سه بعدی با آهن مغناطیسی به خواص مورد نظر قسمت چاپی نهایی خلاصه می شود. بین چگالی دیوار، یا تراکم پرکننده، و استحکام قطعات پرینت سه بعدی حاصل ارتباط وجود دارد. اگر حفظ سرعت چاپ بالا نگران کننده است، از تراکم پرکننده کمتر (15 تا 50 درصد) استفاده کنید.

کاهش تراکم پر کردن به قطعاتی منجر می‌شود که به‌دلیل شکنندگی فیلامنت‌های پر از فلز، به‌طور بالقوه می‌توانند به راحتی خم شوند و بشکنند، اما چاپ با سرعت‌های بالا می‌تواند برای بررسی سریع هندسه و زیبایی‌شناسی قطعه مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از پرکننده متراکم تر (50-80%) برای قطعات کاربردی و بادوام را در نظر بگیرید.

تفاوت بین آهن مغناطیسی و PLA در چاپ سه بعدی چیست؟

بزرگترین تفاوت بین فیلامنت چاپ PLA خالص و فیلامنت PLA پر شده با آهن مغناطیسی این است که PLA پر شده با آهن مغناطیسی مغناطیسی است. این پودرهای فلزی منجر به ایجاد قطعات شکننده تر و کارهای چاپی می شوند که نیاز به تنظیم دقیق و توجه بیشتری نسبت به قطعات استاندارد PLA دارند. قطعات چاپ شده با آهن مغناطیسی ممکن است ظاهری فلزی داشته باشند و خواص مغناطیسی از خود نشان دهند، اما بسیاری از ویژگی ها و خواص مشابه PLA استاندارد را حفظ می کنند.

3dRD

شرکت صنعت سامه با نام تجاری 3dRD بزرگترین و تخصصی ترین تولیدکننده پرینترهای سه بعدی در ایران

Source: SIMPLIFY3D.COM