در سال 2012، بازار شاهد معرفی فیلامنت های چاپ سه بعدی چوب بود. مخترع پیشگام این نوآوری، کای پارتی، مخترع آلمانی و بنیانگذار Lay Filaments بود. این فیلامنت های منحصر به فرد طرح های چاپی پیچیده ای را با سطحی مانند چوب ارائه می دهند. به طور معمول، آنها از 20-40٪ مواد ضایعات چوب و 60-80٪ پلیمر تشکیل شده اند که پلی لاکتیک اسید (PLA) ماده پلیمری رایج است. اجزای چوب را می توان از منابع مختلفی مانند چوب پنبه، براده های چوب یا خاک اره به دست آورد.

در حالی که برخی از فیلامنت های چوب مانند از طریق رنگ آمیزی بدون ترکیب ذرات چوب واقعی به نظر می رسند، آنها بیشتر شبیه پلاستیک هستند تا چوب اصلی. با این حال، فیلامنت های چوب واقعی چندین مزیت دارند. در مرحله اول، لایه های مواد تزریق شده با چوب، پیوند قوی تری را نشان می دهند و یکپارچگی ساختاری را افزایش می دهند. علاوه بر این، استفاده از خاک اره به عنوان یک ماده ضایعاتی مقرون به صرفه، هزینه های مرتبط با چاپ سه بعدی را کاهش می دهد. علاوه بر این، فیلامنت های چوبی زیست تخریب پذیر و قابل بازیافت هستند و با روش های پایدار همسو هستند. با این حال، انعطاف ناپذیری و تمایل آنها به شکنندگی پلیمر از اشکالات قابل توجه است. این فیلامنت های چوبی در صنایع مختلفی مانند هوافضا، خودروسازی، معماری، مهندسی، پزشکی، جواهرات و آموزش کاربرد دارند.

این مقاله به طور خاص بر روی فیلامنت های PLA تزریق شده با چوب، که رایج ترین فیلامنت های چوبی در چاپ سه بعدی هستند، تمرکز دارد. تعریف، ترکیب و خواص این ماده را بررسی می کند و مقایسه ای با انواع دیگر فیلامنت های چاپ سه بعدی ارائه می دهد.

عناوین مقاله
فیلامنت چوب
فیلامنت چوب

پرینت سه بعدی چوب چیست؟

پرینت سه بعدی چوب شامل استفاده مجدد از مواد زائد مبتنی بر چوب به عنوان مواد افزودنی در ساخت فیلامنت برای تولید مواد افزودنی است. این فرآیند به قطعات اجازه می دهد تا ظاهری چوبی کنده کاری شده داشته باشند.

ترکیب فیلامنت چوب چیست؟

ترکیب فیلامنت های چوب معمولاً حول محور استفاده از PLA به عنوان ماده پایه و تکمیل شده با افزودنی‌های مختلف چوب می‌چرخد. تولید کنندگان طیف وسیعی از گزینه های چوبی از جمله توس، سدر، بامبو، چوب پنبه، آبنوس، کاج، زیتون و حتی نارگیل را ارائه می دهند. ترکیب استاندارد شامل تقریباً 30٪ اجزای چوب و 70٪ PLA است، اگرچه این نسبت ها می تواند در محصولات و تولید کنندگان مختلف متفاوت باشد. در حالی که بیشتر خواص فیلامنت با PLA مرتبط است، افزودن چوب ویژگی های تغییر یافته ای مانند افزایش شکنندگی و روکش چوب مانند را ایجاد می کند.

قرقره های فیلامنت چوب برای چاپ سه بعدی. اعتبار تصویر: Shutterstock.com/luchschenF
قرقره های فیلامنت چوب برای چاپ سه بعدی. اعتبار تصویر: Shutterstock.com/luchschenF

فیلامنت چوب چه ویژگی هایی دارد؟

فیلامنت چوب چندین ویژگی کلیدی را نشان می دهد:

تمایل کم به تاب برداشتن یا جمع شدن.
زیست تخریب پذیری و قابلیت بازیافت.
سفتی و استحکام، عدم انعطاف پذیری.

مقایسه خواص فیلامنت چوب با سایر رشته های چاپ سه بعدی بدون افزودنی در جدول 1 ارائه شده است.

جدول 1. مقایسه PLA پر شده با چوب در مقابل PLA در مقابل ABS در مقابل PETG
ویژگیPLA پر از چوبPLAABSPETG

مدول کشش (MPa)

3650

2696

1699 

1711

تنش کششی @ تسلیم (MPa)

50

47.5

38.1 

46.2

کشیدگی @ شکست (%)

3.8

9.4

5.8

6.8

مقاومت خمشی (MPa)

14.47

91.6

21.5

50

قدرت ضربه چارپی (کیلوژول بر متر مربع) – 

5.1

8.9

1.5

7.9

سختی (شور D)

72.2

80

76

76

دمای انتقال شیشه ای (درجه سانتی گراد)

45

59

100.5

77.4

دمای ذوب (درجه سانتیگراد)

130-210

152

آمورف، بدون Tm

آمورف، بدون Tm

محدودیت های چاپ سه بعدی با چوب چیست؟

علیرغم مزایای ارائه شده توسط رشته های چوب، محدودیت های خاصی در استفاده از آنها وجود دارد. فیلامنت های چاپ سه‌بعدی چوب، دوام PLA را به جای چوب واقعی تقلید می‌کنند و باعث می‌شود آنها انعطاف‌ناپذیر و شکننده و برای تحمل بار نامناسب باشند. شکنندگی فیلامنت ها همچنین باعث می‌شود که اگر در حین اکستروژن به آرامی کار نشوند، مستعد شکستگی هستند. علاوه بر این، بر خلاف فیلامنت های دارای افزودنی‌های فلزی یا فیبر کربنی، فیلامنت های چوب می‌توانند در معرض دمای بالا آتش بگیرند و بسوزند. علاوه بر این، ماهیت ساینده آنها می تواند به نازل های برنجی آسیب برساند. بیشتر بدانید: آموزش ویدیویی رفع گرفتگی اکسترودر پرینتر سه بعدی

در زیر برخی از مزایای چاپ با فیلامنت چوب ذکر شده است. 

با این حال، مزایای قابل توجهی برای چاپ با فیلامنت چوب وجود دارد. اینها شامل پرداخت و بافت واقعی چوب مانند است که در اشیاء چاپ شده به دست آمده است، به طور موثر خطوط درز بین لایه ها را به دلیل دانه های موجود در رشته پنهان می کند. همچنین، استفاده از فیلامنت های چوبی می‌تواند به پنهان کردن عیوب چاپ کمک کند. این در چاپ سه بعدی پلیمری ساده ممکن است بیشتر قابل توجه باشد. در نهایت، چاپ های چوبی را می توان به راحتی با استفاده از کاغذ سنباده استاندارد سنباده زد، که امکان اصلاح بیشتر محصول نهایی را فراهم می کند.

پرینت سه بعدی چوب
پرینت سه بعدی چوب
پرینت سه بعدی چوب
پرینت سه بعدی چوب

چرا پرینت سه بعدی چوب انجام میشود؟

وقتی صحبت از پرینت سه بعدی می شود، ترکیب چوب به عنوان یک فیلامنت طیفی از مزایای منحصر به فرد را ارائه می دهد که از مواد پلاستیکی سنتی پیشی می گیرد. یکی از جذاب‌ترین جنبه‌ها، زیبایی‌شناسی قابل‌توجهی است که به مدل‌های چاپی می‌دهد، و پرداختی را ارائه می‌دهد که بافت دانه‌دار طبیعی موجود در چوب خالص را شبیه‌سازی می‌کند. این کیفیت متمایز رنگی از اصالت و جذابیت را به آثار می بخشد و آنها را از چاپ های پلاستیکی معمولی متمایز می کند.

علاوه بر این، فیلامنت‌های چوبی درها را به روی طرح‌های پیچیده و پیچیده باز می‌کنند که ممکن است با تکنیک‌های معمولی نجاری چالش‌برانگیز یا حتی دست نیافتنی باشد. تطبیق پذیری پرینت سه بعدی امکان تحقق الگوها و ساختارهای دقیق را فراهم می کند و امکان بیان هنری و کاربردهای کاربردی را به طور یکسان گسترش می دهد.

علاوه بر جذابیت بصری، فیلامنت‌های چوبی در مقایسه با فیلامنت‌های چاپ سه بعدی کامپوزیت حاوی فیبر کربن یا فلز، خواص برتری از خود نشان می‌دهند. قابل توجه است که کاهش سایندگی آنها سایش تجهیزات چاپ را به حداقل می رساند و طول عمر و عملکرد مطلوب را تضمین می کند. علاوه بر این، فیلامنت‌های چوبی مقاومت بیشتری در برابر تاب برداشتن و انقباض در طول فرآیند چاپ نشان می‌دهند و قابلیت اطمینان و میزان موفقیت پروژه‌ها را افزایش می‌دهند.

حضور شرکت صنعت سامه با نام تجاری 3dRD در نمایشگاه الکامپ

نحوه استفاده از چوب در پرینت سه بعدی

برای استفاده از پتانسیل کامل چوب در چاپ سه بعدی، دستورالعمل های زیر را در نظر بگیرید:

چسبندگی: بر خلاف PLA، فیلامنت چاپ سه بعدی چوب به اقدامات اضافی برای اطمینان از چسبندگی مناسب نیاز دارد. برای چسباندن موثر فیلامنت به صفحه ساختمانی گرم نشده، استفاده از چسب های چاپی مانند نوار، چسب یا اسپری مو توصیه می شود.

انتخاب نازل: قطر و مواد بهینه نازل نقش مهمی در دستیابی به نتایج عالی با فیلامنت های چوب ایفا می کند. نازل های فولادی سخت شده معمولاً بهترین انتخاب برای رسیدگی به ویژگی های منحصر به فرد فیلامنت هستند. برای ایجاد تعادل بین کیفیت و سرعت چاپ، توصیه می شود از اندازه نازل حداقل 0.6 میلی متر استفاده کنید. هنگام استفاده از قطر نازل کوچکتر برای جلوگیری از گرفتگی، تنظیم سرعت جریان ضروری است.

مدیریت رطوبت: فیلامنت چوب میل ترکیبی بالایی برای جذب رطوبت از هوای اطراف دارد. برای حفظ قابلیت چاپ آن، ضروری است که فیلامنت را در یک محفظه دربسته و محافظت شده از رطوبت نگهداری کنید. قبل از استفاده، مطمئن شوید که فیلامنت به اندازه کافی خشک شده است. وجود حباب در حین اکستروژن اغلب نشانگر نفوذ رطوبت است.

پس از پردازش: ظاهر و احساس نهایی چاپ چوب را از طریق تکنیک های پس از پردازش مانند سنباده زدن یا پرداخت افزایش دهید. این مراحل به اصلاح بافت سطح کمک می کند و نتیجه صاف تر و تمیزتر را تضمین می کند.

بیشتر بدانید: قوی ترین فیلامنت پرینتر سه بعدی

برای نتایج بهینه هنگام چاپ با فیلامنت چوب، تنظیمات پیکربندی چاپگر ارائه شده در جدول 2 زیر را در نظر بگیرید:

جدول 2: تنظیمات پیکربندی چاپگر توصیه شده برای چاپ فیلامنت چوب

 
تنظیمات چاپگرارزش

دمای اکسترودر (درجه سانتیگراد)

170-220 درجه سانتیگراد (یا حداکثر تا 240 درجه سانتیگراد برای پوشش چوبی تیره تر)

دمای بستر (درجه سانتیگراد)

لازم نیست، در صورت استفاده از تخت گرم، دمای 45-60 درجه سانتیگراد

دمای نازل (درجه سانتیگراد)

170-220

سرعت چاپ (mm/s)

40-75

سرعت فن اکسترودر

حداکثر سرعت، بیشینه سرعت

سرعت جمع شدن (mm/s)

45-60 

فاصله انقباض (mm)

6.5 

جریان رشته (%)

100-110٪

پرینت سه بعدی چوب
پرینت سه بعدی چوب

سرعت بهینه برای چاپ سه بعدی با فیلامنت چوب چقدر است؟

وقتی صحبت از چاپ با فیلامنت های چوبی می شود، سرعت توصیه شده معمولاً در محدوده 40-75 میلی متر بر ثانیه است. به طور کلی توصیه می شود که از انتهای پایین محدوده شروع کنید و به تدریج سرعت را افزایش دهید. یکی از دلایل این امر این است که فیلامنت های چوب چسبندگی لایه ای عالی را نشان می دهند که امکان چاپ با سرعت بالا را فراهم می کند. در واقع، چاپ با سرعت های بالاتر ممکن است به دلیل بهبود پیوند بین لایه ها، قدرت کلی چاپ نهایی را افزایش دهد.

بیشتر بدانید: فناوری چاپ سه بعدی چگونه به پزشکی و بهداشت کمک می کند؟

علاوه بر این، ادغام ذرات چوب در PLA امکان تولید چاپ با خطوط لایه کاهش یافته را فراهم می کند. این بدان معنی است که می توان به ارتفاع لایه های بزرگتر بدون آسیب رساندن به زیبایی یا یکپارچگی چاپ دست یافت.

پاسخ به سوالات متداول

دمای ذوب فیلامنت چوب معمولاً بین 130 تا 210 درجه سانتیگراد است.

اگرچه داشتن میز چاپ گرم هنگام کار با فیلامنت چوب الزامی نیست، اما داشتن آن می تواند مفید باشد. اگر سازنده فیلامنت استفاده از یک بستر گرم را توصیه کند، حفظ دمای بین 45 تا 60 درجه سانتیگراد به طور کلی بهینه در نظر گرفته می شود.

تعیین ضخامت دیوار ایده آل برای قطعات چوبی پرینت سه بعدی به کاربرد مورد نظر آنها بستگی دارد. توجه به این نکته مهم است که فیلامنت های PLA تزریق شده با چوب در مقایسه با PLA معمولی به دلیل قطع شدن پیوندهای پلیمری توسط ذرات چوب کمی ضعیف تر هستند. برای رفع این مشکل، توصیه می شود از حداقل ضخامت دیوار بین 1.2 تا 3 میلی متر (با فرض قطر نازل 0.4 میلی متر) استفاده کنید. با رعایت این دستورالعمل ها، چاپ ها می توانند زیبایی و یکپارچگی ساختاری خود را حفظ کنند.

برای اکثر کاربردها، حداقل چگالی پرکننده 20% توصیه می شود، اگرچه چگالی بهینه بسته به مورد استفاده خاص می تواند متفاوت باشد. در مواردی که قابلیت تحمل بار مورد نیاز است، تراکم پر کردن 50% تا 100% ممکن است ضروری باشد، که مقدار دقیق آن بستگی به وزنی دارد که باید پشتیبانی شود.

بله، فیلامنت چوب می تواند بخارات سمی در هنگام گرم شدن از خود ساطع کند. علاوه بر این، اگر بسوزد، مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و هیدروکربن آزاد می کند. بنابراین، اطمینان از اینکه چاپ در یک منطقه با تهویه مناسب انجام می شود بسیار مهم است تا قرار گرفتن در معرض این مواد بالقوه مضر به حداقل برسد.

فیلامنت چوب ساینده ملایم در نظر گرفته می شود. سطح نسبتاً نرم آن می تواند به اکسترودرهای برنجی آسیب برساند. در حالی که اکسترودرهای فولادی مقاومت بیشتری در برابر سایندگی رشته‌های چوبی دارند، اما هنوز کاملاً از آسیب احتمالی مصون نیستند.

بله، فیلامنت چوب 100٪ زیست تخریب پذیر است. این ویژگی از این واقعیت ناشی می شود که هم PLA (یک پلیمر مبتنی بر نشاسته ذرت) و هم چوب به عنوان مواد زیست تخریب پذیر طبقه بندی می شوند. البته باید توجه داشت که تجزیه این اجزا می تواند تا دو سال طول بکشد.

در بیشتر موارد، فیلامنت چوب قابل بازیافت است، اگرچه توصیه می شود این موضوع را با سازنده خاص تأیید کنید. بسیاری از تولیدکنندگان بیان می‌کنند که هم خود فیلامنت و هم مواردی که با استفاده از فیلامنت چاپ می‌شوند را می‌توان ذوب کرد و مجدداً برای کاربردهای دیگر استفاده کرد.

خیر، فیلامنت چوب برای مواد غذایی ایمن در نظر گرفته نمی شود. دلیل اصلی این امر این است که PLA در درجه اول به عنوان یک عامل اتصال استفاده می شود و ترکیبی از گرما و مواد شیمیایی درگیر در پردازش آن می تواند خطرات بالقوه ای برای سلامتی ایجاد کند. نگرانی دیگر این است که ماهیت متخلخل چاپ های ساخته شده با رشته چوب ممکن است به باکتری های مضر در ترک های میکروسکوپی انباشته شوند.

یکی از تمایزات اصلی بین رشته های چوب و PLA در پرداخت سطح محصول نهایی چاپ شده نهفته است. اقلام چاپ شده با چوب روکشی شبیه به چوب دارند، در حالی که PLA می‌تواند منجر به پرداخت‌های سطوح مختلف از جمله بافت‌های مات، براق یا ابریشمی شود. علاوه بر این، فیلامنت ها و قطعات چوب در مقایسه با PLA معمولی شکننده‌تر هستند. علاوه بر این، دمای اکستروژن مورد نیاز برای فیلامنت چوب کمی با PLA استاندارد متفاوت است، به طوری که فیلامنت چوب معمولاً به دمای کمی بالاتر برای چاپ مناسب نیاز دارد.

3dRD

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

Source: Xometry

 

به اشتراک بگذارید:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید