تماس با ما

989128161078+

آدرس

تهران، کوی نصر ، خیابان هفدهم

ایمیل ارسال فایل

file@parsian3d.com

خصوصیات، ویژگی‌ها و کاربرد فیلامنت PLA

خصوصیات، ویژگی‌ها و کاربرد فیلامنت PLA

فهرست مطالب

فیلامنت PLA یا اسید پلی لاکتیک Poly Lactic Acid نوعی ترموپلاستیک تجزیه شونده است که از نشاسته ذرت یا نیشکر به عنوان ماده اصلی تشکیل دهنده آن استفاده می‌شود. این نوع فلامت یکی از محبوب‌ترین متریال‌ها در ساخت لوازم پلاستیکی، از ظروف یکبار مصرف گرفته تا ایمپلنت‌های پزشکی است. فیلامنت PLA با توجه به خواص و ویژگی‌هایی که دارد امروزه به عنوان یکی از رایج‌ترین مواد اولیه‌ی پرینتر سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که PLA از مواد اولیه ارگانیک ساخته می‌شود کاملا تجزیه پذیر است و به راحتی به چرخه طبیعت باز می‌گردد. این نوع فیلامنت بر خلاف سایر مواد پلیمری به طبیعت آسیب نمی‌رساند و دوستدار محیط زیست است. همچنین ساخت مصنوعات با استفاده از PLA بسیار راحت بوده و قابل استفاده در انواع مختلفی از پرینترهای سه بعدی می‌باشد. در حال حاضر از این نوع فلامنت در صنایع به شکل گسترده‌ای استفاده می‌شود. از این رو در این فرصت قصد داریم ویژگی‌ها و مزایای فیلامنت PLA را مورد بررسی قرار دهیم.

فهرست مطالب

فیلامنت PLA چیست؟

فیلامنت PLA یا Poly Lactic Acid رایج‌ترین نوع فلامنت در صنایع است و برای ساخت طیف وسیعی از مصنوعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. ویژگی‌های منحصر به فرد این فلامنت موجب شده که در هر نوع پرینتر سه بعدی، مبتدی تا حرفه‌ای قابل استفاده باشد. PLA نوعی ترموپلاست است که از مواد کاملا ارگانیک و طبیعی ساخته می‌شود. از این رو علاوه بر اینکه در حین استفاده در پرینتر سه بعدی تولید گاز سمی و بد بو نمی‌کند بلکه برای محیط زیست هیچگونه خطری ندارد و به سرعت به چرخه طبیعت باز می‌گردد. برای آشنایی با فیلامنت PLA باید بگوییم برای تولید این متریال در کشور آمریکا و کانادا از نشاسته ذرت و در سایر کشورها از ساقه نیشکر به عنوان ماده اصلی استفاده می‌شود.

فیلامنت PLA به طرز گسترده‌ای در صنایع پزشکی، بسته بندی، ظروف یکبار مصرف، منسوجات و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که PLA هیچ گونه آسیبی به محیط زیست نمی‌رساند و سلامت انسان را به خطر نمی‌اندازد، گزینه‌ی بسیار مناسبی برای تولید ظروف یکبار مصرف و بسته بندی مواد خوراکی است. مصنوعات ساخته شده با فیلامنت PLA تنها در مدت 6 الی 2 سال تجزیه شده و کاملا به محیط زیست باز می‌گردند. در حالی که فرایند تجزیه موادی چون پلی استایرن و پلی اتیلن 500 تا 1000 سال به طول می‌انجامد.

 

فیلامنت PLA ساخت قطعات پیچیده با فرم منحنی، شیب دار و… را به سادگی ممکن می‌سازد.

مشخصات فیلامنت PLA

اصلی‌ترین ماده تشکیل دهنده فیلامنت PLA لاکتیک اسید است. لاکتیک اسید یا هیدروکسی پروپیونیک اسید نوعی اسید آلی هیدروکسیلی ضعیف و با ملکول‌های بسیار سبک می‌باشد. این ساختار، PLA را برای ساخت قطعات زیست تخریب پذیر با عمر 6 تا 12 ماه مناسب می‌سازد. اگرچه PLA در برابر گرما مقاومت کمی دارد و در معرض نور خورشید دچار انقباض می‌شود، اما استفاده از آن را در پرینتر سه بعدی سهولت می‌بخشد. فیلامنت PLA در دمای ۱۸۰ تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد آماده استفاده در چاپگر سه بعدی است.

فیلامنت PLA به خودی خود شفاف و نیمه بلور است. همچنین دمای ذوب آن 190 تا 220 درجه سانتیگراد بوده که در مقایسه با دمای ذوب 210 تا 260 درجه سانتیگراد فیلامنت ABS بسیار پایین‌تر است. این بدان معناست که به هنگام چاپ الزامی برای استفاده از بستر چاپ وجود ندارد. البته بزرگ‌ترین عیب فیلامنت PLA را می‌توان گرانروی بالای آن دانست که باعث مسدود شدن نازل چاپ پرینتر سه بعدی می‌شود.

مقاومت و انعطاف پذیری PLA در مقایسه با ABS کمتر است. اما قطعه ساخته شده نیاز چندانی به پرداخت ندارد. در صورت لزوم می‌توان با استفاده از سمباده و کلروفرم سطح محصول نهایی را صیقلی کرد. فیلامنت PLA متریالی بسیار مناسب برای کاربردهای مختلف است. اگرچه خصوصیات مکانیکی آن نسبت به سایر فیلامنت‌ها کمی دلسرد کننده است، اما استفاده از آن در پرینتر سه بعدی به مراتب آسان‌تر است و تنوع رنگی بیشتری دارد. بنابراین از متریال PLA برای قطعاتی که تحت فشار یا کشش قرار نمی‌گیرند مانند نمونه سازی سریع و مدل سازی به وفور استفاده می‌شود.

 

همان طور که به آن اشاره شد ، فیلامنت PLA دارای تنوع زیادی در رنگ و نوع است. این فیلامنت در رنگ های مختلف و همچنین در انواع گوناگونی عرضه می شوند. نمونه هایی مانند نمونه های طرح چوب ، شفاف ، شب رنگ و … شکل های گوناگونی از همین فیلامنت هستند.

برای اختصاص دادن چنین ویژگی هایی لازم است ترکیباتی به ماده اصلی اضافه شود که مواد اضافه شده ، معمولا ناخالصی بیشتری را به فیلامت می دهند که میتواند منجر به گرفتگی نازل یا خرابی بلوک شود.

تاریخچه پیدایش PLA

PLA نخستین بار در سال 1930 و توسط شیمیدان آمریکایی والاس کاروترز به جهان معرفی شد. اما در سال 1980 خواص و ویژگی‌های PLA مورد توجه قرار گرفت و تولید انبوه آن توسط شرکت آمریکایی Cargill آغاز گردید. این نوع پلیمر ترموپلاستیک با تخمیر کربوهیدرات نشاسته ذرت یا نیشکر تولید می‌شود. برای این کار با آسیاب کردن ذرت، نشاسته را جدا کرده و با مونومرهای اسیدی یا لاکتیکی مخلوط می‌کنند. با این کار قند موجود در نشاسته ذرت یا گلوکز D شکسته می‌شود. سپس با تخمیر گلوکز اسید، لاکتیک که ماده اصلی فیلامنت PLA است تشکیل می‌گردد.

 

مقاومت و انعطاف پذیری PLA در مقایسه با ABS کمتر است.

انواع فیلامنت PLA

خواص و ویژگی‌های فیلامنت PLA، این متریال را گزینه‌ی بسیار مناسبی برای ساخت قطعات پلاستیکی، ظروف بسته بندی و یکبار مصرف، لوازم پزشکی، پین‌ها، پیچ‌ها، صفحه‌ها و میله‌های زیست تخریب پذیر با عمر 6 تا 12 ماه کرده است. با اینکه متریال PLA در برابر گرما و نور خورشید دچار انقباض می‌شود. اما فرایند ذوب و چاپ را برای دستگاه پرینتر سهولت می‌بخشد. ماهیت لاکتیک اسید، امکان ساخت مدل‌های مختلفی از فیلامنت PLA را میسر می‌سازد. ماده اصلی تشکیل دهنده PLA نشاسته ذرت و نیشکر است. علاوه بر این با افزودن مواد متفرقه می‌توان به خواص متفاوتی از فیلامنت PLA دست یافت. اگرچه افزودن این مواد، ناخالصی را در رشته‌های فلامنت افزایش داده و کیفیت چاپ را تحت تاثیر قرار می‌دهند. همچنین با افزودن مواد دمای لازم برای چاپ در انواع متریال PLA  در مدل‌های مختلف متفاوت می‌شود.

  • رشته‌های چوب PLA: با افزودن چوب‌هایی مانند سرو، بامبو، چوب پنبه، کاج و گردو به مواد اصلی فیلامنت PLA، می‌توان ظاهری چوبی و طبیعی به محصول نهایی بخشید.
  • رشته‌های فلزی PLA: با ترکیب فلزاتی چون برنج، مس، برنز، فولاد، آهن و برنز علاوه بر افزایش مقاومت فیلامنت، می‌توان محصولاتی با سطح براق و فلزی ساخت.
  • انواع دیگر فیلامنت PLA: PLA در اشکال دیگری مانند کربن رسانا، فیبر کربن، قهوه برای عطر دار کردن فیلامنت نیز تولید می‌شود.
  • فیلامنت رنگی: رشته‌های PLA در طیف وسیعی از رنگ‌ها تولید می‌شوند.

 

ویژگی‌های عمومی فیلامنت PLA

  • قطعات ساخته شده با فیلامنت PLA دوام بسیار مناسبی دارند.
  • دوستدار محیط زیست و تجزیه پذیر
  • سازگار و قابل استفاده در اکثر پرینترهای سه بعدی
  • ساختار غیر شیمیایی و غیر سمی برای ساخت اسباب بازی، ظروف غذا و…
  • قابلیت فرم پذیری بالا برای مجسمه سازی، ماکت سازی و…
  • مقرون به صرفه
  • تنوع بالا در تولیدکنندگان
  • قابلیت پرداز و پولیش
  • ساخت قطعات با سطحی صاف و متوازن
  • پرینت سریع‌تر قطعات
  • عدم ایجاد ترک و تاب خوردگی در حین چاپ
  • ساختار خشک و غیر منعطف

 

با ترکیب برخی از فلزات به فیلامنت PLA، علاوه بر افزایش مقاومت فیلامنت، می‌توان محصولاتی با سطح براق و فلزی ساخت.

مزایای فیلامنت PLA

مزایای فراوان فیلامنت PLA موجب شده تا به وفور در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه به طور اختصار به شاخص‌ترین مزایای PLA خواهیم پرداخت.

  • ساختار گیاهی و غیر سمی: برای ساخت فیلامنت PLA از لاکتیک اسید موجود در ذرت و نیشکر استفاده می‌شود. PLA برخلاف سایر مواد پلیمری در مواجه با حرارت و حین پرینت هیچ گونه بوی نامطبوع و گاز سمی از خود منتشر نمی‌کند. از این رو می‌توانید بدون نیاز به سیستم تهویه و در فضای بسته خانه یا دفتر اقدام به چاپ سه بعدی نمایید.
  • پرینت ساده‌تر: فیلامنت PLA برای چاپ نیازی به بستر گرم شونده ندارد و در حین چاپ کمتر با مشکلاتی چون تاب برداشتن، انقباض در زمان سرد شدن و ترک خوردگی مواجه می‌شود.
  • کیفیت: سطح محصول نهایی از کیفیت مناسبی برخوردار است. علاوه بر این در رنگ‌ها و مدل‌های متنوع در دسترس می‌باشد.
  • سرعت چاپ: خواص فیلامنت PLA سرعت چاپ را افزایش می‌بخشد و امکان بروز خطا در لایه گذاری را به حداقل می‌رساند. همچنین برای پرینت نیازی به انجام تنظیمات پیچیده در اسلایسر نیست.
  • دقت پرینت: به طور معمول محصول نهایی پس از اتمام پرینت با پدیده‌ای به عنوان جمع شوندگی یا Shrinkage مواجه می‌شود. این اتفاق باعث ایجاد خطا و مغایرت میان محصول نهایی و طرح اولیه می‌گردد. اما پرینت سه بعدی با استفاده از متریال PLA میزان خطا را به حداقل می‌رساند. علاوه بر این ساخت قطعات پیچیده با فرم منحنی، شیب دار و… را به سادگی ممکن می‌سازد. دقت بالای فیلامنت PLA موجب شده که مدل‌های پزشکی و ماکت‌های معماری با بیشتری ظرافت در کمترین زمان تهیه و تولید شوند.

 

برای ساخت فیلامنت PLA از لاکتیک اسید موجود در ذرت و نیشکر استفاده می‌شود.

معایب فیلامنت PLA

هر نوع متریالی در کنار مزایا و ویژگی‌هایی که دارد، از معایبی نیز برخوردار است. فیلامنت PLA از این قاعده مستثنی نیست. اما ویژگی‌ها و مزایای آن به معایبش می‌چربد و PLA را به یکی از محبوب‌ترین فیلامنت‌ها بدل کرده است.

  • مقاومت فیزیکی و انعطاف پذیری کم: فیلامنت PLA در مقایسه با سایر مواد پلیمری مانند فیلامنت ABS خشک و شکننده‌تر است. به همین دلیل از مقاومت و انعطاف پذیری کمتری برخوردار بوده و برای ساخت قطعات اصلی مناسب نیست. قطعات ساخته شده با PLA تحمل فشار و استفاده‌ی طولانی مدت را ندارند.
  • آسیب پذیر در برابر حرارت: PLA در مقایسه با فیلامنت ABS مقاومت حرارتی بسیار کمی دارد. قطعات ساخته شده با PLA در برابر تابش نور خورشید و دمای بیش از 60 درجه سانتیگراد دچار تغییر شکل می‌شوند.
  • مسدود شدن نازل: فیلامنت PLA در انواع مختلف و در رنگ‌های متنوع تولید و به بازار عرضه می‌شود. بدیهی است که برای ایجاد چنین تنوعی نیاز است که مواد مکملی به PLA افزوده شود. این مواد میزان ناخالصی PLA را افزایش می‌دهند. ناخالصی موجود در فیلامنت PLA احتمال مسدود شدن نازل و خرابی بلوک را افزایش می‌دهد.
  • نیاز به فن خنک کننده: محصول ساخته شده با متریال PLA پس از اتمام فرایند چاپ باید با استفاده از فن خنک کننده سرد گردد. البته امروزه تمامی دستگاه‌های پرینتر سه بعدی به فن خنک کننده مجهز هستند.

 

نکات مهم هنگام پرینت با متریال PLA

در هنگام استفاده از فیلامنت PLA باید چند نکته بسیار مهم را مد نظر قرار دهید.

  • تنظیم بستر گرم شونده بر روی دمای 60 درجه سانتیگراد
  • از پرینتر سه بعدی مجهز به فن خنک کننده استفاده کنید
  • آغشته کردن سطح صفحه پرینت به چسب

 

فیلامنت PLA در مقایسه با سایر مواد پلیمری مانند فیلامنت ABS خشک و شکننده‌تر است.

 

دمای مناسب برای پرینت با فیلامنت PLA

یکی از نکات بسیار موثر در کیفیت محصول نهایی، تنظیم حرارت پرینتر سه بعدی متناسب با متریال مورد استفاده است. دمای بالاتر از حد تحمل موجب برهم خوردن فرم قطعه و عدم مطابقت لایه‌ها بر روی دیگر در حین پرینت می‌شود. بهترین دما برای استفاده از فیلامنت PLA در پرینتر سه بعدی 190 تا 220 درجه سانتیگراد است. به طور معمول بر روی قرقره فلامنت میزان مناسب دما درج شده است. همانطور که پیشتر عنوان شد فیلامنت PLA انواع مختلفی دارد. دمای مناسب پرینت هر یک از آنها ممکن است متفاوت باشد. از این رو قبل از شروع فرایند چاپ، بهتر است راهنمای چاپ شده بر روی بسته بندی را به طور دقیق مطالعه نمایید.

 

دمای مناسب بستر گرم شونده یا Heated Bed برای فیلامنت PLA

استفاده از بستر گرم شونده یا Heated Bed برای اکثر فیلامنت‌ها ضروری و لازم است. عدم استفاده از بستر گرم شونده استحکام سطح تماس لایه‌ی نخست با صفحه چاپ را کاهش داده و باعث جدا شدن لبه‌های آن می‌گردد. اما فیلامنت PLA نیاز چندانی به بستر گرم شونده ندارد. با این وجود در صورتی که بستر گرم شونده را بر روی دمای 60 درجه سانتیگراد تنظیم کنید کیفیت چاپ افزایش می‌یابد.

 

حلال فیلامنت PLA چیست

همانطور که می‌دانید قطعاتی که با پرینت سه بعدی ساخته می‌شوند از لایه‌های مختلف تشکیل شده‌اند. این لایه‌ها ظاهری پله‌ای بر روی سطح قطعه به وجود می‌آورند. از این رو برای افزایش کیفیت کار باید سطح قطعه را کمی پرداخت نمایید. از کلروفرم مایع به عنوان حلال فیلامنت PLA استفاده می‌شود. با استفاده از حلال PLA می‌توانید سطح محصول نهایی را صیقل دهید. توجه داشته باشید که کلروفرم همان ماده بیهوشی است و به طرز خطرناکی اشتعال پذیر است. بنابراین در هنگام استفاده از آن موارد ایمنی را رعایت کنید.

 

پیش نیاز چاپ سه بعدی با فیلامنت PLA

  • دمای اکسترودر ۱۹۰ تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد
  • دمای بستر چاپ ۴۵ تا ۶۰ درجه سانتیگراد
  • سیستم خنک کننده یا فن خنک کننده برای کاهش دمای فیلامنت PLA
  • استفاده از بستر چاپ کاغذی، ماتیکی یا شیشه‌ای

 

فیلامنت PLA در انواع مختلف و در رنگ‌های متنوع تولید و به بازار عرضه می‌شود.

جمع بندی

فیلامنت PLA یکی از محبوب‌ترین و رایج‌ترین متریال مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی است. از آنجا که این ماده اولیه از محصولات گیاهی و تجدید پذیر ساخته شده، جایگزین بسیار مناسبی برای پلیمرهای فسیلی و شیمیایی محسوب می‌گردد. فیلامنت PLA برخلاف سایر پلیمرها در مجاورت حرارت هیچ گونه گاز سمی تولید نمی‌کند و برای سلامت ضرری ندارد. از این رو برای ساخت ظروف غذا و لوازم پزشکی بسیار مناسب است. از سوی دیگر خواص مکانیکی این متریال، استفاده از آن را برای افراد مبتدی و حرفه‌ای چاپ سه بعدی آسان کرده است. فیلامنت PLA برای ساخت محصولاتی که به خصوصیاتی چون مقاومت مکانیکی و تجزیه پذیری وابسته نیستند ایده آل است.

پیشنهاد می کنیم فایل صوتی زیر که خلاصه ای از مقاله بالا است را نیز گوش فرادهید.

 

اگر علاقه مند به شنیدن پادکست های آموزشی پارسیان تری دی هستید لینک زیر را کلیک کنید . 

صفحه پادکست پارسیان

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

ادامه مطلب
ساخت مجسمه و تندیس با پرینت سه بعدی؛ راهی جدید برای حفظ میراث فرهنگی

ساخت مجسمه و تندیس با پرینت سه بعدی؛ راهی جدید برای حفظ میراث فرهنگی

جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید