چگونه مواد مناسب را برای پرینت سه بعدی انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب مواد برای قطعات مختلف، به‌ویژه در پرینت سه بعدی، درک دقیق خواص مواد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به عنوان مثال، عبارت‌هایی مانند «ضریب شکست ۱۴ ژول بر متر مربع، پس‌پخت شده، ASTM D 256-10» نشان‌دهنده مقاومت مکانیکی ماده در برابر ضربه است و به شما کمک می‌کند بفهمید یک قطعه پرینت سه بعدی چقدر در شرایط واقعی دوام خواهد داشت. تفاوت بین مقاومت و مدول کشسانی نیز در این است که مقاومت، حداکثر تنشی را نشان می‌دهد که ماده می‌تواند بدون شکست تحمل کند، در حالی که مدول کشسانی میزان سختی و قابلیت برگشت ماده به شکل اولیه پس از تغییر شکل را مشخص می‌کند.

خواص مواد، شامل ویژگی‌های شیمیایی، نوری، مکانیکی، حرارتی یا الکتریکی، رفتار مواد را در شرایط مختلف توضیح می‌دهد و معیارهای کمی ارزشمندی برای مقایسه مواد فراهم می‌کند. این اطلاعات به شما کمک می‌کنند تا مزایای یک ماده را در مقایسه با ماده دیگر برای کاربردهای خاص، به‌ویژه در پرینت سه بعدی، ارزیابی کنید.

در زمینه پرینت سه بعدی، شناخت خواص مکانیکی و حرارتی مواد اهمیت زیادی دارد؛ زیرا این خواص تعیین‌کننده دوام، انعطاف‌پذیری و عملکرد قطعات هستند. با مقایسه مواد پرینت سه بعدی با قطعات پلاستیکی تولید شده به روش‌های سنتی، می‌توان تصمیمات بهینه‌ای برای انتخاب مواد مناسب گرفت و قطعاتی با عملکرد بهتر و طول عمر بالاتر طراحی کرد.

برای مطالعه بیشتر: تأثیر پرینت سه بعدی در طراحی و تولید خودرو

خواص مکانیکی و حرارتی که در انتخاب مواد پرینت سه بعدی اهمیت دارند

خواص مواد در پرینت سه بعدی با انجام آزمایش‌های استاندارد به‌طور دقیق و قابل اعتماد اندازه‌گیری می‌شوند. بسیاری از این آزمایش‌ها توسط جوامع حرفه‌ای و کاربری مرتبط مستند شده و از طریق سازمان‌های بین‌المللی مانند ASTM International منتشر می‌شوند. طبیعتاً نتایج این آزمایش‌ها به طراحی و هندسه قطعات شما بستگی دارد، اما مقایسه استانداردهای آزمایشگاهی به شما نشان می‌دهد که یک قطعه پرینت سه بعدی با مواد مختلف و روش‌های ساخت متفاوت چگونه رفتار خواهد کرد.

در بیشتر برگه‌های اطلاعات مواد پرینت سه بعدی، این معیارها و استانداردها ذکر شده‌اند تا به شما در انتخاب مناسب‌ترین ماده کمک کنند. برای مثال، یک رزین شفاف (Clear Resin) شرکت Formlabs بر اساس آزمایش‌های استاندارد، ویژگی‌های مشخصی دارد که نشان‌دهنده مقاومت، انعطاف و دوام آن در کاربردهای مختلف پرینت سه بعدی است. با آگاهی از این خواص، می‌توانید قطعاتی بسازید که عملکرد بالاتر، دقت بیشتر و طول عمر مناسب‌تری داشته باشند.

برای مطالعه بیشتر: فرآیندهای پرینت سه بعدی هیدروژل‌

مثالی از یک ویژگی مواد رزین شفاف (clear resin) Formlabs آورده شده است:

مقاومت کششی (Tensile Strength): یکی از ویژگی‌های مهم مواد در پرینت سه بعدی است که نشان می‌دهد یک ماده تا چه حد می‌تواند در برابر نیروهای کششی مقاومت کند. برای مثال، یک ماده ممکن است مقاومت کششی ۳۸ مگاپاسکال / ۵۵۱۰ psi داشته باشد که هر دو واحد متریک و امپریال را پوشش می‌دهد.

این ویژگی می‌تواند در دو حالت مختلف اندازه‌گیری شود: سبز (Green)، یعنی قبل از پخت، و پس از پخت (Post-cured) که بعد از فرآیند پخت رزین یا سایر روش‌های پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) به دست می‌آید. همچنین، استاندارد آزمایش مانند ASTM D 256-10 تضمین می‌کند که نتایج قابل مقایسه با مواد مشابهی هستند که با همان روش آزمایش شده‌اند. با این حال، مقایسه دقیق همیشه ممکن نیست؛ درست مانند اینکه نمی‌توان یک هواپیمای کنترلی کوچک را با یک بوئینگ 747 مقایسه کرد!

حال که اصول اولیه را درک کردیم، می‌توانیم هر ویژگی ماده را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم و به معیارها و استانداردهای مواد تولید شده با روش‌های سنتی و فناوری‌های رایج پرینت سه بعدی از جمله مدل‌سازی رسوب ذوبی (FDM)، استریولیتوگرافی (SLA) و پخت لیزری انتخابی (SLS) بپردازیم. شناخت دقیق این ویژگی‌ها به شما کمک می‌کند تا مواد مناسب برای قطعات پرینت سه بعدی خود را انتخاب کنید و عملکرد و دوام بهینه‌ای داشته باشید.

رایج‌ترین خواص مکانیکی و حرارتی برای مواد پرینت سه بعدی

با شناخت خواص مواد و نیازهای کاربردی، بهترین انتخاب را برای چاپ سه‌بعدی دقیق، مقاوم و بهینه انجام دهید.

🟢 مقاومت کششی

مقاومت کششی یکی از مهم‌ترین خواص مواد است و نشان می‌دهد یک ماده تا چه اندازه می‌تواند در برابر نیروهای کششی بدون شکست مقاومت کند؛ به همین دلیل از اصلی‌ترین معیارهایی است که در برگه‌های اطلاعات مواد دیده می‌شود. رفتار مواد در برابر کشش می‌تواند ترد یا چقرمه باشد و معمولاً همراه نمودار تنش–کرنش بررسی می‌شود. مواد با مقاومت کششی بالا برای کاربردهای حساس مانند سازه‌ها، خودرو، هوافضا، کابل‌ها و تجهیزات ایمنی استفاده می‌شوند. امروزه پرینت سه بعدی نیز توانسته قطعاتی با مقاومت کششی برابر یا حتی بالاتر از پلاستیک‌های سنتی مانند ABS و پلی‌پروپیلن تولید کند و به یک گزینه قابل اعتماد برای ساخت قطعات مهندسی و صنعتی تبدیل شود.

پرینترهای سه بعدی

🟢 مدول یانگ

مدول یانگ یا مدول کشسانی معیاری برای سنجش میزان سختی یک ماده در برابر نیروهای کششی است. هرچه مقدار مدول یانگ بیشتر باشد، ماده سخت‌تر بوده و در برابر تغییر شکل مقاومت بیشتری نشان می‌دهد. در مواد سخت، مدول یانگ نشان می‌دهد که قطعه تحت بار واردشده تا چه حد می‌تواند شکل اولیه خود را حفظ کند؛ به همین دلیل این ویژگی یکی از مهم‌ترین معیارها در انتخاب مواد برای قطعات مکانیکی یا سازه‌ای است که باید تحت فشار یا بارگذاری، دقت ابعادی خود را حفظ کنند.

در مقابل، مدول یانگ پایین نشان‌دهنده یک ماده کشسان و انعطاف‌پذیر است. بنابراین در محدوده پایین این معیار، می‌توان میزان نرمی و خاصیت ارتجاعی مواد انعطاف‌پذیر را ارزیابی کرد. این ویژگی برای انتخاب مواد نرم، منعطف و مناسب برای کاربردهایی که نیاز به خم‌شوندگی یا جذب ضربه دارند بسیار اهمیت دارد.

🟢 ازدیاد طول

ازدیاد طول (Elongation) میزان کششی است که یک ماده درست در لحظه شکست تجربه می‌کند. این ویژگی به‌صورت نسبت افزایش طول به طول اولیه تعریف می‌شود و نشان می‌دهد یک ماده تا چه اندازه می‌تواند بدون ایجاد ترک یا شکست، تغییر شکل دهد. مواد سخت و ترد مانند برخی پلاستیک‌های سخت، معمولاً ازدیاد طول بسیار کمی دارند، در حالی که مواد نرم و کشسان می‌توانند چندین برابر طول اولیه خود کشیده شوند و همچنان نشکنند.

هنگام انتخاب یک ماده انعطاف‌پذیر برای کاربردهای خاص، ازدیاد طول به شما می‌گوید که ماده دقیقاً چقدر توانایی کشش و تغییر شکل دارد. این ویژگی در صنایع ساخت‌وساز و معماری نیز اهمیت زیادی دارد، زیرا سازه‌ها بهتر است تحت فشار دچار تغییر شکل محسوس شوند تا اینکه ناگهان فرو بریزند. همچنین می‌توان مقدار تقریبی ازدیاد طول را از روی مقاومت کششی و مدول کشسانی ماده تخمین زد، بنابراین این معیار تا حدی ویژگی‌های دیگر را تکمیل می‌کند.

پرینترهای سه بعدی فورم لبز

🟢 قدرت خمشی

مقاومت خمشی مشابه مقاومت کششی است و میزان توانایی یک ماده را در برابر شکست تحت بار نشان می‌دهد، اما تفاوت اصلی در نوع بار واردشده است. در مقاومت خمشی، ماده تحت نیروهای خمشی قرار می‌گیرد؛ به همین دلیل این ویژگی همزمان بازتاب‌دهنده مقاومت فشاری و کششی ماده است.

در اغلب پلاستیک‌ها، مقدار مقاومت خمشی و مقاومت کششی بسیار به یکدیگر نزدیک است. در واقع، اگر یک ماده ایزوتروپیک و همگن باشد، مقاومت خمشی آن برابر با مقاومت کششی‌اش خواهد بود. قطعات ساخته‌شده با فناوری SLA در پرینت سه‌بعدی به دلیل پیوندهای شیمیایی قوی و یکنواخت، کاملاً ایزوتروپیک هستند. این موضوع یک مزیت مهم نسبت به بسیاری از فناوری‌های دیگر پرینت سه‌بعدی به شمار می‌آید، زیرا قطعات SLA بدون توجه به جهت چاپ، استحکام یکسان و قابل پیش‌بینی دارند.

🟢 مدول خمشی

مدول خمشی (Flexural Modulus) معیاری برای سنجش میزان سختی یک ماده در برابر نیروهای خمشی است. هرچه مدول خمشی بالاتر باشد، ماده در برابر خم شدن سخت‌تر و مقاوم‌تر است؛ در مقابل، مواد انعطاف‌پذیر و کشسان معمولاً دارای مدول خمشی پایین‌تری هستند. همان‌طور که مقاومت کششی و مقاومت خمشی به یکدیگر نزدیک‌اند، مدول کشسانی (Young’s Modulus) و مدول خمشی نیز ارتباط نزدیکی با هم دارند و معمولاً اختلاف زیادی بین آن‌ها وجود ندارد.

مدول خمشی یکی از معیارهای کلیدی در طراحی و انتخاب مواد برای کاربردهایی مانند فنرهای فولادی (به‌خصوص فنرهای برگی)، تیرهای نگهدارنده، قطعات ساختاری و هر کاربردی است که در آن مقاومت ماده در برابر خم‌شدگی اهمیت زیادی دارد.

پرینترهای سه بعدی فیلامنتی

🟢 استحکام ضربه‌ای

استحکام ضربه‌ای (Impact Strength – Izod) نشان می‌دهد یک ماده هنگام قرار گرفتن در معرض ضربه ناگهانی چگونه رفتار می‌کند. مواد ممکن است در برابر بارهای ثابت عملکردی متفاوت از بارهای ناگهانی داشته باشند. توانایی جذب انرژی حاصل از یک ضربه سریع در حین تغییر شکل پلاستیک، معیاری از چقرمگی ماده است. استحکام ضربه‌ای میزان انرژی‌ای را که ماده می‌تواند بدون شکست در یک برخورد ناگهانی جذب کند، اندازه‌گیری می‌کند. مواد ترد معمولاً چقرمگی بسیار پایینی دارند زیرا تنها مقدار کمی تغییر شکل پلاستیک را تحمل می‌کنند. همچنین، کاهش دما معمولاً باعث کاهش توانایی ماده در جذب انرژی ضربه می‌شود.

اهمیت استحکام ضربه‌ای در بسیاری از کاربردها دیده می‌شود؛ از قاب‌ها و پوشش‌های محافظ گرفته تا سپرها، عینک‌های ایمنی و تجهیزات حفاظتی. برای اندازه‌گیری این ویژگی، دو آزمایش رایج وجود دارد: آزمون ضربه‌ای Izod و آزمون Charpy. هر دو آزمون برای سنجش چقرمگی به‌کار می‌روند و تنها تفاوت آن‌ها در روش اندازه‌گیری است؛ با این حال، آزمایش Izod به‌عنوان استاندارد ASTM شناخته می‌شود.

🟢 سختی فشاری (Shore Hardness)

سختی به مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل دائمی هنگام وارد شدن نیرو گفته می‌شود. در عمل، سختی با مقاومت در برابر خراش، فرورفتگی و تغییر شکل الاستیک نیز ارتباط دارد. نکته مهم این است که سختی و چقرمگی معمولاً هم‌زمان افزایش نمی‌یابند؛ زیرا مواد سخت‌تر اغلب تردتر هستند، در حالی که چقرمگی نیازمند حدی از انعطاف‌پذیری است.

برای مواد خیلی نرم، تعریف سنتی سختی چندان کاربردی نیست؛ به همین دلیل آزمون سختی Shore معرفی شده است تا بتوان سختی یا نرمی مواد نرم، انعطاف‌پذیر و الاستیکی مانند لاستیک‌ها، الاستومرها و برخی پلاستیک‌ها را به‌طور دقیق اندازه‌گیری کرد. از این آزمون در انتخاب موادی که نیازمند سطح نرم هستند مثل دسته‌های قابل‌لمس، انواع واشرها، غلتک‌ها و تایرهای توپر استفاده می‌شود. عدد سختی Shore هرچه بالاتر باشد، ماده سخت‌تر و کم‌انعطاف‌تر است و هرچه پایین‌تر باشد، نرمی و انعطاف بیشتری دارد.

اگر ارزش سختی در دیتا‌شیت ذکر نشده باشد، معمولاً مدول کشسانی پایین می‌تواند نشانه‌ای از نرم و الاستیک بودن ماده باشد. استاندارد ASTM برای سختی Shore شامل ۱۲ مقیاس مختلف است که مقیاس A برای مواد نرم‌تر و مقیاس D برای مواد سخت‌تر کاربرد بیشتری دارد.

پرینترهای سه بعدی رزینی

🟢 نشست فشاری (Compression Set)

نشست فشاری به مقدار تغییر شکل دائمی یک ماده نرم مانند الاستومرها پس از برداشتن نیروی فشاری گفته می‌شود. هرچه مقدار Compression Set یک ماده بیشتر باشد، یعنی پس از فشار، کمتر به شکل اولیه خود بازمی‌گردد.

به همین دلیل، موادی که نشست فشاری بالا دارند، برای کاربردهایی که قطعه باید سریع و کامل به حالت اولیه برگردد مانند فنرها یا ضربه‌گیرهای برگشت‌پذیر مناسب نیستند. اما در قطعاتی مانند لرزه‌گیرها، آب‌بندها و گسکت‌ها، وجود نشست فشاری بالا گاهی قابل‌قبول یا حتی مطلوب است و می‌تواند عملکرد مناسب‌تری ایجاد کند.

🟢 مقاومت پارگی (Tear Strength)

مقاومت پارگی نشان‌دهنده توانایی یک ماده در مقاومت در برابر گسترش ترک‌ها و پارگی تحت بار است. موادی که مقاومت پارگی پایینی دارند، معمولاً مقاومت کمی در برابر سایش دارند و در صورت آسیب دیدن، سریعاً دچار شکست می‌شوند.

این ویژگی به‌ویژه در انتخاب مواد انعطاف‌پذیر مانند لاستیک‌ها یا پارچه‌ها برای کاربردهای پرتنش اهمیت دارد. موادی که در غشاهای کششی، درام‌ها، پارچه بادبان، الاستیک‌ها و بندهای کشی (bungee) استفاده می‌شوند، باید حتی پس از ایجاد آسیب اولیه نیز مقاومت بالایی در برابر پارگی داشته باشند؛ بنابراین، داشتن مقاومت پارگی بالا برای چنین کاربردهایی ضروری است.

🟢 جذب آب (Water Absorption)

پلاستیک‌ها قادرند مقداری آب از هوای مرطوب یا هنگام غوطه‌ور شدن در آب جذب کنند. اگرچه برخی پلاستیک‌ها بیش‌تر از بقیه جاذب رطوبت هستند، این میزان جذب آب در محصولات نهایی پلاستیکی معمولاً اهمیت چندانی ندارد. با این حال، جذب آب نقش مهمی در فرآیند تولید مواد اولیه و مقاومت حرارتی قطعات پلاستیکی ایفا می‌کند.

وقتی پلاستیک‌های گرمانرم (ترموپلاستیک‌ها) بالاتر از دمای مشخصی معمولاً حدود ۱۵۰ تا ۱۶۰ درجه سانتی‌گراد در حضور رطوبت حرارت داده شوند، واکنش شیمیایی به نام هیدرولیز رخ می‌دهد. در این واکنش، زنجیره‌های مولکولی بلند شکسته شده و به کوتاه‌تر تبدیل می‌شوند که باعث تضعیف ماده می‌گردد. بنابراین، اگر مواد اولیه ترموپلاستیک با جذب آب بالا قبل از فرآیند پرینت سه بعدی یا قالب‌گیری تزریقی در معرض رطوبت قرار گیرند، هیدرولیز در طول فرآیند اتفاق افتاده و خواص نهایی قطعه کاهش می‌یابد. از این رو، مواد اولیه ترموپلاستیک با جذب آب بالا باید در محیط خشک نگهداری شوند.

در مقابل، رزین‌های فوتوپلیمر SLA از نوع ترموست هستند؛ یعنی با نور پخت می‌شوند و پس از پخت به حالت جامد دائمی تبدیل می‌شوند، بدون اینکه ذوب شوند. بنابراین، این مواد در برابر اثرات منفی هیدرولیز حساس نیستند و مشکل جذب آب در آنها اهمیتی ندارد.

پرینترهای سه بعدی

🟢 دمای تغییر شکل حرارتی (Heat Deflection Temperature – HDT)

خواص مواد، به ویژه مدول‌های کششی و خمشی، تحت شرایط محیطی استاندارد آزمایش تعیین می‌شوند. تغییر شرایط محیطی، مانند دمای اطراف، می‌تواند عملکرد ماده تحت بار را به‌طور چشمگیری تغییر دهد. دمای تغییر شکل حرارتی (HDT) نشان‌دهنده دمایی است که در آن یک ماده تحت بار مشخص شروع به تغییر شکل می‌کند.

مقادیر بالای HDT برای کاربردهای با دمای بالا اهمیت دارد، مانند پوشش‌ها و نگهدارنده‌ها برای المان‌های حرارتی، و قطعاتی که با مایعات یا گازهای داغ در تماس هستند؛ از جمله ابزارهای قالب‌گیری تزریقی، اتصالات سیال، شیرها و نازل‌ها. داشتن HDT مناسب اطمینان می‌دهد که قطعه در شرایط دمایی بالا عملکرد مکانیکی و ابعادی خود را حفظ می‌کند.

🟢 نقطه نرم شدن ویکات (Vicat Softening Point)

بر خلاف بسیاری از مواد، پلاستیک‌ها نقطه ذوب مشخص و واضحی ندارند. نقطه نرم شدن ویکات معیاری است که نشان می‌دهد یک پلاستیک یا ترموپلاستیک چه زمانی شروع به جریان‌یابی می‌کند و به این شکل جای خالی نقطه ذوب را پر می‌کند. مشابه دمای تغییر شکل حرارتی (HDT)، ویکات تغییر خواص مکانیکی ماده تحت تأثیر حرارت را نشان می‌دهد. در این آزمایش، یک سوزن استاندارد با بار مشخص وارد نمونه می‌شود و میزان فرو رفتن آن اندازه‌گیری می‌گردد.

نقطه نرم شدن ویکات معمولاً برای تعیین حد بالای دمای کاربرد مداوم یک ماده در شرایط عملیاتی با دمای بالا به کار می‌رود. به عنوان یک قاعده کلی، دمای عملیاتی مداوم باید حدود ۱۵ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از نقطه نرم شدن ویکات باشد تا عملکرد و دوام ماده حفظ شود.

🟢 ضریب انبساط حرارتی (Thermal Expansion Coefficient)

مواد بسته به دما تمایل دارند منقبض، منبسط یا به طور کلی تغییر شکل دهند. این پدیده در کاربردهایی مانند محرک‌های حرارتی، حسگرهای دما و حتی عضلات مصنوعی استفاده می‌شود، اما در اکثر مواقع یک اثر جانبی ناخواسته است که باید کنترل شود. ضریب انبساط حرارتی شاخصی است که پیش‌بینی و کمی‌سازی تغییر شکل ماده در پاسخ به تغییرات دما را امکان‌پذیر می‌کند. مقدار مثبت این ضریب نشان‌دهنده انبساط ماده با افزایش دما است و مقدار منفی نشان‌دهنده انقباض آن.

هنگام کار با ترموپلاستیک‌ها، چه از طریق قالب‌گیری تزریقی و چه پرینت سه بعدی، باید اثر انبساط حرارتی ماده را در نظر گرفت تا پس از سرد شدن قطعه، شکل مورد نظر حاصل شود. برای جلوگیری از مشکلات حرارتی مانند انقباض حلقوی، تاب‌خوردگی و پیچش که محدودیت‌های مهمی در دقت هندسی قطعات چاپ سه بعدی مانند SLS و FDM ایجاد می‌کنند توجه به ضریب انبساط حرارتی در انتخاب ماده ضروری است.

در مقابل، فناوری‌های پرینت سه بعدی ترموست مانند SLA معمولاً از اعوجاج حرارتی رنج نمی‌برند و به همین دلیل گزینه‌ای ایده‌آل برای ساخت قطعات با بالاترین دقت و حفظ شکل هندسی هستند.

برای مطالعه بیشتر: تأثیر پرینت سه بعدی در طراحی و تولید خودرو

 ✅خواص مواد در پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA)

برای درک خواص مواد در پرینت سه بعدی SLA، ابتدا باید با فرآیند استریولیتوگرافی و ماده اولیه آن یعنی رزین آشنا شویم. پلاستیک‌ها معمولاً از زنجیره‌های بلند کربنی تشکیل شده‌اند، در حالی که رزین نوعی پلاستیک با زنجیره‌های کوتاه‌تر کربنی است. رزین شامل تمام اجزای پلاستیک نهایی است، اما هنوز به طور کامل پلیمریزه نشده است. وقتی رزین در معرض نور قرار می‌گیرد، با کمک فتواینیسیاتورها، زنجیره‌ها به هم متصل شده و زنجیره‌های طولانی‌تر و سخت‌تری تشکیل می‌شوند که منجر به شکل‌گیری اجسام جامد می‌گردد.

این فناوری امکان ایجاد ترکیبات متنوعی از رزین‌ها را فراهم می‌کند. هر رزین شامل ساختار اصلی و گروه‌های جانبی متفاوتی است؛ ترکیبی از مونومرهای بلند و کوتاه و افزودنی‌ها که منجر به تولید پلاستیک‌هایی با خواص گسترده می‌شود؛ از شفاف تا مات و رنگی، انعطاف‌پذیر تا سخت، مقاوم تا مقاوم در برابر حرارت.

ایزوتروپی در مقابل آنیزوتروپی

در بسیاری از فناوری‌های پرینت سه بعدی، خواص مواد بسته به جهت اندازه‌گیری ممکن است متفاوت باشد، پدیده‌ای که به آن آنیزوتروپی گفته می‌شود. برای مثال، یک قطعه چاپ سه بعدی ممکن است در جهات X، Y و Z مقاومت کششی یا سختی متفاوتی داشته باشد.

در فرآیند SLA، اجزای رزین با هم پیوندهای کووالانسی ایجاد می‌کنند که قدرت جانبی بالایی فراهم می‌آورد، اما واکنش پلیمریزاسیون به طور کامل انجام نمی‌شود. لایه‌ها در حالت نیمه‌پخته یا “green state” باقی می‌مانند. این حالت با حالت کاملاً پخته شده متفاوت است؛ زیرا هنوز گروه‌های پلیمری قابل واکنش روی سطح لایه وجود دارند که لایه‌های بعدی می‌توانند با آن‌ها پیوند کووالانسی تشکیل دهند.

وقتی لایه بعدی پخت می‌شود، واکنش پلیمریزاسیون شامل گروه‌های لایه قبلی نیز می‌شود و پیوندهای کووالانسی نه تنها به صورت جانبی بلکه در جهت Z نیز شکل می‌گیرند. بنابراین، از نظر مولکولی تفاوتی بین جهت Z و صفحه XY وجود ندارد و هر قطعه‌ای که با پرینت سه بعدی SLA ساخته می‌شود، عملاً ایزوتروپیک است.

پس‌پخت (Post-curing)

پس از پایان فرآیند استریولیتوگرافی (SLA)، قطعات چاپ‌شده روی سکوی ساخت در حالت نیمه‌پخته یا green state باقی می‌مانند. هرچند قطعات شکل و فرم نهایی خود را به دست آورده‌اند، واکنش پلیمریزاسیون هنوز کامل نشده و بنابراین خواص مکانیکی و حرارتی قطعه تثبیت نشده است.

استفاده از اتاقک پس‌پخت در فرآیند چاپ، پلیمریزاسیون را کامل می‌کند و خواص مکانیکی را تثبیت می‌سازد. این مرحله باعث می‌شود قطعات به بالاترین مقاومت ممکن برسند و پایدارتر شوند، موضوعی که به‌ویژه برای رزین‌های کاربردی مانند Castable، Dental SG، High Temp، Flexible و Tough اهمیت زیادی دارد. برای مثال، برای موفقیت در فرآیند سوختن با رزین Castable، پس‌پخت ضروری است، و رزین Flexible با پس‌پخت، مقاومت خود را تقریباً دو برابر می‌کند.

نتایج تست‌ها و جزئیات بیشتر درباره تأثیر پس‌پخت بر خواص مکانیکی را می‌توانید در وایت پیپر ما مطالعه کنید.

ترموست‌ها در مقابل ترموپلاستیک‌ها

رزین‌های فوتوپلیمر ترموست هستند، برخلاف ترموپلاستیک‌ها. اگرچه نام‌ها مشابه به نظر می‌رسند، خواص و کاربردهای آن‌ها تفاوت‌های زیادی دارند. تفاوت اصلی فیزیکی این است که ترموپلاستیک‌ها را می‌توان چندین بار ذوب و سرد کرد تا شکل‌های مختلف ایجاد شود، در حالی که ترموست‌ها پس از پخت به حالت جامد دائمی تبدیل می‌شوند و دیگر قابل ذوب نیستند.

نتیجه گیری مقاله

انتخاب ماده مناسب در پرینت سه بعدی نقش کلیدی در دستیابی به قطعات با عملکرد دقیق و دوام مطلوب دارد. با درک خواص مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و نوری مواد، از مقاومت کششی و خمشی گرفته تا استحکام ضربه‌ای، سختی، ازدیاد طول و ضریب انبساط حرارتی، می‌توان بهترین رزین یا پلاستیک را برای هر کاربرد انتخاب کرد. فناوری SLA با امکان استفاده از رزین‌های متنوع و قابلیت پس‌پخت، قطعاتی ایزوتروپیک، دقیق و مقاوم تولید می‌کند، در حالی که تفاوت‌های بین ترموست‌ها و ترموپلاستیک‌ها و ویژگی‌های خاص هر رزین، از جمله Tough، Durable، High Temp و Flexible، راهنمایی عملی برای انتخاب ماده مناسب در نمونه‌سازی، توسعه محصول و تولید نهایی فراهم می‌آورد.