انتخاب فیلامنت مناسب، زیربنای موفقیت هر پروژه‌ی چاپ سه‌بعدی است؛ چرا که متریال نه‌تنها کیفیت سطح و دقت ابعادی قطعه را تعیین می‌کند، بلکه روی مقاومت مکانیکی، پایداری حرارتی و حتی سهولت فرآیند چاپ اثرگذار است. استفاده از فیلامنت نامناسب می‌تواند موجب مشکلاتی همچون جدا شدن لایه‌ها، پیچ‌خوردگی یا شکست ناگهانی قطعه در محیط کاربری شود. از سوی دیگر، انتخاب فیلامنتی که با نیازهای نهایی محصول هم‌خوانی داشته باشد، علاوه بر بهبود دوام و کارایی، هزینه‌های پس‌پردازش را نیز به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. در ادامه، دو فیلامنت پرکاربرد ABS و PETG را از جنبه‌های مختلف بررسی می‌کنیم تا درک بهتری از ویژگی‌ها و کاربردهای هر یک به‌دست آورید.
عوامل کلیدی در انتخاب فیلامنت:
- کیفیت سطح و دقت ابعادی: تأثیر مستقیم بر زیبایی و کارایی قطعات نمایشی و پروتوتایپ
- خواص مکانیکی: استحکام کششی، مقاومت ضربه و انعطاف‌پذیری
- پایداری حرارتی: دوام قطعه در برابر دماهای عملیاتی
- فرآیندپذیری و سهولت چاپ: نیاز به تنظیمات دما، سرعت و بستر گرم
- هزینه و در دسترس‌بودن: تأمین بی‌وقفه و مقرون‌به‌صرفه بودن فیلامنت
پیشینه و ساختار شیمیایی
درک ساختار شیمیایی و تاریخچه هر فیلامنت، پایه‌ی فهم رفتار آن در فرایند چاپ و کاربردهای نهایی را تشکیل می‌دهد. در این بخش ابتدا به اختصار با منشا و تکامل ABS و PETG آشنا می‌شویم و سپس با نقاط کلیدی ساختاری هر کدام در قالب فهرست و جدول مقایسه‌ای مرور می‌کنیم.
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene):
- برای اولین‌بار در دهه‌ی ۱۹۴۰ توسط شرکت‌های شیمیایی بزرگ معرفی شد.
- از سه مونومر متمایز—اکرولونیتریل (مقاومت شیمیایی)، بوتادین (الاستیسیته) و استایرن (قابلیت پردازش و شفافیت جزئی)—به‌صورت کوپلیمر بلوکی ساخته می‌شود.
- فرایند تولید معمولاً «پلیمریزاسیون انجمادی» است که ساختار نهایی را به‌صورت زنجیره‌های بلوکی منظم شکل می‌دهد.
PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol-modified):
- نسخه‌ی بهبودیافته‌ی PET است که با افزودن پلی‌‌اتیلن گلیکول در مرحله کنسانتره‌سازی تولید می‌شود.
- ساختار خطی‌تر و نسبت بالاتر گروه‌های استری منجر به شفافیت بیشتر و چکش‌خواری بهتر می‌شود.
- فرایند «پلی‌تراکم» (Polycondensation) تحت کنترل دما و خلأ انجام شده و زنجیره‌های پلیمری متراکم و یکنواخت را ایجاد می‌کند.
مقایسه ABS و PETG در خواص مکانیکی
خواص مکانیکی فیلامنت‌ها یکی از مهمترین عوامل تأثیرگذار بر انتخاب متریال برای کاربردهای صنعتی و مصرفی است. در این بخش، ویژگی‌های کلیدی ABS و PETG را به‌صورت کاربردی بررسی می‌کنیم تا دید واضحی نسبت به نقاط قوت و محدودیت هر کدام به دست آورید.
استحکام کششی (Tensile Strength):
- ABS: معمولاً در بازه ۳۰–۵۰ مگاپاسکال
- PETG: در بازه ۴۰–۶۰ مگاپاسکال
این تفاوت به معنای آن است که PETG کمی مقاومت بیشتری در برابر بار کششی دارد، اما ABS همچنان برای قطعات صنعتی سنگین قابل‌اعتماد است.
ABS به‌خاطر ساختار بلوکی خود توانایی جذب انرژی ضربه‌ای بالایی دارد؛ در حالی که PETG با ترکیب خواص انعطاف‌پذیری و سختی مناسب، شوک را به‌خوبی پخش می‌کند.
مقاومت ضربه (Impact Resistance):
مدول یانگ (Young’s Modulus):
ABS حدود ۲٫۱ گیگاپاسکال و PETG حدود ۲٫۰ گیگاپاسکال مدول یانگ نشان می‌دهند. این اعداد نمایانگر سختی نسبی قطعات چاپ‌شده هستند؛ ABS اندکی سخت‌تر و تردتر و PETG کمی منعطف‌تر است.
انعطاف‌پذیری و چقرمگی (Flexibility & Toughness):
PETG به‌دلیل نیمه‌کریستالی بودن، خم شدن جزئی را بدون ترک‌خوردگی ممکن می‌سازد. از سوی دیگر، ABS با افزودن مونومر بوتادین، چقرمگی بالاتری داشته و در شرایط بارگذاری پویاتر عملکرد بهتری ارائه می‌دهد.
سختی سطح (Surface Hardness):
در تست‌های سختی‌سنجی، ABS معمولاً سطحی سفت‌تر (≈R110 Rockwell) و PETG سطح نرم‌تر (≈R90 Rockwell) دارد که بسته به نیاز پروژه می‌تواند نکتهٔ تعیین‌کننده‌ای باشد.
پیامدهای کاربردی این تفاوت‌ها:
- قطعات باربری و ساختارهای ثابت: اگر پروژه شما نیاز به تحمل بارهای ثابت و سطوح بسیار صیقلی دارد، ABS گزینه‌ی مناسب‌تری است.
- قطعات با نیاز به جذب شوک یا خم‌پذیری: برای قطعاتی که قرار است در معرض ضربه یا تغییر شکل جزئی قرار گیرند (مثلاً گیره‌ها، اتصالات متحرک)، PETG تجربه‌ی پایدارتری فراهم می‌کند.
مقایسه ABS و PETG در کنترل دما و چاپ‌پذیری
میزان دما و شرایط چاپ، تأثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی قطعه و سهولت فرآیند دارد. ABS و PETG به‌دلیل تفاوت در ساختار شیمیایی، نیازهای متفاوتی برای دمای نازل، بستر گرم و تهویه دارند. در این بخش، ابتدا الزامات دمایی هر متریال را بررسی می‌کنیم، سپس نکات عملی برای بهبود چاپ‌پذیری را در قالب فهرست ارائه می‌دهیم.
تنظیم دمای نازل و بستر
برای چاپ موفق فیلامنت، هم دمای نازل (Hotend) و هم دمای بستر (Heated Bed) باید در محدوده‌ای دقیق قرار گیرند:
ABS:
- دمای نازل: 230–250°C
- دمای بستر: 90–110°C
- نیازمند بستر کاملاً مسطح و پایدار برای جلوگیری از تاب‌خوردگی
PETG:
- دمای نازل: 240–250°C
- دمای بستر: 60–80°C
- مقاومت کمتر در برابر تاب‌خوردگی؛ بستر شیشه‌ای یا سطح پوشیده با چسب کافی است
نکات عملی برای بهبود چاپ‌پذیری
جریان هوا (Cooling):
- ABS: تا حد امکان از فن خنک‌کننده دوری کنید؛ جریان هوا باعث لایه‌لایه شدن و ترک‌های ریز در سطوح می‌شود.
- PETG: فن با سرعت کم (۲۰–۳۰٪) بعد از پنج لایهٔ اول، می‌تواند به حفظ جزئیات کمک کند، اما جریان زیاد موجب جدا شدن لایه‌ها می‌شود.
سرعت و شتاب (Speed & Acceleration):
- ABS: با سرعت ۶۰–۸۰ mm/s چاپ کنید و شتاب را تا حدود ۵۰۰–۱۰۰۰ mm/s² کاهش دهید تا لرزش‌های ناخواسته حذف شوند.
- PETG: سرعت پایین‌تر (۴۰–۶۰ mm/s) برای کنترل بهتر نشت رشته و کیفیت بین لایه‌ها توصیه می‌شود.
Retract و تنظیمات اکسترودر:
- ABS: مقدار Retract بین ۲–۴ mm در پرینترهای Bowden و ۱–۲ mm در پرینترهای Direct Drive مناسب است.
- PETG: به‌دلیل ویسکوزیته بالا، Retract را تا ۴–۶ mm افزایش دهید و سرعت Retract را پایین بیاورید (۲۰–۳۰ mm/s) تا از نشت رشته جلوگیری شود.
سطح بستر و چسبندگی (Bed Adhesion):
- ABS: صفحهٔ پوشیده با Kapton Tape یا چسب استیک توصیه می‌شود؛ همچنین استفاده از Enclosure برای حفظ دمای محیطی ثابت ضروری است.
- PETG: استفاده از چسب مات‌کننده (مثل Glue Stick) یا شیشهٔ مات‌شده کفایت می‌کند؛ فویل آلومینیومی نیز می‌تواند سطح مناسبی فراهم کند.
محفظه گرم (Enclosure):
- ABS: برای جلوگیری از انقباض ناگهانی و تاب‌خوردگی بزرگ، چاپ در محفظه‌ای با دمای داخلی حداقل ۴۰–۵۰°C پیشنهاد می‌شود.
- PETG: نیازی به محفظه کاملاً بسته ندارد، اما دمای اتاق باید نسبتاً ثابت (۲۰–۲۵°C) باشد تا از ترک‌خوردگی جلوگیری شود.
با رعایت دقیق این تنظیمات دما و پارامترهای چاپ، می‌توانید کیفیت سطح و انسجام لایه‌ای قطعات ABS و PETG را به‌طور چشمگیری بهبود دهید. در بخش بعدی، به «ویسکوزیته، نشت رشته و تنظیمات پرینتر» می‌پردازیم.
