طرح توجیهی فیلامنت

 معرفی طرح توجیهی فیلامنت پرینتر سه بعدی | PLA

2-1- نام محصول:

فلامنت PLA

هر پرینتر‌ سه ‌بعدی، برای چاپ و ایجاد یک قطعه سه بعدی نیاز به مواد مصرفی دارد. اصلی ترین مواد مورد استفاده در چاپگرهای سه بعدی فیلامنت نامیده می‌شود. دلیل این نامگذاری، شکل ظاهری فیلامنت است. فیلامنت در واقع یک رشته ترموپلاستیکی است که انواع گوناگونی دارد و با ذوب شدن آن می‌توان قطعه سه بعدی ایجاد کرد. قطر این رشته های پلاستیکی معمولا 1.75 میلیمتر یا 3 میلیمتر است که هر کدام خواص مختلفی دارند و برای پرینت قطعه به وسیله‌ ی آنها به دمای ذوب متفاوتی نیاز هست. در پرینتر سه بعدی، فیلامنت به وسیله اکسترودر کشیده شده، سپس با دمای معین ذوب می‌شود، بعد از طریق نازل، با قطر کمتری خارج شده و با ایجاد لایه‌های نازک از فیلامنت روی هم و سپس سرد شدن، شکل نهایی را ایجاد می‌کند. فیلامنت ها در انواع و رنگ های مختلف در بازار موجود هستند.

2-2- میزان آشنایی فیلامنت پرینتر سه بعدی PLA

PLA  یا Polylactic Acid (پلی لاکتید اسید) یک ماده ارزان و زیست تخریب پذیر، تولید شده از نشاسته ذرت و نیشکر و رایج برای چاپ سه بعدی است و بازیافت این فیلامنت به راحتی قابل انجام است. فیلامنت PLA در تمامی پرینترهای FDM استفاده می‌شود و بیشتر برای نمونه سازی سریع و کارهای پژوهشی و آموزشی کاربرد دارد. از کاربردهای دیگر این فیلامنت، دوخت و بخیه زنی پزشکی و ساخت ایمپلنت‌های جراحی (پین‌ها، میخ‌هاو …) در دندان پزشکی است. این نوع فیلامنت به دلیل تنوع رنگی، برای ساخت قطعات تزیینی و ویترینی مناسب است. نمونه فیلامنت PLA  دمای ذوب پایینی دارد و بازه‌ی دمای آن بین 180 الی 230 درجه سانتی گراد است . به همین دلیل می‌توانید بدون داشتن هیت بد یا صفحه داغ از فیلامنت PLA استفاده کنید. با وجود اینکه یکی از محبوب ترین فیلامنت‌ها، نوع PLA  است با این حال برای همه کارها مناسب نیست. این فیلامنت، مقاومت چندانی در برابر ضربه ندارد.

مزایای فیلامنت  PLA

دو مورد از برجسته ترین ویژگی های PLA دلالت بر این دارد که مواد PLA از محیط زیست به دست می‌آیند و بر مبنای زیستی بوده و  زیست تخریب پذیر هستند.

PLA زیست تخریب پذیر به معنی آن است که تبدیل به مواد طبیعی مانند آب، کربن دی‌اکسید و کامپوزیت می‌شود. این فرآیند توسط میکروارگانیسم‌ها در محیط انجام می‌شود و به شدت وابسته به شرایطی مانند دما و رطوبت است. PLA یک ترموپلاستیک است، به این معنی که می‌تواند بدون از بین رفتن خواص مکانیکی آن، ذوب و تغییر شکل یابد. از این رو، PLA به طور مکانیکی قابل بازیافت است.  PLA از منابع تجدیدپذیر مشتق میشود که محدودیت دسترسی ندارند ولی پلاستیک های نفتی محدودیت دسترسی دارند. کربن خنثی دارد : یعنی منابع تجدید پذیر آن در واقع کربن را جذب می کنند. همچنین این ماده هنگام اکسیژن رسانی بخارات سمی آزاد نمی کند

سایر مزایای فیلامنت PLA :

• قیمت پایین و دقت پرینت خوب.
• پایه زیستی و تجدید پذیر.
• بدون بو در هنگام چاپ.
• امکان پس پردازش سنباده‌زنی و قابلیت رنگ‌کاری.
• مقاومت خوب در برابر اشعه
• زمان نگه داری بالا.

معایب فیلامنت  PLA

تجزیه ای کند در خارج از محیط  کنترل شده دارد. حتی با اینکه پلاستیک PLA زیست تخریب پذیر است، بازهم سه ماه طول میکشد تا تجزیه شود که آن هم در شرایط کمپوست خاص و کنترل‌شده است. اگر شرایط خاص در دسترس نباشد، برای منبع انبوه PLA ممکن است بین 100تا 1000 سال وقت نیاز باشد تا تجزیه شود.

یک مساله اخلاقی اساسی با تولید PLA وجود دارد. جمعیت رو به افزایش جهان این نگرانی را به وجود می‌آورد که آیا منبع نشاسته و ذرت باید برای ساخت PLA استفاده شود یا به عنوان منبع غذای مردم استفاده شود. این به شدت به استفاده از محصولات تراژنی وابسته است اما فقدان پیگیری و مدیریت، یک عیب بزرگ در حوزه مشکلات عمومی است. مخلوط کردن PLA با پلاستیک سنتی می‌تواند فرآیند بازیافت را آلوده کند. به خاطر مواد شیمیایی متفاوت در پلاستیک‌های نوع ۱ تا نوع 6 ،  PLA را باید قبل از شروع فرآیند بازیافت جداسازی‌ کرد.

سایر معایب فیلامنت PLA:

• پایین ترین مقاومت گرمایی.
• مقاومت کم در برابر رطوبت.
• به‌ سادگی چسب کاری نمی‌شود.

ویژگی های PLA

• ویژگی‌های رئولوژیکی: PLAیک سیال غیر نیوتنی است. این بدان معنی است که ویسکوزیته آن (مقاومت در برابر جریان) بسته به فشاری که در معرض آن قرار دارد، تغییر خواهد کرد. به طور کلی  PLAیک ماده نازک شده برشی است که ویسکوزیته آن با فشار کاربردی کاهش می‌یابد.
• ویژگی‌های مکانیکی: پلاستیکPLA خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با پلیمرهای سنتی مانند پلی پروپیلن، پلی استایرن و پلی اورتان دارد. به خصوص وقتی به مدل یانگ (توانایی تحمل طویل شدن تحت کشش و فشار)، مقاومت کششی (نیروی مورد نیاز برای کشیدن چیزی) و مقاومت انعطاف پذیری (فشار مورد نیاز برای شروع تغییر شکل پلاستیک) توجه میشود.
• خواص دمایی: خصوصیات حرارتی به وزن مولکولی بستگی دارد وPLA  به عنوان یک پلیمر نیمه بلوری طبقه بندی میشود. دمای انتقال شیشه آن ~ 55 درجه سانتیگراد و دمای ذوب آن  ~ 180 درجه سانتیگراد است که در مقایسه با سایر ترموپلاستیک ها مانند ABS نسبتاً پایین است و درست مثل پلاستیک های پایه روغن، PLA می تواند بسوزد، پس تمام اقدامات احتیاطی در هنگام سوختن باید انجام شود.

کاربرد فیلامنت PLA

PLA به عنوان ماده ی تغذیه ی پرینترهای سه بعدی fdm رومیزی استفاده می شود. قطعات پرینت شده با PLA را می توان در قالب های گچ مانند قرار داد و سپس در کوره سوزاند از این رو خلا ایجاد شده را می توان با فلز مذاب پر کرد. از این شیوه تحت عنوان Lost PLA Casting  یاد می شود.

PLA  می تواند به اسید لاکتیک بی ضرر تبدیل شود و در مصارف پزشکی همچون ایمپلنت ها مورد استفاده قرار گیرد. بسته به شیوه ی استفاده شده؛ در طی ۶ ماه تا ۲ سال در داخل بدن تجزیه می شود. این تخریب تدریجی برای سازه های ساپورت مناسب است زیرا با بهبود آن ناحیه از بدن به تدریج استخوان ها جایگزین می شوند. استحکام ایمپلنت های PLA و PLLA به طور کامل مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و اثبات شده است.

از PLA می توان به عنوان متریال بسته بندی تجزیه پذیر نیز استفاده کرد. از این ماده در تولید لیوان و کیف ها هم استفاده شده است. جهت تولید بسته بندی ها، کیسه های کامپوست، بسته بندی مواد غذایی و ظروف یکبار مصرف نیز کاربرد دارد. به علاوه، PLA پتانسیل های بسیاری نیز در زمینه های، روکش مبلمان، لباس های تجزیه پذیر، سایبان ها، محصولات بهداشتی بانوان و پوشک ها دارد.

پتانسیل اقتصادی

پلاستیک های زیستی با ایجاد فرصت های شغلی و توسعه مناطق روستایی، یک بازار رو به رشد را ارائه می دهند و تخمین زده می شود که تا سال 2030 تا 300000 شغل بسیار ماهر در بازار زیستی اروپا ایجاد شود که بیش از 10 برابر تعداد فعلی آن است.

پلاستیک PLA توسط سازمان غذا و داروی آمریکا بعنوان موردی ایمن شناخته می‌شود. علاوه بر این، برای تمامی کاربردهای بسته‌بندی مواد غذایی نیز ایمن است و همچنین غیر سمی بودن آن امکان استفاده از آن در موارد پزشکی را نیز فراهم کرده است.

آینده PLA

PLA با پیشرفت فوق‌ العاده‌ای که داشته توانسته جایگزین پلاستیک‌ های مبتنی بر نفت شود. ویژگی زیست تخریب پذیری ان ها باعث می‌شود تا در موارد پزشکی و غذایی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

با این حال، باید دارای پایداری واقعی نیز باشد. دو نقطه اصلی در این تحقیق PLA وجود دارد که عبارتند از: خاصیت تبلور درجات مختلف در PLA. این امر برای کنترل نرخ تخریب پلاستیک، خواص نوری، مقاومت حرارتی و خواص مکانیکی و… ضروری است. همچنین به روش های عملی و مهم برای جداسازی و تجزیه PLA نیاز است. تاکنون ، صرف نظر کردن از تجزیه PLA باعث عدم دستیابی تأسیسات به مواد زائد شده است که این همانند سایر پلاستیک های پایه نفتی است.