อธิบายเกี่ยวกับเส้นใยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

วิธีการเลือกเส้นใยที่เหมาะสม

หลังจากที่คุณเลือกเครื่องพิมพ์ 3 มิติ การตัดสินใจครั้งแรกที่คุณต้องทำคือประเภทของเส้นใยที่คุณต้องการใช้ มีหลายสิบสายพันธุ์—แม้จะแยกสีมากมายที่พวกมันเข้ามา การลุยผ่านพวกมันจะพบกับสตริงของชื่อที่ทำให้เกิดเสียงทางเคมี: กรดโพลิแลกติก โพลิไวนิลแอลกอฮอล์ คาร์บอนไฟเบอร์ และเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์บิดลิ้น เป็นต้น พวกเขาใช้คำย่อที่หลากหลาย ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETT, TPE, PVA และ PCTPE ในหมู่พวกเขา แต่อย่าท้อแท้กับซุปตัวอักษรนี้ มีการใช้งานทั่วไปเพียงไม่กี่ประเภท และผู้ผลิตมักจะหลีกเลี่ยงชื่อเล่นที่เกินบรรยาย แทนที่จะใช้ชื่อที่สื่อความหมายมากกว่า ซึ่งพาดพิงถึงคุณภาพที่สำคัญของเส้นใย เช่น ความยืดหยุ่น (เช่น Ninjaflex ของ Ninjaflex และ Polymaker ของ Polyflex เป็นต้น) และความแข็งแกร่ง (เช่น Makerbot, XYZprinting) และ Ultimaker ทุกเส้นใยของตลาดเรียกว่า Tough PLA)

พื้นฐานเกี่ยวกับเส้นใย

เส้นใยที่ใช้ในการพิมพ์ 3 มิติคือ เทอร์โมพลาสติก ซึ่งเป็นพลาสติก (หรือพอลิเมอร์) ที่หลอมละลายแทนที่จะเผาไหม้เมื่อถูกความร้อน สามารถขึ้นรูปและขึ้นรูป และแข็งตัวเมื่อถูกทำให้เย็นลง ไส้หลอดจะถูกป้อนเข้าไปในห้องให้ความร้อนในชุดเครื่องอัดรีดของเครื่องพิมพ์ โดยจะถูกให้ความร้อนจนถึงจุดหลอมเหลว จากนั้นจึงอัดรีด (ฉีด) ผ่านหัวฉีดโลหะขณะที่ส่วนประกอบเครื่องอัดรีดเคลื่อนที่ โดยติดตามเส้นทางที่ตั้งโปรแกรมไว้ในไฟล์อ็อบเจ็กต์ 3 มิติเพื่อสร้าง ทีละชั้น วัตถุที่พิมพ์ออกมา แม้ว่าเครื่องพิมพ์ 3D ส่วนใหญ่จะมีเครื่องอัดรีดแบบเดียว แต่ก็มีบางรุ่นที่ใช้เครื่องอัดรีดคู่ที่สามารถพิมพ์วัตถุด้วยสีต่างๆ หรือด้วยเส้นใยชนิดต่างๆ

กระบวนการพิมพ์ด้วยเส้นใยพลาสติกเรียกว่า fused filament fabrication (FFF) หรือ fused deposition modeling (FDM) พวกเขาเป็นสิ่งเดียวกัน ตัวย่อ FDM เป็นเครื่องหมายการค้าโดยผู้บุกเบิกการพิมพ์ 3 มิติ Stratasys Corp. ดังนั้นผู้ผลิตรายอื่นจึงสร้างชื่อของตนเองเพื่ออธิบายเทคโนโลยีของเครื่องพิมพ์ของตน FFF เป็นสิ่งที่จับได้ แม้ในปัจจุบันนี้ คุณจะเห็นชื่อที่ใช้แทนกันได้ ยกเว้นในโบรชัวร์ของผู้ผลิตบางราย

เส้นใยมีจำหน่ายเป็นหลอดโดยน้ำหนักตั้งแต่ 0.5 กก. ถึง 2 กก. ไส้หลอดมีความหนา 2 แบบ คือ 1.75 มม. และ 3 มม. (อันที่จริงแล้วเส้นบางลงเล็กน้อยประมาณ 2.85 มม.) ฟิลาเมนต์ส่วนใหญ่มีประเภท 1.75 มม.; Ultimaker และ LulzBot เป็นหนึ่งในผู้ผลิตไม่กี่รายที่เครื่องพิมพ์ใช้ขนาดที่หนากว่า น้ำหนักมักแสดงเป็นหน่วยเมตริก

ตอนนี้ มาดูประเภทไส้หลอดที่ได้รับความนิยมและมีความสำคัญมากกว่ากัน

Dynamic Duo: ABS และ PLA

ประเภทของไส้หลอดที่พบมากที่สุดคือ อะคริโลไนไตรล์ บิวทาไดอีน สไตรีน (ABS) และกรดโพลิแลกติก (PLA) เครื่องพิมพ์ 3D พื้นฐานส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้เส้นใยเหล่านี้โดยเฉพาะ ส่วนหนึ่งของความน่าดึงดูดใจคือพวกมันมีราคาไม่แพงนัก โดยมีราคาเพียง 20 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม

อย่าท้อแท้กับชื่อทางเคมีเทอะทะของ ABS; เป็นพลาสติกชนิดเดียวกับที่ใช้ในเลโก้ วัตถุที่พิมพ์จาก ABS มีความเหนียว ทนทาน และปลอดสารพิษ มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง โดยมีอุณหภูมิการพิมพ์ตั้งแต่ 210 ถึง 250 องศาเซลเซียส มุมด้านล่างของวัตถุที่พิมพ์ด้วย ABS มีแนวโน้มที่จะม้วนงอขึ้นเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณใช้ฐานพิมพ์ที่ไม่ผ่านการทำความร้อน ระหว่างการพิมพ์ ABS สามารถปล่อยกลิ่นฉุนและมีกลิ่นไม่พึงประสงค์ ดังนั้นจึงควรใช้กับเครื่องพิมพ์แบบปิดในห้องที่มีอากาศถ่ายเทได้ดี

PLA มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ โดยมีอุณหภูมิที่ใช้งานได้ระหว่าง 180 องศาถึง 230 องศาเซลเซียส เป็นพืชและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ มันยากกว่า ABS พิมพ์ได้โดยไม่บิดเบี้ยว และโดยทั่วไปก็ใช้งานได้ง่าย แม้ว่าในบางกรณีที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นก็อาจทำให้เครื่องอัดรีดติดขัดได้ PLA มักถูกใช้เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่แปลกใหม่กว่า ซึ่งเราจะพูดถึงกันในอีกสักครู่

ไนลอน

ไนลอนเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่ใช้งานได้หลากหลายอย่างเหลือเชื่อ ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 ซึ่งพบว่ามีการใช้งานทุกอย่างตั้งแต่แปรงสีฟัน ร่มชูชีพ ยางรถยนต์ ไปจนถึงถุงน่อง และตอนนี้เป็นเส้นใยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ หัวใจของมันคือพอลิเมอร์หรือพลาสติก มีความแข็งแรงและทนทาน แต่ยืดหยุ่นได้ และเป็นหนึ่งในเส้นใยการพิมพ์ 3 มิติที่มีราคาต่ำที่สุด มันละลายที่อุณหภูมิสูงกว่า (ประมาณ 240 องศาเซลเซียส) กว่าเส้นใยส่วนใหญ่ เครื่องพิมพ์ 3D บางรุ่นไม่ได้สร้างมาเพื่อรองรับความร้อนนั้น สารบางชนิดที่ใช้กันทั่วไปในเครื่องอัดรีดจะปล่อยควันออกมาที่อุณหภูมินั้น เช่นเดียวกับ ABS วัตถุที่พิมพ์ด้วยไนลอนมีแนวโน้มที่จะบิดเบี้ยว ซึ่งสามารถบรรเทาได้โดยใช้เตียงพิมพ์ที่อุ่น

เส้นใยยืดหยุ่น

TPEs (หรือเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์) เป็นเทอร์โมพลาสติกที่มีความยืดหยุ่นสูง (แม้ว่าจะยังสั้นมาก เช่น แถบยาง) วัตถุที่พิมพ์ด้วยนั้นค่อนข้างยืดหยุ่น ประเภท TPE ทั่วไปชนิดหนึ่งคือเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน (TPU) ซึ่ง NinjaFlex เป็นตัวอย่างยอดนิยม

เส้นใยที่ละลายน้ำได้: HIPS และ PVA

HIPS เป็นคำย่อที่ติดหูมาก ย่อมาจากพอลิสไตรีนที่มีแรงกระแทกสูง HIPS มีราคาปานกลาง น้ำหนักเบา และสามารถขัด ติดกาว และระบายสีด้วยสีอะครีลิค คล้ายกับ ABS ยกเว้นว่า HIPS สามารถละลายได้ใน Limonene ซึ่งเป็นตัวทำละลายที่มีซิตรัส ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดี—เมื่อพิมพ์ด้วยวัสดุที่สอง (เช่น ABS หรือ PLA) ด้วยเครื่องพิมพ์แบบสองเครื่องอัดรีด—เป็นวัสดุรองรับ ที่สามารถละลายได้หลังการพิมพ์ นอกจากนี้ยังพิมพ์ได้ดีด้วยตัวมันเอง และเป็นเส้นใยที่แนะนำโดย LulzBot สำหรับเครื่องพิมพ์ LulzBot Mini 3D (ที่ Amazon Canada) ซึ่งได้รับเลือกจากบรรณาธิการของเรา MakerBot Dissolvable Filament ยังประกอบด้วย HIPS

เส้นใยที่ละลายน้ำได้อีกอย่างคือ PVA (โพลีไวนิลแอลกอฮอล์) ซึ่งละลายในน้ำได้สะดวก PVA ไม่มีกลิ่น ปลอดสารพิษ และย่อยสลายได้ทางชีวภาพ มีจุดหลอมเหลวต่ำ และสามารถติดหัวฉีดของเครื่องอัดรีดได้เมื่อมีความร้อนสูงเกินไป มักใช้เป็นวัสดุสนับสนุนในเครื่องพิมพ์แบบสองเครื่องอัดรีด ฉันทดสอบ Ultimaker 3 (ที่ Amazon Canada) โดยการพิมพ์วัตถุทดสอบ—กล่องภายในกล่อง—โดยใช้ PLA สำหรับตัวกล่องเองและ PVA เป็นตัวรองรับ หลังจากที่พิมพ์วัตถุแล้ว ฉันก็จุ่มมันลงในน้ำอุ่น แล้ว PLA ก็ค่อยๆ ละลาย โดยทิ้งกล่องที่ซ้อนกันไว้สองกล่อง

เส้นใยคอมโพสิต

เส้นใยคอมโพสิตมีฐานของ PLA หรือเทอร์โมพลาสติกอื่นๆ ซึ่งได้ผสมอนุภาค ผง หรือสะเก็ดของวัสดุอื่นๆ บางชนิดเป็นไม้ผสม ส่วนอื่นๆ ได้แก่ หินทรายหรือหินปูน และบางประเภทก็มีโลหะหลายประเภท เช่น เหล็ก อะลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง และทองแดง เส้นใยเหล่านี้ใช้คุณสมบัติบางอย่างของวัสดุที่ผสมด้วย คอมโพสิตที่เป็นที่นิยมอีกอย่างหนึ่งคือคาร์บอนไฟเบอร์ วัตถุที่พิมพ์ออกมานั้นใช้ความแข็งแรงของเส้นใยบางส่วน ข้อเสียของเส้นใยคอมโพสิตเหล่านี้คือมีค่าใช้จ่ายมากกว่าเส้นใยที่ไม่ผสม

นอกเหนือจากเส้นใยพลาสติก: การพิมพ์ด้วยเรซิน

ด้วยจำนวนเครื่องพิมพ์ FFF ที่เพิ่มขึ้นในปัจจุบัน ทำให้มองข้ามความจริงที่ว่ามีรุ่นต่างๆ ในตลาดที่ใช้เทคโนโลยีอื่นๆ ที่ไม่ใช้เส้นใยได้ง่าย สิ่งสำคัญในหมู่พวกเขาคือ stereolithography (aka SLA) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแรกที่ได้รับการพัฒนา และสามารถพิมพ์งานที่มีรายละเอียดสูงและมีความละเอียดสูงได้ ป้ายราคาสำหรับเครื่องพิมพ์ SLA สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์สามารถแสดงผลเป็นตัวเลขห้า (และถึงหก) ได้เป็นอย่างดี แต่เราได้เห็นโมเดลราคาต่ำกว่าบางรุ่นแล้ว ซึ่งเหมาะสำหรับมือสมัครเล่นและช่างฝีมือ

ในการพิมพ์ SLA เลเซอร์อัลตราไวโอเลตจะติดตามรูปร่างของวัตถุที่จะพิมพ์ ทีละชั้น บนเรซินที่ไวต่อแสงยูวี (หรือที่เรียกว่า photopolymer หรือ photopolymer resin) ที่อยู่ในถาดหรือถัง และเรซินที่สัมผัสกับเลเซอร์จะแข็งตัว เพื่อสร้างวัตถุที่พิมพ์ออกมา เรซินมาในขวดขนาด 500 มล. และ 1 ลิตร โดยราคาจากผู้ผลิตเครื่องพิมพ์เริ่มต้นที่ประมาณ 100 ดอลลาร์ต่อลิตร ผู้ผลิตบางรายได้กำหนดสูตรเรซินเพื่อความแข็งแรง ความยืดหยุ่น ความแข็งแกร่ง และคุณภาพอื่นๆ และเรซินดังกล่าวมักจะขายได้ในราคาระดับพรีเมียม เรซินได้รับความเดือดร้อนจากจานสีที่จำกัด และมีแนวโน้มที่จะจำกัดอยู่ที่สีดำ สีเทา สีขาว และสีใส แม้ว่าเรซินที่มีสีสว่างกว่าและโลหะบางชนิดจะมีจำหน่ายในช่วงปลายปี

DLP เป็นรูปแบบของ stereolithography ที่ใช้โปรเจ็กเตอร์แทนเลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสง โดยใช้แสงที่มองเห็นได้แทนแสงอัลตราไวโอเลต โปรเจ็กเตอร์ซึ่งใช้เทคโนโลยี DLP (Digital Light Processing) ของ Texas Instruments ฉายภาพชุดหนึ่งลงในถังของโฟโตโพลีเมอร์เรซินที่คล้ายกับเรซินที่ใช้ในการพิมพ์ SLA เพื่อสร้างวัตถุทีละชั้น

ตอนนี้ คุณรู้ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับเส้นใยที่ได้รับความนิยมมากที่สุดแล้ว คุณจะต้องอ่านคู่มือการซื้อเครื่องพิมพ์ 3 มิติของเรา ซึ่งมีบทวิจารณ์เกี่ยวกับรุ่นที่ดีที่สุดที่เราได้ทดสอบไปเมื่อเร็วๆ นี้ คุณยังสามารถตรวจสอบสิ่งที่ผู้ใช้กลุ่มแรกพูดเกี่ยวกับเวลาของเขาในการเรียนรู้การพิมพ์ในแบบ 3 มิติได้