اختصاصی بسپار/ چاپ سه بعدی و توسعه مواد جدید برای کاربردهای مشخص
بسپار/ایران پلیمر استفاده فزاینده از چاپ سه‌بعدی منجر به توسعه مواد تقویت شده شده است. این مقاله به بررسی این موضوع و دیگر روندهای نوظهور در آمیزه‌های چاپ سه‌بعدی می‌پردازد.
چاپ سه‌بعدی، یا ساخت افزایشی (Additive Manufacturing)، با امکان‌پذیر کردن نمونه‌سازی (Prototyping) سریع و تولید در شمارگان کم و شکل‌‌های پیچیده به صنایع مختلفی سود رسانده است. آمیزه‌های بسپاری به سنگ بنای این روند تبدیل شده‌اند، نه فقط به دلیل انعطاف‌پذیری، مقرون‌به‌صرفگی و سهولت فراورش، بلکه به خاطر داشتن خواص متنوعی که می‌توان آن‌ها را به‌‌صورت لازم و موردی تنظیم و شخصی‌سازی کرد. همه این‌‌ها باعث شده که برای کاربردهای فراوانی مناسب باشد.
با این‌‌که این فناوری هم‌‌چنان به‌‌عنوان یک فناوری نوپا در نظر گرفته میشود و به این زودی‌ها جایگزین روش‌های تولید انبوه و متداول مانند قالب‌گیری تزریقی یا قالب‌گیری دمشی نخواهد شد، چاپ سه‌بعدی با سرعتی پایدار در حال رشد است. پلی‌لاکتیک اسید (PLA) بسپاری است که به‌‌طور معمول در چاپ استفاده میشود و به‌‌خاطر آسانی استفاده از آن، برای علاقه‌مندان به چاپ قطعه در خانه مطلوب است. این بسپار هم‌‌چنین برای نمونه‌سازی در صنعت خودروسازی، و هم‌‌چنین برای چینش وسایل خانه و کاربردهای مختص به مبلمان به‌‌طور گسترده استفاده میشود. با روش مناسب آمیزه‌سازی و اختلاط مواد اولیه، PLA می‌تواند بهبود یابد تا مقاومت گرمایی، مقاومت به ضربه، دوام، پایداری ابعادی و قابلیت زیست‌تخریب‌پذیری نهایی را افزایش دهد.
به گفته مدیر بخش بازار جهانی شرکتTotalEnergies Corbion ، تولیدکننده آمیزهPLA ، شرکت به‌‌طور مداوم با شرکای زنجیره ارزش، مصرف‌کنندگان نهایی و تولیدکنندگان ابزارآلات کار می‌کند تا جدیدترین روندها را دنبال کند و به نیازهای شرکای خود پاسخ دهد. از دیدگاه این شرکت، چاپ پرسرعت به‌روزترین روند در چاپ سه‌بعدی است. اگر بسپارها/رشته‌هایِ (Filament) چاپِ پرسرعت به یک استاندارد صنعتی تبدیل شوند، می‌توانند مزیت‌هایی، مانند زمان‌های تحویل سریع‌تر، مصرف مواد کمتر و کاهش انتشار دیاکسید کربن برای صنعت به ارمغان بیاورند. این شرکت، شراکت‌های راهبردی ایجاد کرده است تا این تحولات را از نزدیک دنبال کند و مسیر را برای استفاده از بسپارهای PLA خود هموار سازد. کاربردهایی که در آن‌ها از PLA بازیافتی استفاده می‌شوند نیز به‌‌طور فزاینده‌ای در بین چاپگرها محبوب شده است.
شرکت آمریکایی Insight Polymers & Compounding چهار موضوع برای توسعه بسپارها درنظر دارد که برخی از آن‌ها به آمیزه‌های مورد استفاده در حیطه‌ی چاپ سه‌بعدی نیز ختم می‌شوند. اولین مورد، حرکت به سمت زیست‌‌پایداری (Sustainability) است. آمیزه‌های چاپ سه‌بعدی در مسیری مشابه در حال تکامل به سمت توسعه مواد پایه مانند PLA و پلیاتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)، بسپارهای قابل بازیافت که برای قطعات بازیافتی بسیار مناسب است، هستند. در سال 2023، شرکت Insight Polymers یک خط رانشگری (Extrusion) 18 میلی‌متری را راه‌اندازی کرد تا امکان کار با الیاف، پرکننده‌ها و چندسازه‌‌های (Composites) زیست‌‌پایدار و برگرفته از زیست‌توده را فراهم کند، و در سال 2024، مستربچ‌های PETG و PLA با براقیت (Gloss) کم را عرضه کرد.
قطعات کاربردی
دومین موضوع نوظهور، حرکت به سمت توسعه بسپارها برای جایگزینی فلزات است. سومین موضوع، گذار چاپ سه‌بعدی از نمونه‌سازی به چاپ قطعات کاربردی است. به گفته یکی از بنیان‌گذاران و مدیر نوآوری شرکت Insight Polymers، برای این حرکت، شرکت باید با عواملی که قبلا به نظر نمی‌رسیدند مهم باشند، روبه‌‌رو شود. این عوامل شامل زیبایی‌شناسی، براقیت کم، جلوه‌‌های رنگی و ویژگی‌های سطحی هستند. زیرا بسپار باید عملکرد بلندمدتی را که برای یک محصول نهایی، ضروری است فراهم کند. کارایی در دمای زیاد، زیبایی بلندمدت و ویژگی‌های عملکردی بلندمدت همگی مهم هستند.
چهارمین موضوع، بزرگتر شدن اندازه قطعات چاپ سه بعدی است. در گذشته، اکثر چاپ‌های سه‌بعدی، اشیا به نسبت کوچک بودند. با بزرگتر شدن آن‌ها، اهمیت پایداری ابعادی بیشتر شد.
هم‌‌چنین، این شرکت گفت که در حال کار روی آمیزه الیاف شیشه PET با گرانروی بسیار زیاد برای تولید ابعاد بزرگ به روش ساخت افزایشی (BAAM) است. همین‌‌طور که روش‌های پیشرفته‌تر چاپ سه‌بعدی توسعه می‌یابند، به موادی نیاز دارند که با فرایند سازگار باشند و بالعکس. چاپ سه‌بعدی هم از نظر تجهیزات و هم از نظر مواد در حال تکامل است.
شرکت Evonik، پودر پلی‌‌آمید 12 (PA12) با نام Infinam eCO را برای چاپ سه‌بعدی تولید کرده است. به گفته این شرکت، این محصول 100 درصد خوراک اولیه پایه فسیلی را با مواد اولیه پایه زیستی به روش موازنه جرم جایگزین می‌کند. این، به گفته شرکت، به میزان 74 درصد کاهش انتشار دیاکسید کربن در مقایسه با محصولِ Infinam Terra شرکت را به همراه دارد.
دورریز روغن پخت و پز، که سالانه بیش از 15 میلیون تن در سراسر جهان تولید میشود، به‌‌عنوان ماده اولیه‌‌ای که برای تولید مواد شیمیایی استفاده میشود، شناخته شده است. با استفاده از آن در تولید Infinam eCO PA12، شرکت Evonik ادعا می‌کند که ماده‌ای به مراتب زیست‌‌پایدارتر از محصولات قبلی PA12 است. این شرکت گفت که علاوه‌‌بر نمایشِ قابلیت فراورش عالی و خواص مکانیکی پایدار، گونه‌ی جدید، 100 درصد قابلیت استفاده‌ی مجدد را دارد، هم‌‌چنین پس از چندین چرخه چاپ، می‌توان با ترکیب درصد 30/70 از مواد نو هم استفاده کرد.
به گفته مدیر بخش رشد نوآوری ساخت افزایشی شرکت Evonik، چرخشی شدن (circularity) کلید موفقیت در آینده است. شرکت Evonik فرمولی برای پودرهای PA12 خود توسعه داده است تا اقتصاد چرخشی را در ساخت افزایشی/چاپ سه بعدی پیش ببرد. با معرفی Infinam eCO PA12، شرکت به فراتر از شیمی محصول اهمیت می‌‌دهد تا در این موضوع پیشتاز باشد.
برگردان: مهندس عمادالدین درانی
[email protected]
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 264 ماهنامه بسپار که در نیمه مهر ماه 1403 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
