اختصاصی بسپار/ چاپ سه‌بعدی: ساخت احجام هندسی که با دیگر فرآیندها دست یافتنی نیست

بسپار/ایران پلیمر چاپ سه‌بعدی امکان ساخت هندسه‌هایی را فراهم می‌کند که با دیگر فرایندها دست‌یافتنی نیستند و مواد مورد استفاده در چاپ سه‌بعدی روزبه‌روز کارآمدتر و اغلب از نظر زیست‌محیطی سازگارتر از گزینه‌های پیشین می‌شوند.
گزینه‌هایی که پیش روی شرکت‌های چاپ سه‌بعدی امروز است از هر زمان دیگر گسترده‌تر شده و سازندگان مواد به خواسته ‌های کاربران و بازارهای پایین‌دست گوش سپرده‌اند. برای نمونه، شرکت Arkema‏ با Authentic Materialهمکاری کرده تا به‌گفته‌ی خود، مواد نوآورانه و زیست‌پایدارتر برای بازار کالاهای تجملی و فراتر از آن عرضه کند. این دو شرکت هم‌چنین اعلام کرده‌اند که برای بهره‌گیری از جایگاه Arkema در طراحی، ساخت و بازیافت مواد پیشرفته‌ی زیست‌چرخشی (Bio-circular) و نیز دانش فنی انحصاری Authentic Material در بازیافت چرم با هم کار می‌کنند. Authentic Material آمیخته‌هایی از پلی‌آمید ۱۱ Arkema‌ یا دانه‌های TPE با آمیزه‌های گوناگون چرم بازیافتی را با نام محصولات Qilin‏ عرضه می‌کند که افزون بر قابلیت چاپ سه‌بعدی، با رانشگری‌ی ا فرایندهای قالب‌گیری نیز فراورش‌پذیرند. محصولات Qilin برای کالاهای تجملی، پوشاک، تجهیزات ورزشی، الکترونیک مصرفی و اجزای درون‌کابین خودرو در سال ۲۰۲۴ روانه بازار شدند. در آغاز، این محصولات از گونه‌های زیست‌پایه پلی‌آمید ۱۱ که از روغن کرچک به‌دست می‌آیند بهره می‌بردند. معاون بخش پلی‌آمیدهای ویژه در Arkema، افزود: «ما در حال کار بر روی پلی‌آمید ۱۱ صد درصد بازیافتی به‌عنوان بخشی از سامانه بازیافت درون‌سازمانی خود، Virtucycle‏، هستیم.» هم‌چنین مدیر ارشد عملیات در Authentic Material، گفت این شرکت تصمیم گرفته است به خواست مشتریان برای کارکرد درجه اول از نظر حس تجملی و ماندگاری بلندمدت پاسخ دهد.

این لیوان با استفاده از ماده‌ی SEBS شرکت Asahi Kasei که با نانوالیاف سلولزی تقویت شده است، به روش چاپ سه‌بعدی ساخته شد.
آن‌ها هم‌چنین بالاترین استانداردها را از دید تامین اخلاقی و زیست‌پایداری می‌خواهند. مواد رده Qlin شرکت Authentic Material از ۵۰ درصد ماده بازیافتی و ۵۰ درصد بسپار نو ساخته می‌شوند. چرم به‌کار رفته از پسماند تولید، مردودی‌های کیفی و موجودی راکد تامین می‌شود که با فرایندی انحصاری آسیاب و به پودری فشرده و همگن تبدیل و سپس با بسپار مخلوط می‌شود تا آمیزه‌ای پدید آید که تا ۵۰ درصد حجمی چرم دارد. عملیات آسیاب و مخلوط کردن در کارخانه شرکت در نزدیکی تولوز (Tolouse) فرانسه انجام می‌گیرد. پلی‌آمید ۱۱ تنها عضو خانواده نایلون به‌کاررفته در مواد قابل چاپ سه‌بعدی با سطح زیاد ترکیب درصد زیست‌پایه نیست؛ زیرا Asahi Kasei و Aquafil ایتالیا توافق کرده‌اند ماده‌ای نو برای چاپ سه‌بعدی بر پایه Econyl‌ یعنی پلی‌آمید ۶ بازیافتی شیمیایی و نانوالیاف سلولز Asahi Kasei توسعه دهند. این فراورده بخشی از پشتیبانی مالی خود را از شرکت Itochu، هلدینگ مادر Asahi Kasei و از سرمایه‌گذاران Aquafil، دریافت می‌کند. به‌گفته Asahi Kasei، مواد Aquafil شکل‌پذیری (Formability) و استحکام برتر دارند و برای کاربردهای خودرویی و هوانوردی مناسب‌اند. اجزای پلی‌آمید بازیافتی از پسماند پیش و پسا‌مصرف هم‌چون تور کهنه ماهیگیری، فرش کهنه و پسماند صنعتی به‌دست می‌آیند، به تک‌پار‌ها(Monomers) وابسپارش (Depolymerized) می‌شوند و سپس دوباره بسپارش صورت می‌گیرد و به پرک بسپار Econyl تبدیل می‌شوند.
Asahi Kasei هم‌چنین آمیخته‌ای نرم برای چاپ‌گرهای سه‌بعدی از نانوالیاف سلولز‌ ‎(CNF)‎ و استایرن اتیلن بوتیلن استایرن (SEBS) ساخته که به صورت دانه و رشته نیز در دسترس است. هرچند بسپارهای SEBS انعطاف‌پذیر و در برابر جو پایدار هستند، فرایندپذیری آن‌ها با چاپ‌گر سه‌بعدی معمولا دشوار است و برای چاره‌ی چالش، CNF به SEBS افزوده می‌شود تا فرایندپذیری در هنگام چاپ افزایش‌ی ابد. CNF که تا حدود ۵ درصد در آمیزه‌ به کار می‌رود، از پسماند روغن‌گیری از تخم‌کتان دانه به‌دست می‌آید و پایداری دمایی زیاد و توان شبکه‌سازی آن مانع از افت کیفیتش در تنواره‌سازی چاپ سه‌بعدی (FDM) می‌شود و به این ترتیب جمع‌شدگی و تاب‌برداشتگی را می‌کاهد. این ماده در دامنه‌ای گسترده از کاربردها از جمله برسازه‌های اندام مصنوعی (Prosthetic) به‌کار می‌آید.

دوده
خانواده پلی‌آمید با Evonik شناخته می‌شود. این شرکت مجموعه‌ای از پلی‌آمید ۱۲ با دوده در ساختار هسته-پوسته برای چاپ سه‌بعدی عرضه کرده است و می‌گوید مواد Infinam 6013P و 6014P که برای چاپ سه‌بعدی طراحی شده‌اند به‌ واسطه‌ی مهندسی دقیق، مقدار چشم‌گیری دوده در هسته‌ی هر ذره دارند.
به گفته‌ی شرکت پودرهای دوده ته‌نشین‌شده به‌طور ویژه برای فرایندهای چاپ‌ سه‌بعدی هم‌جوشی بستر پودری (Power Bed Fusion 3D Printing) مانند تَف‌جوشی لیزری انتخابی (Selective Laser Sintering) طراحی شده‌اند، جریان‌پذیری زیادی دارند و به‌طور همگنی تف‌جوشی می‌شوند. از آنجایی که دوده به‌دقت کپسوله شده است، رنگ‌دانه‌پذیری (Pigmentation)‌ یکنواخت، سایش و فرسایش سطح کم‌تر و نیز کارکرد همسانگرد بیش‌تر به‌دست می‌آید.
شرکت‌ها می‌توانند پودرهای Infinam 6013P و 6014P را مستقیم از Evonik تهیه کنند. مدیر هم‌جوشی بستر پودری در این شرکت آلمانی می‌گوید این فراورده‌ها برای اقلام چاپ سه‌بعدی تولیدی که برای کاربری بیرونی و تاب‌آوری در برابر گرما و تابش نور زیاد در نظر گرفته شده‌اند، ماده‌ای مناسب هستند و به همین دلیل بازار خودرو و هوافضا را نشانه می‌گیرند.
Evonik همچنین در همکاری با HP، HP 3D HR PA12 FR را که بسپار قابل چاپ سه‌بعدی مقاوم از جنس پلی‌آمید ۱۲ است، توسعه می‌دهد. این ماده دارای بازدارنده‌ی شعله عاری از هالوژن و تا ۵۰ درصد قابل استفاده‌ی دوباره است.
معاون و مدیر جهانی بسپارهای چاپ سه‌بعدی در HP گفت این ماده تولید کم‌هزینه و قطعات باکیفیت را ممکن می‌سازد و راه را برای کاربردهای مقیاس‌پذیر در الکترونیک مصرفی هموار می‌کند. به‌گفته Evonik، همین ۵۰ درصد بازیافت‌پذیری، پسماند را می‌کاهد، فرایند ساخت را کارآمدتر می‌کند و اثر زیست‌محیطی کلی محصول را کم می‌کند. قطعات ساخته شده از HP 3D HR PA12 FR زیبایی‌شناسی سطحی ممتازی دارند و نما‌کاری (finishing) را آسان‌تر می‌سازند.
این مواد به‌طور مستقیم از HP در دسترس است و با چاپ‌گرهای مجموعه HP JF5600 سازگار بوده و در کارخانه Evonik در مارل آلمان با بهره‌گیری از ۱۰۰ درصد منابع انرژی تجدیدپذیر تولید می‌شود.
Lehvoss نیز مجموعه Luvoprint را می‌سازد که آمیزه‌‌های چاپ سه‌بعدی مبتنی بر گرمانرم‌های مهندسی‌ی ا آمیخته‌های ETP (Engineering Thermoplastic Polymers) را دربر می‌گیرد، از جمله eco PC/ABS با پایداری ابعادی و فرایندپذیری خوب؛ eco PA6 برای قطعاتی که نیازمند استحکام ضربه‌ی زیاد و افزایش مقاومت به سایش و فرسودگی هستند؛ eco PPS برای قطعات بازدارنده شعله با پایداری شیمیایی زیاد؛ و PESU برای قطعات بازدارنده شعله‌ای که به استحکام مکانیکی زیاد و پایداری گرمایی خوب نیاز دارند. همه گونه‌های Eco ردپای کربنی کمی دارند.
به‌گفته Lehvoss در رویداد JEC World در پاریس در اوایل سال 2025، این آمیزه‌‌ها با رایج‌ترین چاپگرهای صنعتی به‌طور گسترده آزموده شده‌اند و شرکت برای گذار از ساخت سنتی به چاپ سه‌بعدی مشتریان خود را‌ی اری می‌کند. Luvoprint برای ساخت با دانه‌های ذوب‌شده (fused granule fabrication) طراحی شده است، فرایندی تخصصی که به‌جای رشته‌ یا پودر از دانه بهره می‌گیرد و برای ساخت قالب‌ها، فیکسچرها و تکیه‌گاه‌ها در دما و فشار زیاد مانند اتوکلاوها سودمند است.
گونه‌های سبز (مواد سازگار با محیط زیست)

برگردان: مهندس عمادالدین درانی
emaddoddindorrani@gmail.com

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 281 ماهنامه بسپار که در نیمه اسفندماه 1404 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.