Mark One: پرینتر سه بعدی که با فیبر کربن پرینت می کند و کامپوزیت می سازد! - - نحوه کاربا فیبر کربن

نحوه کاربا فیبر کربن

فیبر کربن ماده ای با مقاومت بسیار بالا و در عین حال بسیار سبک است و به طور کلی خصوصیات فیزیکی جالبی مثل هدایت خوب گرما و الکتریسیته را در خود جمع کرده است. کامپیوزیت هایی با فیبر کربن این روزها کاملاً معروف شده اند ولیکن تولید کامپیوزیت کار ساده ای نیست مخصوصاً که کیفیت آن متأثر از عوامل زیادی است. با پیشرفت صنعت پرینترهای سه بعدی، راه جدیدی برای استفاده از فیبر کربن در قطعات پیدا شده که به آن می پردازیم.

در حال حاضر امکان پیش خرید پرینتر سه بعدی که قادر به پرینت کردن با فیبر کربن باشد، وجود دارد. استفاده از فیبر شیشه یا فایبرگلَس و همچنین الیاف کِولار هم امکان پذیر است. پرینتر Mark One محصولی از MarkForged است که در این عرصه روز به روز معروف تر و کاربردی تر می شود. مدیر عامل اجرایی و در عین حال بنیان گذار این کمپانی معتقد است که پرینترهای سه بعدی جدید، طرز تفکر مردم در مورد فیبر کربن را تغییر می دهند.

فیبر کربن از دنباله های طولانی از اتم های کربن تشکیل شده است. رشته های کربنی در کنار هم قرار می گیرند و سپس به شکل پارچه عرضه می شوند. با روی هم قرار دادن صفحات گرافن می توان کامپوزیت کاری را شروع کرد. الیاف فیبر کربن بسیار محکم و در عین حال منعطف هستند. رسانایی گرمایی و الکتریکی بالایی هم دارند. اما مشکل اصلی قیمت بالا و زمان زیادی است که صرف استفاده از آن می شود.

در واقع تهیه ی کامپیوزیت با فیبر کربن و رزین مخصوص آن به صورت دستی کار مشکلی و دقت زیادی می خواهد. به فیلم زیر توجه کنید تا نحوه ی کامپیوزیت کاری دستی (روش لایه گذاری دستی) را در عمل ببینید:

دقت کنید خلاء برای تهیه کامپیوزیت عاری از حفره های هوایی حیاتی است و همه چیز به سادگی آنچه در فیلم مشاهده می کنید نیست.

فیبر کربن مدول الاستیسیته ی بسیار بالایی دارد و به همین علت است که استفاده از آن در وسایل موسیقی مثل ویولون نتیجه ی بسیار خوبی دارد چرا که صدا و ارتعاش مکانیکی سیم ها به خوبی ایجاد و پخش می شود.

اهمیت پرینت کردن سه بعدی فیبر کربن

تمام حجم یک جسم ساخته شده از فیبر کربین معمولاً شامل فیبر کربن نیست بلکه بخشی از آن از رزین یا جنس پلاستیک مانند تشکیل می شود. در واقع منظور از کامپوزیت همین است که ماده شامل ترکیبی از جنس های مختلف باشد. بنابراین برای تولید یک جسم از فیبر کربن ، به مقدار کمی از آن نیاز است.

یک پرینتر سه بعدی از این جهت مهم است که می تواند جسم را با ترکیبی از مواد مختلف پرینت کند. در واقع کاربر باید نقاط حساس را شناسایی کرده و برای افزایش استحکام، فیبر کربن را به مناطق مورد نظر اضافه کند.

پرنتر سه بعدی Mark One دارای دو سوزن پرینت است، بنابراین می تواند جسم را با ترکیبی از فیبر کربن و ماده ای دیگر مثل پلاستیک یا نایلون پرینت کند.

یکی دیگر از راه های استفاده از فیبر کربن ، خرد کردن آن است. در نتیجه پودری به دست می آید که می توان به جای صفحات الیاف کربن از آن استفاده کرد. برخی کمپانی ها مثل Proto-Pasta از این روش برای تولید پرینترهای سه بعدی و رشته های کربنی استفاده کرده اند.

اما مشکل این روش کاهش استحکام کامپوزیت است چرا که 5 برابر ضعیف تر می شود. پرینتر Mark One رشته های کامل کربن را مورد استفاده قرار می دهد و چنین عیبی ندارد.

با استفاده از پرینتر سه بعدی دیگر نیازی به لایه لایه گذاشتن صفحات کربن نیست، عمل آوری کامپیوزیت حذف می شود. نکته ی دیگر اتلاف پارچه هاست چرا که باید به شکل مورد نیاز برش خورده و روی جسم زده شوند. تکه های اضافی قیمت زیادی دارند ولیکن بدون استفاده باقی می مانند.

فیبر شیشه هم مثل فیبر کربن بسیار مهم و کاربردی است

پرینتر Mark One قادر به پرینت کردن فیبر شیشه هم هست. فایبرگلس یا فیبر شیشه ارزان تر از فیبر کربن بوده و هدایت حرارتی و الکتریکی خوبی ندارد. استحکام آن هم کمتر است. به عنوان مثال با فیبر شیشه نمی توان یک جلیقه ی ضد گلوله، قطعات هواپیما، قطعات الکترونیکی که هادی الکتریسیته هستند پرینت کرد. اما مزیت اصلی ارزان تر بودن آن است که به کاربرد وسیع آن منجر شده است. به همین علت است که کمپانی MarkForged می گوید فیبر شیشه در 99.9 درصد کاربردها، عالی است.

سازنده ی این پرینتر رشته های فیبر کربن را به قیمت 550 دلار برای هر پوند یعنی 454 گرم، می فروشد. فایبرگلس هم 199 دلار هزینه دارد. رشته های نایلونی و PLA هم به ترتیب 99 و 22 دلار هزینه دارند. در مورد الیاف کولار هنوز خبری منتشر نشده است. قیمت الیاف کربن و شیشه بسیار بالاست اما سادگی کاربرد موجب می شود که مشتریان زیادی در انتظار تهیه کردن این پرینتر و مواد لازم باشند.

افزایش کاربرد موجب تولید بیشتر مواد اولیه و کاهش قیمت آن خواهد شد. بنابراین صنعت پرینترهای سه بعدی در آینده گسترده تر خواهد بود.

پرینتر سه بعدی Mark One 4999 دلار قیمت دارد، مدل مخصوص سازندگان هم 8799 دلار قیمت گذاری شده است. زمان عرضه ی این پرینتر نیمه ی دوم سال 2014 خواهد بود و البته با توجه به اعلام سازنده، تعداد آن محدود است.

Mark مهندسی است که در رشته ی هوافضا تحصیل کرده و سال های زیادی روی خودروها کار کرده است. بنابراین به خوبی با سختی استفاده از کامپیوزیت آشناست و می خواهد همه چیز را ساده تر کند. وی می گوید این کمپانی از سود بیشتر صرف نظر کرده تا اولین پرینترها با کیفیت مطلوب ساخته و عرضه شوند.

رسول شیری

,