الطباعة ثلاثية الأبعاد بالجرافين: كيف تُصنع خيوط الجرافين وماذا يمكنها أن تفعل

بقلم فرانس ألكماد، الرئيس التنفيذي لشركة Graphene Integrations

المتجر: اطّلع على الأحجام ورموز SKU وورقة المواصفات لمنتج إضافة الجرافين لخيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) في متجرنا، أو تصفّح جميع منتجات الجرافين.

تعني الطباعة ثلاثية الأبعاد بالجرافين عادةً الطباعة بخيط مُزج الجرافين في بلاستيكه. يمكنك اليوم شراء خيوط PLA وPETG وASA والنايلون بالجرافين، وتُباع لقطع أقوى، أو قطع آمنة من الكهرباء الساكنة، أو حساسات مطبوعة. يشرح هذا المقال ما هي خيوط الجرافين، وما الذي يستطيع الجرافين فعله في القطعة المطبوعة، وكيف يدخل الجرافين إلى الخيط أصلًا، وكيف يمكن لصانعي الخيوط إضافته.

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد بالجرافين؟

تتم معظم الطباعة ثلاثية الأبعاد بالجرافين على طابعات FDM العادية. يكون الجرافين داخل الخيط، إذ يُدمج في البوليمر قبل بثق الخيط ولفّه على البكرة. بالنسبة للطابعة هو مجرد خيط آخر، وإن كانت بعض الدرجات تُطبع بشكل مختلف قليلًا عن البوليمر النقي.

يظهر الجرافين أيضًا في راتنجات SLA ومساحيق SLS، لكن الخيوط هي الشكل الأكثر شيوعًا بفارق كبير.

ما الذي يستطيع الجرافين فعله في القطعة المطبوعة

تُباع خيوط الجرافين التجارية لسببين رئيسيين:

• ميكانيكيًا: قطع أكثر صلابة وقوة، وفي بعض المنتجات ترابط أفضل بين الطبقات، وهو نقطة الضعف في معظم قطع FDM.
• كهربائيًا: تجهيزات وأغلفة مضادة للكهرباء الساكنة (آمنة من ESD)، ومسارات موصلة أو حساسات لمس تُطبع مباشرة في القطعة.

يشير بعض المصنّعين أيضًا إلى مقاومة أفضل للحرارة وتوصيل حراري أعلى. تدعم الأبحاث حول مركّبات البوليمر بالجرافين هذه الاتجاهات بشكل عام، لكن حجم أي تحسن يعتمد على البوليمر ونوع الجرافين والجرعة، وقبل كل شيء على التشتت. لا تنشر Graphene Integrations أرقام اختبارات للخيوط. تُقيَّم كل نتيجة مقارنةً بخيط العميل الحالي.

كيف يدخل الجرافين إلى الخيط

يدمج صانعو الخيوط الجرافين في البوليمر باستخدام بثّاقة ثنائية اللولب، ثم يحوّلونه إلى حبيبات، ثم يبثقون الخيط. الجزء الصعب هو فصل الرقائق وتوزيعها بالتساوي. تسبب التكتلات نقاط ضعف وتفاوتًا في القطر وانسداد الفوهة. كما أن مسحوق الجرافين الجاف مُغبِّر ويصعب تلقيمه بانتظام.

ثلاثة أمور هي الأهم لخيط جرافين جيد:

1. التشتت، حتى تكون الرقائق منفصلة وموزعة بالتساوي.
2. الجرعة، لأن القليل جدًا لا يفعل شيئًا والكثير جدًا قد يجعل الخيط هشًا أو صعب الطباعة.
3. التحكم في القطر والرطوبة، كما في أي خيط.

كيف تعمل إضافة الجرافين لخيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد لدينا

إضافة الجرافين لخيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) هي جرافين مشتت مسبقًا في راتنج لدمجه في بوليمر خيطك. تضيف سائلًا أثناء التركيب بدلًا من التعامل مع المسحوق.

• لمن: صانعو الخيوط الذين يركّبون PLA أو PETG أو ABS أو النايلون قبل البثق.
• الحامل: تشتيت في راتنج للدمج في بوليمر خيطك.
• الجرعة: عادةً من 1% إلى 7% بالوزن، حسب الاستخدام.
• الخلط: أضفها أثناء التركيب في النقطة التي نوصي بها، ثم حوّلها إلى حبيبات وابثق كالمعتاد.
• صُنع في الولايات المتحدة في Charlotte, NC. براءة اختراع قيد التسجيل. لا يحتوي على أسود الكربون. لا يُباع أبدًا على شكل مسحوق.

هذه إضافة لصانعي الخيوط، وليست بكرة جاهزة لطابعة مكتبية.

الجرافين مقارنةً بخيوط ألياف الكربون وأسود الكربون

الخيوط المحشوة بألياف الكربون هي الخيار المعتاد للقطع المطبوعة الصلبة الخفيفة، والخيوط المحشوة بأسود الكربون شائعة للطباعة الموصلة والآمنة من ESD. ولكلٍّ منهما سلبيات: الألياف المقطعة كاشطة وتُبلي الفوهات النحاسية، ودرجات أسود الكربون الموصلة قد تكون هشة بالنسب اللازمة لمقاومة منخفضة. يُدرس الجرافين لأن رقائقه يمكن أن تشكّل شبكة بنسب أقل وقد تساعد على ترابط الطبقات، لكن النتيجة تعتمد على الجرعة والتشتت. لا تحتوي إضافاتنا على أسود الكربون، لذا فإن أي تغيير تقيسه يأتي من الجرافين والحامل.

ما هي إضافة الجرافين؟

إضافة الجرافين هي منتج يُدخل الجرافين إلى مادة أخرى بجرعة منخفضة، كما يفعل الصبغ أو مادة الحشو المقوية. الجرافين هو الجزء الفعّال، أما الحامل المحيط به فهو الذي يحدد ما إذا كان سيمتزج بمنتجك بشكل نظيف.

لماذا يتفوق السائل المشتت مسبقًا على المسحوق. مسحوق الجرافين الجاف خفيف ومُغبِّر وصعب الترطيب، وتميل رقائقه إلى التكتل من جديد. تعمل التكتلات كعيوب، لذلك قد يجعل المسحوق المنتج أسوأ بدلًا من أفضل. نورّد إضافات الجرافين لدينا على شكل سوائل تكون رقائقها مفصولة مسبقًا في حامل يناسب نظامك، فتمتزج باستخدام المعدات التي تعمل بها بالفعل ولا يوجد غبار دقيق يجب التعامل معه. نحن لا نبيع المسحوق أبدًا.

الجرعة. تُستخدم إضافات الجرافين لدينا عادةً بنسبة 1% إلى 7% بالوزن، حسب الاستخدام. الزيادة ليست أفضل دائمًا، لذا يجب أن تشمل التجربة جرعتين أو ثلاث.

التجربة. قارن بمنتج مرجعي تصنعه بالفعل، وغيّر جرعة الإضافة فقط، وأجرِ الاختبارات التي يستخدمها عملاؤك. يقدّم دليلنا حول كيفية إجراء تجربة لإضافة الجرافين ودليلنا حول كيفية اختيار إضافة الجرافين مزيدًا من التفاصيل.

كيف تُجري تجربة على الخيط

1. اختر درجة خيط حالية ذات بيانات معروفة كمرجع.
2. ركّب المرجع وجرعتين أو ثلاث ضمن نطاق 1% إلى 7% بإعداد اللولب ودرجات الحرارة نفسها.
3. افحص القطر والبيضاوية والرطوبة في الخيط الملفوف.
4. اطبع عينات الاختبار نفسها على الطابعة نفسها وبالإعدادات نفسها.
5. اختبر الشد في الاتجاهين XY وZ والصدمة، وعند الحاجة المقاومة السطحية.

للمزيد، اقرأ ما يحتاج صانعو الخيوط إلى معرفته عن دمج الجرافين، أو زر صفحة مركّبات البوليمر بالجرافين.

الأسئلة الشائعة

احصل على إضافة الجرافين لخيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D)

هل أنت مستعد لتجربة الجرافين في منتجك؟ انتقل إلى صفحة إضافة الجرافين لخيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) في المتجر للاطلاع على الأحجام ورموز SKU وورقة المواصفات وصحيفة بيانات السلامة، أو تصفّح متجر الجرافين بالكامل. الأسعار والعينات حسب عرض السعر. اتصل على 704-659-3682 أو اطلب عرض سعر أو عينات أو ورقة مواصفات / صحيفة بيانات السلامة.