فیلامنت TPU (Thermoplastic Polyurethane)
معرفی و ترکیب
TPU یا پلییورتان ترموپلاستیک یکی از مهمترین پلیمرهای الاستومری است که ترکیبی از خواص پلاستیکها (قابلیت فرآیند و چاپ آسان) و خواص لاستیکها (انعطاف و الاستیسیته بالا) را دارد. این متریال در صنایع مختلف به عنوان جایگزین لاستیک استفاده میشود و در پرینت سهبعدی به دلیل توانایی تولید قطعات انعطافپذیر، مقاوم به سایش و ضربهگیر بسیار محبوب است.
در ساختار TPU، بخشهای سخت (Hard segments) و بخشهای نرم (Soft segments) وجود دارد. بخشهای سخت باعث استحکام و مقاومت مکانیکی میشوند و بخشهای نرم خاصیت الاستیسیته را فراهم میکنند. این تعادل باعث میشود TPU متریالی همهفنحریف برای کاربردهای انعطافپذیر باشد.
خواص مکانیکی و حرارتی
سختی Shore: معمولاً بین 85A تا 95A (انعطافپذیر، اما در عین حال مقاوم)
استحکام کششی: 30–55 MPa
ازدیاد طول تا پارگی: 400–600% (بسیار الاستیک)
مقاومت سایشی: عالی (بهتر از ABS و PETG)
دمای انتقال شیشهای (Tg): -50 °C (بسیار پایین → انعطاف حتی در سرما)
دمای ذوب: 210–240 °C
مقاومت حرارتی: پایدار تا حدود 80–90 °C
چگالی: 1.20 g/cm³
🔧 نتیجه: TPU یکی از بهترین فیلامنتها برای ساخت قطعات انعطافپذیر و مقاوم به ضربه و سایش است.
مزایا
انعطاف و الاستیسیته بالا: امکان تولید قطعاتی شبیه لاستیک یا سیلیکون
مقاومت در برابر سایش: مناسب برای قطعات در تماس مداوم با سطوح
مقاومت شیمیایی: مقاوم در برابر روغنها، گریسها و بسیاری از حلالها
مقاومت ضربهای عالی: حتی بهتر از ABS و PETG
کاربرد در دماهای پایین: انعطافپذیری خود را حتی در دمای منفی حفظ میکند
چسبندگی عالی لایهها: قطعات چاپشده بسیار یکپارچه و بادوام هستند
محدودیتها
چاپ دشوارتر: به دلیل انعطاف زیاد، در Bowden Extruder ممکن است گیر کند → Direct Drive توصیه میشود
سرعت چاپ پایین: معمولاً ۲۰–۳۰ mm/s برای جلوگیری از مشکلات تغذیه فیلامنت
Stringing زیاد: نیاز به تنظیم دقیق Retraction
دقت ابعادی کمتر از PLA یا ABS: به دلیل خاصیت الاستیک، قطعات ممکن است کمی تغییر شکل دهند
مقاومت حرارتی محدود: بالاتر از ۹۰°C تغییر شکل پیدا میکند
کاربردهای صنعتی پیشنهادی
قطعات ضربهگیر و ارتعاشگیر: بوشهای لاستیکی، دمپرها، پدهای لرزشگیر
محافظها و قابها: قاب موبایل، روکش ابزار، محافظ مکانیکی
چرخها و تایرهای کوچک: پهپادها، رباتها، تجهیزات سبک
لولهها و شلنگها: به دلیل انعطاف و مقاومت شیمیایی
قطعات پزشکی و ورزشی: پروتزهای نرم، ارتزها، تجهیزات ورزشی انعطافپذیر
راهنمای طراحی و چاپ
دمای نازل: 220–240 °C
دمای بستر: 40–60 °C
سرعت چاپ: 20–30 mm/s (خیلی کمتر از PLA/ABS)
Infill: 20–50% بسته به میزان انعطاف موردنظر
ضخامت دیواره: حداقل 1.2 mm برای دوام بیشتر
Cooling: فن خنککننده در حد متوسط برای کیفیت سطحی بهتر
اکسترودر: Direct Drive توصیه میشود → در Bowden مشکلات Feeding زیاد استپسپردازش و بهبود عملکرد
رنگآمیزی محدود: بیشتر به صورت رنگدانهای در فیلامنت تولید میشود
ماشینکاری ضعیف: به دلیل انعطاف، تراش یا سوراخکاری دشوار است
Bonding: امکان چسباندن قطعات TPU با چسبهای خاص وجود دارد
اتصال به قطعات سخت: میتوان قطعات TPU را با PLA یا PETG در یک چاپ چندمتریاله ترکیب کرد (Dual Extrusion)
مقایسه با فیلامنتهای مشابه
در برابر PLA: بسیار انعطافپذیرتر، اما چاپ سختتر و کندتر
در برابر ABS: انعطافپذیرتر و مقاومتر به ضربه، اما تحمل حرارتی کمتر
در برابر Nylon: هر دو مقاوم و صنعتی، اما Nylon برای قطعات سخت و باربر، TPU برای قطعات انعطافپذیر مناسب است
در برابر PETG: TPU انعطافپذیر و لاستیکی، PETG سختتر و متعادلتر
جمعبندی:TPU فیلامنتی استراتژیک برای کاربردهایی است که نیاز به انعطافپذیری، مقاومت ضربهای، ضدسایش بودن و خاصیت لاستیکی دارند. اگرچه چاپ آن نسبت به فیلامنتهای رایج (PLA, ABS, PETG) دشوارتر است و نیاز به تجربه و تجهیزات مناسب (Direct Drive, سرعت پایین) دارد، اما در نهایت قطعاتی تولید میکند که جایگزین واقعی لاستیکهای صنعتی سبک و نیمهسنگین میشوند.