Mark One: پرینتر سه بعدی که با فیبر کربن پرینت می‌کند و کامپوزیت می‌سازد!

فیبر کربن ماده‌ای 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. کامپیوزیت‌هایی با فیبر کربن این روزها کاملاً معروف شده‌اند ولیکن تولید کامپیوزیت کار ساده‌ای نیست مخصوصاً که کیفیت آن متأثر از عوامل زیادی است.

در حال حاضر امکان پیش‌خرید 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 امکان‌پذیر است. پرینتر Mark One محصولی از MarkForgedاست که در این عرصه روز به روز معروف‌تر و کاربردی‌تر می‌شود. مدیر عامل اجرایی و در عین حال بنیان‌گذار این کمپانی معتقد است که پرینترهای سه بعدی جدید، طرز تفکر مردم در مورد فیبر کربن را تغییر می‌دهند.

فیبر کربن از دنباله‌های طولانی از اتم‌های کربن تشکیل شده است. رشته‌های کربنی در کنار هم قرار می‌گیرند و سپس به شکل پارچه عرضه می‌شوند. با روی هم قرار دادن صفحات گرافن می‌توان کامپوزیت‌کاری 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 می‌شود.

در واقع تهیه‌ی کامپیوزیت با فیبر کربن و رزین مخصوص آن به صورت دستی کار مشکلی و دقت زیادی می‌خواهد. دقت کنید خلاء برای تهیه کامپیوزیت عاری از حفره‌های هوایی حیاتی است 

فیبر کربن مدول الاستیسیته‌ی بسیار بالایی دارد و به همین علت است که استفاده از آن در وسایل موسیقی مثل ویولون نتیجه‌ی بسیار خوبی دارد چرا که صدا و ارتعاش مکانیکی سیم‌ها به خوبی ایجاد و پخش می‌شود.

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 پلاستیک‌مانند تشکیل می‌شود. در واقع منظور از کامپوزیت همین است که ماده شامل ترکیبی از جنس‌های 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 می‌تواند 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 می‌تواند جسم را با ترکیبی از فیبر کربن و ماده‌ای دیگر مثل پلاستیک یا نایلون پرینت کند.

یکی دیگر از راه‌های استفاده از فیبر کربن، خرد کردن آن است. در نتیجه پودری به دست می‌آید که می‌توان به جای صفحات الیاف کربن از آن استفاده کرد. برخی کمپانی‌ها مثل Proto-Pasta از این روش برای تولید پرینترهای سه بعدی و رشته‌های کربنی استفاده کرده‌اند.

اما مشکل این روش کاهش استحکام کامپوزیت است چرا که 5 برابر ضعیف‌تر می‌شود. پرینتر Mark One رشته‌های کامل کربن را مورد استفاده قرار می‌دهد و چنین عیبی ندارد.

با استفاده از پرینتر سه بعدی دیگر نیازی به لایه‌لایه گذاشتن صفحات کربن نیست، عمل‌آوری کامپیوزیت حذف می‌شود. نکته‌ی دیگر اتلاف پارچه‌هاست چرا که باید به شکل مورد نیاز برش خورده و روی جسم زده شوند. تکه‌های اضافی قیمت زیادی دارند ولیکن بدون استفاده باقی می‌مانند.

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 ارزان‌تر از فیبر کربن بوده و هدایت حرارتی و الکتریکی خوبی ندارد. استحکام آن هم کمتر است. به عنوان مثال با فیبر شیشه نمی‌توان یک جلیقه‌ی ضد گلوله، قطعات هواپیما، قطعات الکترونیکی که هادی الکتریسیته هستند پرینت کرد. اما مزیت اصلی ارزان‌تر بودن آن است که به کاربرد وسیع آن منجر شده است. به همین علت است که کمپانی MarkForged می‌گوید فیبر شیشه در 99.9 درصد کاربردها، عالی است.

سازنده‌ی این پرینتر رشته‌های فیبر کربن را به قیمت 550 دلار برای هر پوند یعنی 454 گرم، می‌فروشد. فایبرگلس هم 199 دلار هزینه دارد. رشته‌های 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 می‌شود 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 گسترده‌تر خواهد بود.

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

Mark مهندسی است که در رشته‌ی هوافضا تحصیل کرده و سال‌های زیادی روی خودروها کار کرده است. بنابراین به خوبی با سختی استفاده از کامپیوزیت آشناست و می‌خواهد همه چیز را ساده‌تر کند. وی می‌گوید این کمپانی از سود بیشتر صرف‌نظر کرده تا اولین پرینترها با کیفیت مطلوب ساخته و عرضه شوند.