آیا تا به حال خواسته اید با چاپگر سه بعدی خود چیزی بسازید که بخشی مهم از وسایل الکترونیکی باشد؟ شاید میخواهید کیت الکترونیک، حسگر لمسی، قلم تبلت یا هر اختراع نبوغ انگیز دیگری که شمادر ذهن دارید؟! پس فیلامنت رسانای برق Conductive PLA ماده مناسبی برای شماست!
یک ابداع شوک آور!
فیلامنت رسانا یک نوع ماده نوظهور است که برای پروژه های الکترونیکی کوچک یا مدارهای کوچک DIY (دست ساز) عالیست. رسانا به این معنی است که الکتریسیته می تواند از طریق آن جریان یابد، از این رو این رشته در پروژه هایی مانند جا کلیدی، دستکش های LED و حتی سنسورهای تراز خودکار مفید است.
این رشته فیلامنت اغلب دارای ترموپلاستیک PLA بعنوان ماده پایه است، اما مواد دیگری (به عنوان مثال ABS) نیز استفاده می شود. اکثر رشته‌های رسانا، اگر نه همه، حاوی مواد کربن گرافیت شده یا گرافن، در میان سایر افزودنی‌ها هستند که رسانایی رشته را تعیین می‌کنند.
در این مقاله، کمی از مفهوم رشته رسانا، کاربردهای آن و برخی از بهترین برندها بحث خواهیم کرد. در بخش‌های آخر، مروری بر هر فیلامنت، از جمله ویژگی‌های مربوطه، نکات چاپ و محل خرید آنها که در کشورهای پیشرفته در حال افزایش هستند، ارائه می‌کنیم.
فیلامنت کانداکتیو افق‌های جدیدی را در حوزه مهندسی فراهم کرده است و در واقع پروژه‌ای آینده‌نگرانه برای پرینتر سه بعدی می‌باشد. فیلامنت Conductive، یک متریال ترموپلاستیک PLA در ترکیب با ذرات رسانای کربن بوده که می‌توان مدارهای چاپی ولتاژ پایین همچون LED، سنسورها ..و غیره را پرینت سه بعدی نمود؛ این یعنی امکان چاپ بردهای مداری الکترونیک ساده‌ای بر بستر ساخت پرینترتان وجود دارد!
مفهوم رسانا بودن فیلامنت کانداکتیو
فیلامنت کانداکتیو PLA (رسانا) برای انتقال برق به منبع انرژی مانند باتری نیاز دارد. اگرچه این فیلامنت می تواند الکتریسیته را تحمل کند، توصیه نمی کنیم محدودیت های آن را آزمایش کنید، زیرا سوزاندن پلاستیک می تواند مواد سرطانی را آزاد کند. تست استرس الکتریکی نشان داده است که PLA رسانا می تواند ولتاژ ۰ تا ۶۰ ولت را در ۱۰۰ میلی آمپر یا کمتر از آن تحمل کند، اما بسته به برند این مقدار مقاومت، متفاوت است.
فیلامنت کانداکتیو نمی تواند برق رسانی به خانه شما را تامین کند! اما می تواند در پروژه های کوچک مانند PCB های سفارشی، مدارها یا قطعات الکترونیکی که می توانند دستگاه های کوچک را تغذیه کنند، مثل چراغ های LED یا حسگرها، انتقال دهنده مفیدی محسوب شود. ما در اینجا می گوییم “کوچک” زیرا PLA رسانا فقط می تواند دستگاه های ولتاژ پایین را اداره کند و منظور ما پروژه‌هایی است که برای کار کردن نیازی به نیروی برق زیادی ندارند یا به قدرت ولتاژی بالا نیاز ندارند (هنگام بررسی برنامه های پروژه، مهم است که این را در نظر داشته باشید).
ولتاژ و مقاومت فیلامنت رسانا کانداکتیو
برخی از رشته‌های رسانا نسبت به بقیه برای کنترل ولتاژهای خاص مجهزتر هستند. به همین دلیل، ما محصولات را با توجه به سطح مقاومت الکتریکی آنها که یک اندازه گیری معکوس رسانایی است، مقایسه می کنیم.
بسیاری از کسانی که با الکترونیک آشنا هستند قبلاً مقاومت (اندازه گیری شده در Ω) را می دانند که یک مقدار ثابت و مختص جزء است. از سوی دیگر، مقاومت (اندازه‌گیری شده در Ω·m) یک معیار کلی‌تر است، که توضیح می‌دهد یک ماده چقدر در برابر جریان جریان مقاومت میکند. برای نردهای بیرونی، مقاومت یک جسم به مقاومت جسم و ابعاد آن بستگی دارد:
R = ρ(l/A)
جایی که ρ مقاومت است، l طول جسم و A سطح مقطع جسم است. بنابراین، یک مقاومت ۱۰۰ Ω ممکن است ۱۰۰ Ω مقاومت داشته باشد، اما ماده ای که از آن ساخته شده است می تواند هر مقداری برای مقاومت آن داشته باشد.
جدا از ریاضیات، تنها چیزی که واقعاً برای این مقاله آموزشی باید بدانید این است که هرچه مقاومت کمتری داشته باشید، یک رشته رساناتر است و بالعکس. همچنین، ما مقاومت را بر حسب Ω⋅cm ارائه خواهیم کرد، که اغلب توسط سازندگان ارائه می شود.
مقایسه مقاومت فیلامنت کانداکتیو
رشته های موجود در لیست ارائه شده این مقاله، دارای طیف وسیعی از مقاومت هستند، بنابراین قبل از خرید مطمئن شوید که چه چیزی دریافت می کنید. برای کمک به شما در سنجش اهمیت مقادیر خاص، چند مثال در اینجا آورده شده است:
مس: ۰٫۰۰۰۰۰۱۶۸ Ω⋅cm (بسیار رسانا)
آب آشامیدنی: ۲۰۰۰-۲۰۰۰۰ Ω⋅cm (رسانا)
سیلیکون: ۲۳۰۰۰۰ Ω⋅cm (نیمه رسانا)
لاستیک سخت: ۱,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ Ω⋅cm (غیر رسانا)
همچنین مهم است که بدانید چاپی که از رشته رسانا استفاده می کند ممکن است در امتداد هر محور به طور یکنواخت رسانا نباشد. این حالت بدلیل ذات لایه گذاری پرینت سه بعدی است که مواد به طور مداوم در صفحه XY چاپ می شوند، اما در جهت Z لایه بندی می شوند. بنابراین، مولکول‌های ماده در حالت اول در تماس بهتری خواهند بود. برای داشتن بهترین رسانایی، در هنگام تصمیم گیری در مورد نحوه جهت دهی پرینت سه بعدی یک قطعه، این را در نظر داشته باشید.
اکنون که برخی از اطلاعات الکتریکی را می دانید، بیایید به بررسی چند برند تجاری عرضه کننده این رشته فیلامنت شوک دهنده برسیم!
۱- فیلامنت کانداکتیور شرکت Multi3D:
Multi3D شرکتی است که بطور خاص بر روی مواد رسانا بنیانگذاری شده است. جدا از فیلامنت رسانا، آنها پوکه رشته ای رسانا را نیز ارائه می دهند. اگرچه خرید رول فیلامنت رسانای این سازنده پرهزینه است، اما مقاومت آن فقط ۰٫۰۰۶ Ω است (که یعنی خلوص رسانایی بسیار خوبی دارد). طبق گفته سازنده، می توان آنرا با دمای بسیار پایین فقط ۱۳۰-۱۶۰ درجه سانتیگراد چاپ کرد. کاربری بنام GreatScott در YouTube اشاره کرده است که این فیلامنت برای پروژه های کوچک خوب است اما برای پروژه های با جریان بالا مناسب نیست.
- Electrifi Conductive Filament – 1.75 / 2.85 mm: Multi3D
- قیمت / کیلوگرم: ۲۰۰ دلار
- اندازه: ۱٫۷۵ میلی متر، ۲٫۸۵ میلی متر
- رنگ: برنز
- مقاومت: ۰٫۰۰۶ Ω⋅cm
- مقاومت در هر محور: مشخص نشده است
- دمای نازل: ۱۳۰-۱۶۰ درجه سانتی گراد
- دمای بستر ساخت: مشخص نشده است (همان دمای فیلامنت PLA در نظر بگیرید).
۲- فیلامنت رسانای الکتریسیته شرکت Protopasta:
پروتوپاستا یک تولید کننده فیلامنت محبوب در آمریکاست که بدلیل فیلامنت های با کیفیت برتر خود (دارای روکش های متفاوتی هستند) معروف است: مثلا رنگبندی عالی (بدون گرفتگی نازل) مات، براق، شفاف، صدفی، چوبی، جلا فلزی و غیره. آنها همچنین رشته PLA رسانای خود را منتشر کرده اند که به لطف جمع سپاری در پروژه Kickstarter توسعه یافته است.
به گفته سازنده، PLA رسانای آنها دارای مقاومت ۳۰ Ω⋅cm در امتداد محورهای X و Y و ۱۱۵ Ω⋅cm در امتداد محور Z است. این فیلامنت در وب سایت پروتوپاستا دارای امتیاز ۴٫۷ ستاره است. مشتریان بسیاری به آسانی PLA معمولی، این فیلامنت رسانا را تمجید کرده اند، اما چندتایی از مشتریان هم گزارش داده اند که با رسانایی فیلامنت مشکلاتی را تجربه کرده‌اند.
برای آشنایی بیشتر با این فیلامنت می توانید این بررسی فیلامنت یا این بررسی پروژه ارسال شده توسط Adafruit را در یوتیوب تماشا کنید:
- https://www.youtube.com/watch?v=aNhUyW0FyhM
- https://www.youtube.com/watch?v=-DYk5fP9EN4
- Electrically Conductive Composite PLA: ProtoPasta
- قیمت / کیلوگرم: ۱۰۰ دلار
- اندازه: ۱٫۷۵ میلی متر، ۲٫۸۵ میلی متر
- رنگ سیاه
- مقاومت: ۱۵ Ω⋅cm
- مقاومت در هر محور: ۳۰ Ω⋅cm (محور X و Y) و ۱۱۵ Ω⋅cm (محور Z)
- دمای نازل: ۲۱۵-۲۳۰ درجه سانتیگراد
- دمای بستر: ۵۰ درجه سانتی گراد
3- فیلامنت رسانای الکتریسیته شرکت BlackMagic3D:
Black Magic 3D یک تولید کننده برجسته فیلامنت پرینترهای سه بعدی است که مواد مختلفی از جمله نایلون، HIPS، انعطاف پذیر و غیره را می فروشد و توزیع می کند (البته عجیب است که این شرکت یک وبسایت رسمی ندارد و هر چه در گوگل جستجو کردیم تنها در فروشگاه آمازون و غیره محصولات آن قابل خرید است). PLA رسانا آنها که با نام Conductive Graphene PLA شناخته می شود، یکی دیگر از موارد افزودنی عالی قابل خرید از این برند است. دارای خواص الکترومغناطیسی و محافظ فرکانس رادیویی است اما با قیمت 100 دلار در هر 100 گرم عرضه می شود.
به گفته سازنده، گرافن رسانا PLA دارای مقاومت 0.6 Ω⋅cm است. آنها همچنین می گویند فیلامنت خواص مکانیکی خوبی دارد و از ABS و PLA معمولی قوی تر است. توصیه می شود این فیلامنت را با قطر نازل بزرگتر از 0.5 میلی متر و با ضخامت لایه 0.1-0.2 میلی متر چاپ کنید.
- BLACK MAGIC 3D CONDUCTIVE GRAPHENE PLA
- قیمت / کیلوگرم: 1000 دلار
- اندازه: 1.75 میلی متر
- رنگ سیاه
- مقاومت: 0.6 Ω⋅cm
- مقاومت در هر محور: مشخص نشده است
- دمای نازل: 195-200 درجه سانتی گراد
- دمای بستر: 50-55 درجه سانتی گراد
4- فیلامنت رسانا شرکت us.sunlu.com:
Sunlu یک شرکت مشهور تامین کننده چاپ سه بعدی است که فیلامنت، چاپگرهای سه بعدی و لوازم جانبی تولید می کند. پایه رشته رسانای آنها ABS است، به این معنی که نسبت به PLA معمولی باید قوی تر و مقاوم تر در برابر حرارت باشد (البته دردسرهای چاپ ABS هم کنارش اضافه میشود!). این فیلامنت دارای تحمل +/- 0.02 میلی متر است و فقط در رنگ مشکی عرضه می شود.
Sunlu بیان می کند که این فیلامنت در هنگام چاپ 100٪ بدون حباب است و اشاره می کنند که این فیلامنت می تواند بعنوان یک هادی “جایگزین فلز” شود! با این حال، هیچ اطلاعاتی در مورد مقاومت ارائه نمی دهند. اگرچه تنها چند بررسی مکتوب وجود دارد، این رشته دارای رتبه پنج ستاره در فروشگاه آنلاین AliExpress است.
- SUNLU: CONDUCTIVE ABS Filament
- قیمت / کیلوگرم: 35 دلار
- اندازه: 1.75 میلی متر
- رنگ سیاه
- مقاومت: مشخص نشده
- مقاومت در هر محور: مشخص نشده
- دمای نازل: 220-240 درجه سانتی گراد
- دمای بستر: 20-120 درجه سانتی گراد
5- فیلامنت رسانای جریان شرکت Amolen:
آمولن در ساخت رشته فیلامنتهای منحصر بفرد مانند فیلامنت درخشان در تاریکی، تغییر رنگ و براق تخصص دارد. این شرکت بعنوان بخشی از مجموعه خود، یک PLA رسانا عالی و مقرون به صرفه را ارائه می دهد. دارای حداکثر ولتاژ ایمن تقریباً 35 ولت است که با آزمایش های متعدد تأیید شده است.
Amolen بیان میکند که PLA رسانای آنها دارای تحمل ثابت فقط +/- 0.03 میلی‌متر است و مواد اولیه آن سازگار با محیط زیست بوده و از ایالات متحده تهیه میشود. آنها می گویند این فیلامنت با کیفیت است و پیچ و تاب نمیخورد، حباب نمی دهد یا در نازل گیر نمی کند.
البته تعدادی از کامنت دهندگان در فروشگاه آمازون، خاطرنشان کردند که فیلامنت به اندازه ای که تبلیغ می شود رسانا نیست، بهتر است هنگام خرید برند Amolen، این مورد را در نظر داشته باشید.
AMOLEN Filament: Conductive Black PLA
قیمت / کیلوگرم: 46 دلار
- اندازه: 1.75 میلی متر
- رنگ سیاه
- مقاومت: 1.42 Ω⋅cm
- مقاومت در هر محور: مشخص نشده
- دمای نازل: 220-250 درجه سانتی گراد
- دمای بستر: 0-50 درجه سانتی گراد
6- فیلامنت هادی الکتریسیته شرکت 3DK.Berlin:
3dk.berlin یک فروشگاه آنلاین پرینت سه بعدی است که فیلامنت، چاپگر، اکسترودر و صفحه های ساختمانی را می فروشد. یکی از کالاهای آنها یک PLA رسانا است که به 3dkonductive معروف است. به گفته سازنده، 3dkonductive دارای خاصیت محافظ الکترومغناطیسی و ضد الکتریسیته ساکن است.
این رول فیلامنت سیاه رنگ دارای مقاومت 24 Ω⋅cm در امتداد محور X و Y و 53 Ω⋅cm در امتداد محور Z است. 3dk.berlin همچنین بیان می کند که می توان آنرا با سرعت چاپ 90 میلی متر بر ثانیه چاپ کرد که بسیار چشمگیر است.
3dkonductive electroconductive PLA: 3dk.berlin
- قیمت / کیلوگرم: 113 دلار
- اندازه: 1.75 میلی متر، 2.85 میلی متر
- رنگ سیاه
- مقاومت: 24 Ω⋅cm
- مقاومت در هر محور: 24 Ω⋅cm (محور X و Y) و 53 Ω⋅cm (محور Z)
- دمای نازل: 200-230 درجه سانتی گراد
- دمای بستر: تا 70 درجه سانتی گراد
7- Conductive Filament JayCar:
Jaycar Electronics یک پلتفرم استرالیایی است که عمدتاً قطعات الکترونیکی DIY و از جمله لوازم چاپ سه بعدی را نیز می فروشد. آنها یک PLA رسانا ارائه می دهند، اما اطلاعات زیادی در مورد اینکه چه کسی فیلامنت را تولید کرده یا دقیقا چه مارک است و چه ترکیب شیمیایی دارد، ارائه نشده است. با این حال، می دانیم که این فیلامنت از گرافن تزریق شده، بی بو و زیست تخریب پذیر ایجاد شده است.
این رول فیلامنت هادی الکتریسیته دارای مقاومت انبوه “0.6 Ω/cm³” است، که تا حدودی گمراه کننده است، زیرا خیلی شبیه یک قطعه مقاومت الکتریسیته نیست. تا جایی که ما می توانیم بگوییم، منظور آنها این است که بگویند یک سانتی متر مکعب از ماده آنها دارای مقاومت 0.6 Ω است یعنی با انجام محاسبات، مقاومتی برابر با 6 Ω⋅cm ایجاد می شود.
Conductive PLA Filament: jaycar
- قیمت / کیلوگرم: 60 دلار
- اندازه: 1.75 میلی متر
- رنگ سیاه
- مقاومت: 6 Ω⋅cm (با استفاده از فرض بالا)
- مقاومت در هر محور: مشخص نشده است
- دمای نازل: مشخص نشده است
- دمای تخت: مشخص نشده است
نتیجه گیری فیلامنت رسانای جریان الکتریسیته یا Conductive:
- مزیت اصلی در چاپ مستقیم بردهای مداری ساده الکترونیکی است.
- ایده‌آل برای چاپ اقلام LED، Sensor، مدار و پروژه‌های برد آردینو ولتاژ پایین
- دوام متوسط تا خوب (بسته به ترکیب شیمیایی برند سازنده)
- انعطاف‌پذیری کم. با خمش زیاد ممکن است ترک‌خوردگی و اختلال رسانایی ایجاد شود.
- میانگین دمایی بین ۲۱۵ تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد است.
- انقباض (shrinkage) جزیی هنگام پرینت
- راحتی شرایط چاپ در حد متوسط تا سخت است (بسته به نوع PLA یا ABS) و بخاطر وجود کامپوزیت رسانای کربنی در ترموپلاستیک، بهتر است اکسترودر استاندارد و سرنازل مقاوم در پرینتر نصب باشد.
- محصولی تازه عرضه شده: نسبت به دیگر انواع فیلامنتها کمیاب تر است (حتی در کشورهای پیشرفته)؛ در ایران بسیار بعید است بتوانید چنین متریال جالبی را پیدا کنید.
- قیمت گرانتر نسبت به دیگر انواع فیلامنت
امیدواریم این مطلب برای شما مفید واقع شود. خوشحال میشویم نظرات یا اطلاعات تکمیلی درباره فیلامنت رسانای الکتریسیته را بنام خودتان در بخش کامنتیگ پایین این صفحه مطرح کنید.
