טכנולוגיות
קיימות מספר טכנולוגיות להדפסת תלת מימד כאשר מכל אחת מהן ניתן להפיק תוצר שונה, על כן חשוב להכיר את האפשרויות השונות ולבחור את הטכנולוגיה אשר תתאים לצרכים. לאחר שנבחרה טכנולוגיה מסוימת יש להתאים את עיצוב החלק המודפס בצורה מיטבית על מנת שההדפסה תהיה אופטימלית. קיימות טכנולוגיות הדפסה רבות אך נסקור שלוש עיקריות בהן אנו מתשתמשים בסטודיו.
FDM
Fuse Deposition Modeling
זוהי טכנולוגיית ההדפסה הנפוצה ביותר בהדפסה בייתית, אך קיימות מדפסות תעשייתיות איכותיות ומדויקות יותר המשמשות גם לצרכים הנדסיים. חומר הגלם בסוג הדפסה זה מגיע כ"חוט" במגוון צבעים המלופף על גליל, כאשר חומרי הגלם הם מגוונים. הדפסה זו בעצם יוצרת אובייקט תלת מימדי שכבה אחר שכבה כך שבסוף התהליך ניתן לראות את השכבות, ולכן לרוב המודל המודפס לא מומלץ לשימוש כמוצר הסופי. עם זאת חשוב לזכור כי לשיטת ההדפסה הזאת מספר יתרונות ולכן בשלב הראשוני של תכנון המוצר מומלץ מאד להשתמש בה, שכן היא מהירה, זולה יחסית ונותנת תוצאות מדויקות אשר מאפשרות להתקדם במהירות בתהליך הפיתוח.
SLS
Selective Laser Sintering
טכנולוגיית ההדפסה המשמשת בעיקר לצרכים תעשייתים, ומאפשרת לקבל מוצרים בעלי רמת גימור גבוהה ביותר בעלי תכונות חוזק הנדסי טובות מאד. הדפסה בטכנולוגיה זאת היא יקרה יותר שכן חומרי הגלם מסובכים יותר להכנה מה שמייקר אותם, וכן המדפסות עצמן יקרות יותר. חומר הגלם בהדפסות אלו הוא פוליאמיד (ניילון) 12 בצורת אבקה המונחת בתוך מיכל במדפסת, אשר על ידי מגב מישמת שכבה דקה מאד של אבקה המתקשה על ידי לייזר המשרטט את הדוגמה הרצויה. בתהליך זה אין צורך בתמיכות לחלקים "מרחפים" במודל שכן האבקה משמשת כתומך, דבר זה מאפשר הדפסה של גיאומטריות מסובכות ביותר, וקבלת תוצאות שלא ניתן לקבל בטכנולוגיות יצור אחרות. לאחר ההדפסה יש לבצע תהליך משלים של קירור איטי לחלקים וניקוי יסודי לשאריות אבקה.
SLA
Stereolithography Apparatus
טכנולוגיית הדפסה זאת היא הותיקה ביותר, וכמובן שעם השנים שופרה ומשמשת כיום למגוון רחב מאד של ישומים. בטכנוגליה זאת חומר הגלם הוא נוזל אשר מונח במעין בריכה לה תחתית שקופה, ומתחת לנוזל זה קיים מתקן לייזר אשר משרטט שכבה אחר שכבה את המודל הרצוי על מיטת ההדפסה אשר באיטיות יוצאת מן הבריכה המכילה את הנוזל. טכנולוגיות חדשות המתבססות על שיטה זאת כוללות מסך אשר מאיר בבת אחת את צורת השכבה הרצויה וכך מאיץ את התהליך. תוצאות ההדפסה חלקות למראה ומדויקות ביותר. ניתן להדפיס בטכנולוגיה זאת חומרים רבים, בינהם גם כאלה בעלי עמידות הנדסית, חומרים גמישים וכן חומרים מיוחדים המשמשים ליציקות תכשיטים. לאחר תהליך ההדפסה יש לבצע תהליך שטיפה וייבוש מיוחד.
חומרים
חומרים להדפסה בתלת מימד
מדפסות תלת המימד בהן אנחנו משתמשים יוצרות אובייקטים מסוגים שונים של פלסטיק, לכל חומר פלסטי תכונות המיחדות אותו, ועל פי אופן השימוש הצפוי במוצר הסופי נבחר את הפלסטיק איתו נבחר לעבוד.
אנו בסטודיו עובדים עם מספר חומרים עיקריים ונסביר עליהם ועל היתרונות והאתגרים שבשימוש בכל אחד מהם.
PLA
Polylactic acid
זהו החומר הנפוץ ביותר בהדפסות תלת המימד בחוט (FDM), החומר הינו טבעי ( לא מבוסס על נפט ) ונוצר על ידי מיצוי חומצה לקטית מתירס או מקנה סוכר.
החומר מאד נוח לעבודה ונותן תוצרים חלקים ויפים למראה כאשר השימוש במדפסת הוא אופטימלי. החסרונות העיקריים של חומר זה הם עמידות נמוכה יחסית בעומסים מכניים, ועמידות מוגבלת לטמפרטורה (עד ל 60 מעלות צלזיוס) כאשר מעל לטמפרטורה זו המודל יתעוות.
PETG
Polyethylene terephthalate glycol
רוב בקבוקי המשקה בהם אנחנו משתמשים עשויים מחומר ממשפחה זאת, זהו חומר בעל תכונות מכאניות טובות ובעל עמידות לטמפרטורה גבוהה יותר ( מעל ל 70 מעלות צלזיוס) וכן עמידות כימית, כך שאם השימוש במוצר הסופי צפוי להיות עם עומסים מכאניים או במקומות חמים או בסביבה נוזלית קיימת עדיפות להשתמש בחומר זה. חומר זה גם הוא מודפס בקלות אך דורש דיוק רב יותר בתנאי ההדפסה, וגימור פני השטח הסופי עלול להכיל מעט "שערות" אם התנאים אינם אופטימליים.
ABS
Acrylonitrile Butadiene Styrene
ABS הוא אחד מהחומרים הנפוצים ביותר להדפסת תלת-ממד, הודות לשילוב של קשיחות, עמידות בחום ויכולת עיבוד נוחה לאחר ההדפסה. החומר מצוין ליישומים פונקציונליים הדורשים חוזק מכני ועמידות גבוהה יותר בהשוואה ל-PLA. עם זאת, הדפסתו דורשת משטח מחומם וסביבה מבוקרת כדי למנוע כיווץ ועיוותים. ABS נפוץ בתעשיות הרכב, האלקטרוניקה והאב-טיפוס ההנדסי.
ASA
Acrylonitrile Styrene Acrylate
ASA הוא חומר הדפסה מתקדם הדומה ל-ABS, אך בעל עמידות גבוהה יותר לקרינת UV ולפגעי מזג האוויר. תכונה זו הופכת אותו לאידיאלי עבור יישומים חיצוניים כמו רכיבי רכב, שלטי חוץ וציוד הנדסי החשוף לשמש. בנוסף, ASA מציע קשיחות גבוהה, עמידות בפני שחיקה והתנגדות טובה לכימיקל ים, תוך שמירה על איכות הדפסה גבוהה עם כיווץ מופחת יחסית ל-ABS.
PC
Polycarbonate
פוליקרבונט הוא חומר קשיח, עמיד לחום (עד 110-150 מעלות צלזיוס) ובעל התנגדות גבוהה לפגיעות, מה שהופך אותו לאידיאלי לחלקים הנדסיים, מארזים חזקים ויישומים תעשייתיים.
TPU
Thermoplastic Polyurethane
החומר להדפסת תלת-ממד פוליאוריתן תרמופלסטי (TPU), משלב את היתרונות של פלסטיק קשיח וגומי. בזכות הגמישות הגבוהה שלו, הוא מאפשר ליצור חלקים עמידים בפני כיפוף, מתיחה וזעזועים, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור רכיבים פונקציונליים כמו מחברים, אטמים, מגני זעזועים וסוליות נעליים. בנוסף, החומר מצטיין בעמידות לשחיקה, כימיקלים ושמנים, ולכן נפוץ בשימושים תעשייתיים וצרכניים. הדפסתו דורשת הגדרות מתאימות, כגון קצב הזנה נמוך וטמפרטורה מבוקרת, אך התוצאה היא מוצרים גמישים וחזקים המותאמים למגוון יישומים.
PolyAmide12
Nylon
הניילון הוא החומר בעל התכונות המכאניות הטובות ביותר איתו אנו מדפיסים, החומר מסובך יותר להדפסה ודורש עבודה בטמפרטורות גבוהות יותר, וקירור איטי, אחרת החלק יכול להתעוות. החומר עצמו לפני תהליך ההדפסה סופח לחות ולכן עליו להישמר בסביבה יבשה ( עדיפות לואקום בנוסף לחומר סופח לחות ) דבר המקשה על התהליך, על אף כל הקשיים זהו חומר מומלץ ביותר, כאשר החלקים המודפסים מניילון הם הנדסיים ויכולים לשמש לשימושים אשר מצריכים עמידות גבוהה לעומסים מסוגים שונים. אנו מדפיסים בניילון 12 גם בהדפסות FDM וגם ב SLS.
Others
PVA, חומרים בפיתוח ועוד
מעבר לחומרים הקלאסיים, קיימים חומרים מתקדמים להדפסת תלת-ממד, שלכל אחד מהם תכונות ייחודיות. לדוגמא PVA (Polyvinyl Alcohol) הוא חומר מתכלה ומתמוסס במים, המשמש בעיקר כתמיכה בחומרים כמו PLA, ומאפשר הדפסות מורכבות ללא צורך בהסרת תמיכות ידנית. בנוסף, אנו עובדים גם עם חומרים ניסיוניים הנמצאים בפיתוח, הנבדקים ליישומים ספציפיים בתעשייה. חומרים אלו כוללים פולימרים חדשניים, תערובות משופרות עם סיבי פחמן או זכוכית, וחומרים בעלי תכונות מיוחדות כמו הולכת חשמל או עמידות קיצונית לטמפרטורה. ניסויים אלו מאפשרים לנו לבחון את גבולות ההדפסה ולפתח פתרונות מותאמים אישית ללקוחות.
תכונות מכאניות
איך מעריכים את חוזק החומר
אם תשאלו מהנדס פלסטיקה האם חומר מסוים הוא חזק, התשובה המדויקת תהיה: "תלוי על איזה חוזק אתם שואלים". לכל חומר יש מגוון תכונות מכאניות, ולכל חלק מודפס תכונות חוזק ייחודיות הנובעות הן מהחומר והן מהגיאומטריה שלו. כדי לנטרל את השפעת הגיאומטריה, פותחו תקנים אשר מגדירים צורות בדיקה אחידות. כך ניתן להעריך את חוזקו של חומר מסוים באמצעות סדרת מבחנים מוגדרים מראש, כאשר כל מבחן מספק מידע על סוג שונה של חוזק – מתיחה, כפיפה, שחיקה, ועוד. בדיקות אלו מאפשרות למהנדסים וליצרנים להבין טוב יותר את ביצועי החומר ולבחור בו בהתאם לדרישות היישום.
Tensile
מתיחה
מטרתו העיקרית של מבחן המתיחה היא לקבוע את מודול האלסטיות של החומר, מאמץ הכניעה ואת מעוות ההתארכות המקסימלי. תוצאות הבדיקה מספקות מידע חיוני על התנהגות החומר כאשר הוא נתון לכוחות מתיחה לאורך זמן. המידע המתקבל משמש להערכת יכולתו של החומר לשמור על שלמות מבנית בתנאי עומס מתמשך, והוא קריטי לתכנון חלקים שבהם כוחות מתיחה הם גורם משמעותי, כמו קורות, מחברים ורכיבים הנדסיים רגישים למאמץ.
Impact
עומס הלם
מטרתו העיקרית של המבחן היא למדוד את האנרגיה הנספגת על ידי הדגם כאשר הוא חווה עומס הלם – מכה מהירה וחד-פעמית. תוצאות הבדיקה מספקות מידע חיוני על יכולתו של החומר להתמודד עם זעזועים פתאומיים ושבירה בתנאי עומס דינמי. מבחן זה חשוב במיוחד עבור חומרים המשמשים ביישומים שבהם קיימת סכנת חבטות, נפילות או עומסים משתנים, כמו רכיבי מיגון, חלקי רכב ומוצרים מבניים הרגישים למכות חזקות.
Flexural
כפיפה
מטרתו העיקרית של מבחן הכפיפה היא לחשב את המאמצים המופעלים על דגם כאשר מופעל עליו כוח במהירות קבועה במרכזו. תוצאות הבדיקה מספקות מידע חיוני על יכולתו של החומר לעמוד בעומסי כיפוף, תוך שמירה על שלמותו המבנית. בדיקה זו רלוונטית במיוחד לחומרים הנמצאים בשימוש ברכיבים מבניים, לוחות וחלקים דקים, בהם חוזק לכיפוף מהווה גורם משמעותי בתכנון ובהנדסה.