מאז הצגתה של מדפסת התלת ממד הראשונה בשנות ה-70 המאוחרות, חלה התפתחות מדהימה בתחום, בעיקר בכל הנוגע לטכנולוגיית ההדפסה במדפסות שולחניות שהפכה אותה לזמינה ונגישה לציבור הרחב. התפתחות הטכנולוגיה באה לידי ביטוי במספר מישורים, כמו פשטות מנגנון ההדפסה, מזעור הרכיבים לכדי מדפסות ביתיות והוזלת המערכת השלמה, אך לאחרונה , יותר מכל ניכרת ההתפתחות הטכנולוגית בשני מישורים מרכזיים: רמת הדיוק/רזולוציית הדפסה ובחומרים.
חומרי הגלם הם המניעים את השינויים. כשמדובר בתחום התלת ממד גם כשמגיע מה שנראה כדבר הבא, נראה כי “השמיים” הם לא הגבול. ייצור החומרים וחדשנותם ממשיכים בהתקדמות מואצת ועימם מגיעים שכלולים וחידושים אשר מעידים על עתידו של הענף.
בשנים האחרונות ובעיקר בשנה האחרונה, פיתוח וייצור מגוון רחב של חומרים מתקדמים אפשרו הרחבת שימוש בהדפסת תלת ממד ליישומים חדשים, לתעשיות שונות והכול בהתאם לתכונות הנדרשות מהמודל, כדוגמת קשיחות, גמישות, הולכת חשמל, שקיפות, רמת איטום, צפיפות חומר ועוד.
כיום, החומרים הקיימים לא משמשים רק להדפסת אבי-טיפוס או הדגמות אלא לשימושים פונקציונאליים סופיים, כלומר, ניתן להדפיס רכיב או חלק מסוים וישר להכניסו לתוך רובוט, או מכונה במפעל והוא יעמוד בלחצים והאילוצים המכניים בהתאם לנדרש.
חומרי הגלם הנפוצים ביותר להדפסה תלת ממד הם ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ו-PLA (Poly-lactic acid) , חומרים אלה מגיעים בצורת סלילים של חוטי פלסטיק בשלל צבעים. כמו כן, קיימים חומרים נוספים המכילים תוספים כמו עץ – woodfill, ברונזה – Bronzefill , פליז – Brassfill, נחושת- Copperfill ובמבוק – Bamboofill.
עוד חומר נפוץ הוא ה- PC / פוליקרבונט, זהו חומר גלם חזק במיוחד המבטיח עמידות גבוהה בפני פגיעה ומכות, עם רמת הדיוק מאוד גבוהה, בעל יציבות מבנית לאחר הדפסה ועמידות לחום/ אש (Flame retardant). התכונות הנ”ל מאפשרות שימוש של הPC בהדפסת מודלים פונקציונליים בתחומי רכב, רפואה, תעופה, חלל ועוד.
חורמים- מיניפקטורי
Ultra – הדור הבא של החומרים
פיתוח חומרים חדשים להדפסת תלת ממדית הוא דבר שקורה באופן שוטף. לדוגמה, מנתונים של חברת Senvol עולה כי בשנת 2020 נוצרו כ- 2,245 חומרי AM שונים, לעומת כ -1,700 חומרים בשנה שעברה, מדובר בעלייה של כ- 30 אחוזים בערך.
כל חברות ייצור החומרים הגדולות בעולם כמו BASF, Kimya, ,DSM Henkel ועוד רבות ייצרו השנה חומרים מתקדמים ומקצועיים לשימושים שונים הפותחים דלת לייצור חלקים הנדסיים פונקציונליים לתעשיות קיימות ואף תעשיות חדשות.
בניגוד לחומרים הקונבנציונאליים החומרים החדשים והמתקדמים חזקים במיוחד ויש להם תכונות הנדסיות המאפשרות יצירת חלקים הנדסיים מקצועיים.
– ULTEM הוא חומר תרמו פלסטי בעל ביצועים ייחודיים, מתאים במיוחד לשימוש בתעשיית התעבורה בזכות היחס הגבוה של חוזק למשקל ודירוג FST (בעירה, עשן ורעילות). בשילוב עם מדפסת התלת ממד miniFactory Ultra, ULTEM® AM9085F מאפשר למהנדסי תכנון וייצור לייצר חלקים שמתאימים במיוחד לאבי טיפוס פונקציונליים ו/או ליצירת חלקים לשימושי קצה פונקציונליים.
PEKK CARBON– Polyetherketoneketone הוא פולימר תרמופלסטי מחוזק בסיבי פחמן. שילוב זה מעניק לו רמה גבוהה של קשיחות ועמידות בשחיקה וחום עד 240 מעלות. ניתן להשתמש בחומר זה יחד עם רכיבים החשופים לחומצות ופחמימנים, כמו דלק וחומרי סיכה, וגם לייצר רכיבים הנמצאים במנועים.
ESD PEKK– פילמנט טרמופלסטי המיועד להדפסה של חלקים עם דרישה לעמידות ESD, כנגד התפרקות מטענים בגלל פגיעת חשמל סטטי, בעל התנגדות חשמלית משטחית בין 4 10 ל-9 10 אוהם (מידת התנגדות) בנוסף עמיד לטמפ’ של 150 מעלות ולמגוון רחב של כימיקליים.
PVDF– חומר בעל חוזק גבוה במיוחד, ועמיד בפני ממיסים וחומצות. ל PVDF- יש נקודת התכה נמוכה יותר בהשוואה לתרמופלסטים אחרים כמו PTFE ובגלל הגבישיות הגבוהה שלו PVDF אינו מאפשר דיפוזית חלקיקים זרים בהשוואה לפלוארו-פולימרים אחרים. חלקים עשויים PVDF הם בעלי עמידות גבוהה יותר בפני חומצות אורגניות ומינרלים, אלכוהולים וממיסים הלוגניים, פחמימנים אליפטיים וארומטיים. משתמשים ב- PVDF לעיתים קרובות בייצור אטמים, חיישנים ותבניות–
PA CARBON– הינו ניילון משולב סיבי קרבון, בעל תכונות מכניות מצוינות, עמיד לחום עד 150 מעלות ויציב סביבתית. מודלים תלת ממדיים אשר יודפסו בחומר זה יהיו מדויקים, חזקים ועמידים לאורך זמן. PA Carbon נמצא בשימוש נרחב בתעשיית הרכב, התעופה, רפואה ועוד רבים
חומרי תמיכה להדפסת תלת ממד
בעוד שהחומרים עליהם דברנו משמשים לבניית המודל, חומרי התמיכה הם פילמנטים המשמשים לתמיכות מבנה המודל. עולם חומרי התמיכה התרחב ומציע חומרים בעלי תכונות שונות ולכן בחירת החומר המתאים לדגם חשובה להצלחת ההדפסה. על מנת להדפיס מודל עם תמיכות יש צורך במדפסת בעלת שני ראשי הדפסה.
קיימים שני סוגי חומרים המשמשים לבניית תמיכות, שבירים (Breakable) ומסיסים. כשהאחרון הינו נוח יותר כי חוסך פעולת הpost process, עבודה הנדרשת לאחר גמר תהליך הדפסה.
– HIPS חומר לתמיכות ותיק מגיע לרוב בצבע לבן, בעל נטייה להתכווץ. החומר לא נצמד טוב למשטח שאינו מחומם, המסתו נעשית באמצעות חומר כימי הנקרא לימונן – hydrocarbon Limonene, בדומה לשמו הוא מפיץ ריח חריף מאוד של לימונים, הוא ידידותי לסביבה ומתכלה וגם מותאם ביולוגית biocompatible
PVA (Polyvinyl alcohol) – מתמוסס במים וקל לשימוש ליצירת תמיכות. ה- PVA מותאם בעיקר למדפסות בטכנולוגיית FFF ומצריך עבודה עם משטח מחומם. 2 נקודות לתשומת לב בעת שימוש בחומר זה: 1) הידרופיליות– סופח לחות מאוויר החדר (משמעותי יותר בקיץ ישראלי) 2) לא נדבק ביעילות למרבית החומרים המתוכננים לייצור חלקים.
Ultrafuse -BVOH– פילמנט יחסית חדש מיוצר ע”י חברת BASF להדפסת תמיכות הנמס במים, מקביל ל-PVA אך יותר מהיר בהמסה ונוח להדפסה ברגישות נמוכה (יחסית) לסביבת לחות ובעל תכונות הדבקה משופרות.
Ultimaker Breakaway– מאפשר לתמוך בהדפסת פריטים וחלקים עשויים מחומרים שאינם תואמים ל- PVA. זהו חומר תמיכה אידיאלי עבור CPE או ABS. כמו כן, חומר זה הוא קל יותר להסרה וחסכוני יותר מכל חומר תמיכה אחר, קל לאחסון – ונשאר שמיש לאורך זמן רב.
Aquasys 180-120- חומר תמיכה חדש, מתמוסס במים ומתאים למגוון רחב של פילמנטים תרמופלסטים הנדסיים וחומרי Ultra בעלי טמפרטורות התכה גבוהות במיוחד. החומר מתמוסס במהירות גבוהה מ-PVA במים פושרים וביתר יעילות במים חמים ויציב לטמפרטורת של עד 180 מעלות צלזיוס
לסיכום, ניתן להגיד כי הדפסת תלת ממד הגיעה לבשלות. ההתקדמות בחומרה, בתוכנה, ביישומים ובחומרים בעיקר מצביעים על כך שהדפסת תלת ממד תהפוך בסופו של דבר לטכנולוגיית ייצור בולטת ומובילה. מטבע הדברים, המודעות הגוברת להדפסת תלת ממד ויתרונותיה יסייעו לצמיחה בשיעור האימוץ של הדפסת תלת ממד כאשר חלק מהענפים יעברו כמעט לחלוטין לייצור באופן זה.
אנדרס אידסס, חברת מפעיל
