נושא הבלוג

קצת קשה לדחוס יותר מ- 20 שנות נסיון עם תיב"ם מכני תלת ממדי יחד עם עוד כמה שנות נסיון בהדפסה תלת ממדית לתוך בלוג אחד. אבל, זה כייף לנסות.
הבלוג מיועד למקצוענים ולחובבים ב 3D CAD וב 3D Printing למי שרוצה ללמוד ולהבין יותר על הטכנולוגיה ועל החידושים בתחום. אשמח לתגובות ולשיתוף.

יום שבת, 4 בינואר 2014

שיטות ההדפסה השונות וכמה ראשי תיבות

בסרטים בלבד, אני מעדיף את גרסת הדו ממד. חוץ ממספר אפקטים, החוויה התלת ממדית יוצאת לי מסורבלת והמשקפיים הם אביזר מעצבן. אבל, בכל האספקטים של הנדסה, תמיד חיפשתי את התלת ממד.  כשסיימתי לימודי הנדסה, אוטוקאד דו ממדי היה השם הנפוץ בשוק (גרסת 12 על דוס).  החלטתי ללמוד לבד. רכשתי ספר הדרכה ואחרי שלושה עמודים ושיעמום טוטלי, דילגתי לפרק האחרון וניסיתי לתכנן בתלת ממד שזה בערך כמו ללמוד לסרוג, אבל עם צמר פלדה. לא ממש מומלץ.  למזלי, ההתנסות הבאה שלי עם תיב"ם כבר הייתה על הגרסה הראשונה של SolidWorks, התוכנה הראשונה שנבנתה מראש בעיקר לתלת ממד.
לפני כשבע שנים, בפרק בו תכננתי חלקי אופניים , גיליתי שחלקים שנראים נפלא בתלת ממד על המחשב הם עדין דו ממד בהשוואה למציאות שהופיע עם אותם חלקים מודפסים בתלת ממד בגודל מלא ומחומר קשיח. הדפסת החלקים בגבס במדפסת של Z-corp ובפוטו-פולימר אצל אובג'ט לימדה אותי מונחים חדשים ומספר ראשי תיבות המתייחסים לסוגי קבצים ושיטות הדפסה. 
ברשימה הבאה אסביר בקצרה על שיטות ההדפסה הנפוצות בשוק ומה עומד מאחורי קיצורי השמות .

הראשון והנפוץ מכולם הוא צרוף של שלוש אותיות המופיע בסוף שם קובץ ומתייחס לפורמט של קובץ מחשב. חשוב להכיר את ה STL מכיוון שזה הפורמט הסטנדרטי שמכירות כל המדפסות משנת 1986
STL - לכל מדפסת תלת ממד יש תוכנה ייעודית שנותנת הוראות למדפסת כיצד להדפיס. הקובץ התלת ממדי אותו מקבלת התוכנה מגיע בפורמט סטנדרטי המכונה STL. הפורמט פותח ע"י יצרן המדפסות הגדול בעולם , 3D Systems והוא מכונה על שם שיטת ההדפסה הראשונה -  stereolithography . הקובץ הוא תיאור תלת ממדי של המודל בעזרת פוליגונים (משולשים) תלת ממדיים. גודל הקובץ ואיכות ההדפסה נקבעים על פי צפיפות הפוליגונים. יותר צפוף - יותר טוב. הפורמט STL הוא מיושן. הקבצים מנופחים, קשה לבצע בהם שינויים והמידע שהם שומרים הוא חלקי. אבל, נכון לעכשיו זה הפורמט הסטנדרטי היחידי שכל תוכנת תלת ממד יודעת להוציא וכל מדפסת לקרוא.

SLA -   סטראוליטוגראפי (stereolithography) שיטת ההדפסה המסחרית והוותיקה ביותר. נמצאת בשימוש כבר 25  שנים. הבסיס לשיטה זו הוא נוזל מסוג פוטופולימר ההופך למוצק בחשיפה לאור. ב SLA משתמשים בקרן לייזר או במקרן DLP כדי למצק את הנוזל שיכבה אחר שיכבה. מתקבל מודל מאוד מדויק ובעל פרטים ברורים. כאשר התוצאה יכולה להיות גם שקופה. אבל,  התכונות המכניות של  המודל  אינן טובות. הוא קשה, שביר ומושפע לאורך זמן מתנאי הסביבה כגון לחות, חום או אור. 
כמה מהפטנטים המקורים של שיטה זו יפוגו בחודשים הקרובים ולכן יש סיכוי שנראה יצרנים חדשים מנסים כוחם עם מדפסות SLA

FDM - התכה ומיזוג לצורך מידול (fused deposition modelling) , זאת שיטת ההדפסה הנפוצה ביותר. Stratasys הציגה אותה לעולם עוד ב 1991 וב 2005 הוקם על בסיס אותו הרעיון פרויקט ה  Reprap  לבניית מדפסת ביתית בקוד פתוח. בשיטת ה FDM  חוט פלסטיק מועבר דרך ראש הזרקה מחומם שמוציא חוט דקיק ומצייר איתו בצירים X וY (דמינו אקדח דבק חם) כאשר גובה הבסיס, ציר Y , משתנה לאחר כל ציור של שיכבה. יתרונות השיטה הן בפשטות, במגוון סוגי החומרים שניתן להדפיס איתם, בהחלפה הקלה של חומרי הגלם ובעלותם הנמוכה. החסרונות - בגלל הדבקת השכבות החלקים חלשים מאוד בציר Z . פרטים לא מתקבלים ברור. ההדפסה איטית מאוד כאשר מדפיסים מספר חלקים עם תמיכה ולא ניתן לסדר חלקים אחד מעל השני כדי למקסם את שטח ההדפסה. 

  בארן מו"פ בקיסריה   SLS
SLS - סינטור בעזרת לייזר סלקטיבי (   ( Selective laser sintering בשימוש מ 1992. כמו ב SLA גם בשיטה זו יש קרן לייזר שמציירת שכבה חדשה כל פעם. רק שב SLS חומר הגלם הוא אבקת פלסטיק ולא נוזל. התהליך מתבצע בתא סגור ומחומם והתוצאה היא חלקים בעלי תכונות מכניות מצוינות כמו של חלקים המתקבלים בהזרקת פלסטיק לתבנית. החוזק מתקבל דומה בכל הצירים והחלקים עמידים וניתנים לעיבוד משלים. ניתן להשתמש בתערובות אבקה שונות כגון ניילון 12 עם כדורי זכוכית או בתוספת אלומיניום, קרבון וכו'. בשיטה זו ניתן לקבל חלקים מוכנים לשימוש מידי והיא משמשת כשיטת ייצור מקובלת במקומות רבים.
חסרונות - חומר הגלם יקר, פני השטח טיפה גסים, לא ניתן לקבל חלקים שקופים. 

SLM
SLM - התכה בעזרת לייזר סלקטיבי ( Selective laser melting) כמו ב SLS אבל חומר הגלם הוא אבקת מתכת אשר קרן לייזר מתיכה אותה לשכבה דקה כל פעם. התהליך מתבצע בתא קר סגור ומרוקן מחמצן ע"י הזרמה של גז אינרטי . התוצר הוא אחד מהמרשימים שניתן לקבל בהדפסה תלת ממדית. מתקבלים חלקי מתכת, בדרך כלל טיטניום או אלומיניום חזקים ומוכנים לשימוש. השימוש במדפסות כאלו נפוץ מאוד בתחום רפואת השיניים ליצירת בסיס לכתרים מטיטניום.

EBM - התכה בעזרת אלומת אלקטרונים ( Electron beam melting) . הדפסת מודלים ממתכת כמו ב SLM אבל באמצעות אלומת אלקטרונים במקום הלייזר

שיטות נוספות: 
שימוש באור UV כדי למצק נוזל מסוג פוטו-פולימר. חברת אובג'ט הישראלית (היום חלק מ Stratasys) משתמשת בראשי הדפסה, כמו במדפסת הזרקת דיו\ כדי להזריק נוזל ומיד להאיר ולמצק אותו. בשיטה ייחודית זו ניתן להדפיס ממספר חומרים בעלי תכונות שונות בו זמנית. לאובג'ט קרוב ל 70 חומרים שונים בעלי תכונות, צבעים ושקיפות שונים. 
סולידו - המדפסת השולחנית הראשונה
הדפסה עם גבס - חברת Z-corp (כיום חלק מ 3D System) פיתחה את סדרת מדפסות ה Z המשתמשות באבקת גבס אותה הם ממצקים בעזרת מריחת שכבת אפוקסי דקה.  התוצאה מתאימה למודלים גדולים כמו מבנים אדריכליים. Z-Corp הייתה גם הראשונה לשלב ראשי צבע במדפסת ולהדפיס מודלים בצבעים מלאים.
שיטת הדפס נוספת היא ע"י  הדבקת שכבות דקות של נייר או פלסטיק גזור. MCOR יודעת לעשות זאת עם גיליונות של דפי A4 רגילים ואפילו להוסיף צבע. Solido הישראלית ידעה לעשות זאת מגליל של פלסטיק דק וצהבהב.

מודל גבס צבעוני










גל רז