מגוון חומרי הדפסה הנדסיים, אינסוף פתרונות להדפסת מוצרים – כל מה שמהנדסים צריכים לדעת

יצרנית המדפסות Formlabs מפתחת ומייצרת מגוון חומרי הדפסה נרחב מאוד, שהותאמו במיוחד להדפסה במדפסות Form 2 ,Form 3, Form 3L ומיועדים לשימושים מקצועיים.

מבחינת חלוקה לקטגוריות:

• חומרים לשימוש כללי (מודלים וויזואלים ואבות טיפוס)
• חומרים לשימוש הנדסי (מודלים פונקציונאליים)
• חומרים לשימוש רפואי ודנטלי (תאימות לתקנים רפואיים)
• חומרים ליציקת שעווה נאבדת (תכשיטים)

מגוון החומרים של פורמלאבס, כולל סה"כ 17 חומרים שונים, כאשר המגוון כל הזמן גדל, מכיוון שמושקים חומרים חדשים ופורמולציות קיימות מתעדכנות ומקבלות רוויזיות חדשות. חלק מהחומרים שנעסוק בהם במאמר הם חומרים חדשים שהושקו לאחרונה.

מגוון יישומים

מגוון של חומרי הדפסה מאפשר להדפיס מגוון פתרונות ליישומים רבים. ככל שנדע להתאים טוב יותר את סוג החומר לאפליקציה, כך הפתרון יהיה טוב יותר ויענה על הדרישות שלנו.

כדי להתאים את סוג החומר לאפליקציה, אנו חייבים להכיר את התכונות של החומרים וגם את הביצועים שלהם מבחינת הדפסה.

מבחינת תכונות, נתייחס לתכונות מכניות של חומרים כגון חוזק, קשיחות, חסינות לשבר, עמידות תרמית. אלו תכונות שמאפיינות חומר ובכדי לקבוע איזה חומר מתאים לאפליקציה, נצטרך להגדיר את הדרישות הללו מבחינת האפליקציה, ונשאל את עצמנו האם החומר עונה על הדרישות מבחינת תכונות.

לדוגמא, נניח שנרצה להדפיס ג'יג (Jig) שמחזיק מנוע צעדים (Stepper Motor).

• מבחינת קשיחות (Rigidity) – נצטרך חומר שיהיה מספיק קשיח בכדי שהמנוע יהיה יציב בזמן הפעולה שלו,
• מבחינת חוזק (Strength) – נרצה לעגון את הג'יג לסביבה ולצורך כך נשתמש בברגים כך שהחומר גם צריך לשאת בעומס הידוק הברגים מבלי להיסדק.
• מבחינת עמידות תרמית (Heat Deflection Temp) – בזמן פעולת המנוע, המנוע מתחמם ולכן נרצה שהחומר יהיה מספיק עמיד מבחינה תרמית כך שלא יתעוות כתוצאה מהטמפרטורה של המנוע בזמן ההפעלה.

אם נדע להגדיר טוב את הבעיה ונכיר את התכונות של מגוון החומרים שעומדים לרשותנו, יהיו לנו מספיק כלים בכדי לבחור חומר מתאים לאפליקציה.

מבחינת ביצועי הדפסה קיימים הבדלים בין החומרים השונים, ברמת הדיוק והפרטים שמאפשרים כל סוג חומר.

ניקח לדוגמא את השרף Durable – מכיוון שמדובר בחומר יחסית אלסטי, רמת הדיוק שלו בהדפסה פחותה בהשוואה לחומר הסטנדרטי, לכן אם נרצה לייצר הרכבה של חלקים שבעיקר הדיוק וההתאמה שלהם חשובה, נעדיף להשתמש בשרף Standard אפילו שמבחינת תכונות מכניות, ייתכן שדווקא השרף Durable נותן מענה מספק.

כלומר במכלול השיקולים נכלול גם את התכונות המכניות וגם את ביצועי ההדפסה של השרף.

שרפים ליישומים הנדסיים

(1)  שרף Standard

שרפים סטנדרטיים מתאימים לשימוש כללי, כאשר אין דרישה מיוחדת לתכונות מכניות ספציפיות.

לדוגמא, הדפסות של חלקי "צורה וגודל" (Form&Fit) / מודלים וויזואלים, חלקים שהמראה והדיוק שלהם משמעותיים יותר מתכונות המכניות שלהם. במקרה הזה, השרפים הסטנדרטיים נותנים מענה טוב, מכיוון שהם מדויקים, וקיימים במספר גוונים (אפור, שחור, לבן, שקוף).

נציין שהגוון האפור הוא בעל דיוק גבוה במיוחד, ובנוסף הוא מבליט פרטים קטנים, וגם בסיס מעולה לצבע אם נרצה לבצע עיבוד משלים לחלק. השרף האפור ניתן להדפסה בגובה שכבה גבוה במיוחד 160[um] בכדי לקצר זמני הדפסה.

הגווף השקוף איננו שקוף לחלוטין, אך מאפשר מעבר של אור.

בתמונה, ניתן לראות מכלול קאליפר (בלם של רכב), כאשר למעשה מדובר באב טיפוס "צורה וגודל", שיכול לסייע בתכנון או בשיווק. וברור שהוא לא אמור להיות פונקציונאלי. ולכן זו בחירה מתאימה להדפסה בשרף Standard.השרפים הסטנדרטיים הם יחסית פריכים, ולכן לא הבחירה הראשונה עבור אבות טיפוס פונקציונאלים, או חלקים שנדרשים לשאת בעומסים. העלות של שרפי Standard זולה יותר ביחס ליתר השרפים, כך שהם אפקטיביים מבחינת עלות-תועלת.

(2)  שרף Grey Pro

השרף Grey Pro, הוא למעשה שדרוג של השרף Standard Grey, ומותאם יותר לאפליקציות הנדסיות. שרף המאפיין בתכונות טובות יותר של חוזק ומשיכות, והוא פחות פריך. מבחינת חסינות לשבר, הוא מסוגל לספוג יותר אנרגיה עד שהוא נשבר, בהשווואה לשרפי Standard. העמידות שלו בזחילה טובה יותר, כלומר עמיד יותר בפני עומס קבוע לאורך זמן, וגם עמיד יותר בפני עומס מחזורי. מבחינת דיוק הוא מאפשר דיוק גבוה כמו של שרפי ה Standard.

מתאים מאוד ליישומים כגון:

• אבות טיפוס פונקציונאליים דוגמת מנגנונים והרכבות.
• כלי עזר לייצור כגון ג'יגים ומקבעים (Jigs & Fixtures).
• חלקים עם סנאפים (Snap fit) (אם כי, קיימים חומרים שמתאימים יותר לסנאפים).

נשתמש בו בעיקר כאשר אנחנו מחפשים חלק פונקציונאלי, מדויק, ויחסית קשיח.

(3)  שרף Tough 2000

שרף Tough 2000 הוא שרף שמדמה את החומר התרמופלסטי הנפוץ בתעשייה ABS. המספר 2000 מציין את הערך המקורב של מודול האלסטיות של החומר. שרף מאופיין בחסינות גבוהה לשבר, חוזק גבוה, קשיחות יחסית גבוהה. הוא ניתן לעיבוד שבבי, ולכן מתאים לקידוחים והברזות.

מתאים מאוד ליישומים כגון:

• אבות-טיפוס פונקציונאליים.
• גי'גים ומקבעים.
• גריפרים.
• זיווד לאלקטרוניקה.
• הרכבות עם סנאפים.

נשתמש בשרף Tough 2000 כאשר אנחנו מחפשים חלק פונקציואנלי, עם חסינות גבוהה לשבר, וחוזק גבוה.

(4)  שרף Tough 1500

שרף Tough 1500 הוא שרף יחסית חדש, ולמעשה מדמה את החומר התרמופלסטי הנפוץ Polypropylene. מבחינת התכונות המכניות של קשיחות וחוזק, הוא משתלב בין השרפים Tough 2000 לבין Durable.

המאפיינים שלו הם:

חסינות גבוהה לשבר (יותר לעומת Tough 2000), עמידות מעולה בפני עומס מחזורי, והחזר גבוה של אנרגיה אלסטית, כלומר תכונות קפיציות (תכונה דיי יחודית).

ניתן לעיבוד שבבי, ולכן מתאים לקידוחים והברזות.

מתאים מאוד ליישומים כגון:

• אבות טיפוס פונקציונאליים. (ובפרט עומסים דינמיים)
• חלקים נעים.
• הרכבות עם סנאפים (Snap Fit).

נשתמש בו בעיקר כאשר אנחנו מחפשים חלק פונקציונאלי (ובפרט שנדרש לעומסים דינמיים), עם חסינות גבוהה לשבר. או כאשר נדרש חלק עם תכונות קפיציות.

(5)  שרף Durable

שרף Durable למעשה מדמה את החומר התרמופלסטי הנפוץ HDPE. (אך איננו מהווה תחליף ישיר ל HDPE מכיוון שעדיין קיים פער בין התכונות של החומרים, אבל מבחינת מגוון החומרים של Formlabs, הוא הכי קרוב) שרף בעל חסינות גבוהה מאוד לשבר, למעשה החומר החסין ביותר מתוך מגוון החומרים של Formlabs. אלסטיות גבוהה, עם מקדם חיכוך נמוך, כך שהוא מתאים לחלקים נעים שמתחככים זה בזה. איננו מתאים לעומס מתמשך, מכיוון שהוא סובל מזחילה, כלומר בהשפעת כח קבוע לטווח ארוך, הוא עלול להתעוות. מתאים לעיבוד שבבי, הברזות וקידוחים.

מתאים מאוד ליישומים כגון:

• חלקים הנדרשים לעמוד באימפקט.
• חלקים נעים כדוגמת: גלגלי שיניים, מסבי החלקה, תותבים.
• הרכבות עם סנאפים (Snap Fit).

נשתמש בשרף Durable בעיקר כאשר אנחנו מעוניינים להדפיס חלק פונקציונאלי, עם חסינות גבוהה לשבר, ואין דרישה לקשיחות גבוהה.

סיכום

בחלק ב' נמשיך לסקור עוד מגוון חומרים הנדסיים של Formlabs וללמוד על ההבדלים בין החומרים ועל האפליקציות המתאימות ביותר לכל סוג חומר.

צפו בוובינר המקצועי המלא בנושא חידושים, עדכונים וסקירת מגוון חומרי הדפסה הנדסיים, כולל תכונות ויישומים מבית Formlabs:

תגיות: Form 3 | formlabs | חומרי הדפסה הנדסיים