תיאוריית ה-FFF, התאמת טכנולוגיית ההדפסה לחלק
בעת בחירת מדפסת תלת ממד לצורך הדפסת אבות-טיפוס או עזרי ייצור או חלקי קצה, ניתן להיעזר בתאוריית ה-FFF (Form Fit Function) בכדי לבחור את החלופה המתאימה ביותר להדפסת החלק.
התיאוריה מתייחסת למטרת החלק ולמאפייני השימוש בו, בכדי לבחור את המדפסת המתאימה ביותר. לשם כך עלינו לקחת בחשבון את דרישות החלקים, ולבחון האם המדפסת מספקת מענה מבחינת מעטפת הביצועים של המדפסת, וחומרי הגלם הנתמכים.
Form Fit Function היא תאוריה המקשרת בין ייעוד החלק, לתהליך ההדפסה.
כאשר מדובר בייצור אבטיפוס המטרה היא לקבל חלק פיזי המדמה את התכונות של המוצר המתוכנן. שלבי פיתוח שונים דורשים אבות טיפוס שונים שאינם חייבים להיות זהים לחלק הסופי.
לפני יצירת האבטיפוס נידרש להחליט מה החלק נדרש לעשות מבחינת היישום,
לדוגמא: אילו עומסים צפוי לשאת החלק? ובאילו תנאי סביבה הוא נדרש לשרת? ובנוסף להתאים את הטכנולוגיה גם לפי גיאומטריית החלק, כדי להבטיח שהתוצר הסופי יענה על המטרות בצורה הטובה ביותר.
תיאוריית ה- Form Fit Function מדרגת את מטרות החלק להיררכיה של שלוש דרגות.
דרגה ראשונה – FORM (צורה)
כאשר תפקידו של החלק הוא צורני בלבד, ומדובר בחלק שמטרתו המחשה וויזואלית בלבד ניתן לבחור בהדפסה מהירה ברזולוציה נמוכה ושימוש בחומרי הדפסה זולים ונוחים להדפסה.
הדפסה של חלק וויזואלי בטכנולוגיית FDM, הדפסה מבוססת אקסטרוזיה (שיחול) של חומר תרמופלסטי (לדוגמא מדפסת BCN3D Epsilon W50), תהיה זולה ומהירה, אך ייתכן שטיב פני השטח ורמת הפירוט (רזולוציה) לא תהיה מספקת. עבור היישום הנ"ל, החומרים הרלוונטיים יהיו PLA או Tough PLA, שכן מדובר בחומרים נוחים להדפסה, הנתמכים ברוב סוגי המדפסות, ועלותם נמוכה.
הדפסה של חלק וויזואלי בטכנולוגיית SLA (הדפסה מבוססת פוטו-פולימר), תניב חלק ויזואלי ברמה גבוהה הרבה יותר מבחינת איכות ההדפסה וטיב פני שטח חלק יותר, רמת פירוט גבוהה יותר וגם ברוב המקרים דיוק רב יותר. נשתמש בחומרים מסוג שרפים תרמוסטים כגון Standard Resin, או בחומרי הדפסה מהירה כגון Draft Resin לדוגמא מדפסת (Form3+ / Form3L).
דרגה שנייה – FIT (התאמה)
כאשר תפקידו של החלק הוא בדיקת התממשקות ותאימות לרכיבים אחרים (שאינם מודפסים),
תהליך נפוץ בשלבי פיתוח בהם האבטיפוס עובר מחזורי שינוי קצרים ומהירים, ולכן נדרשת רמת פירוט גיאומטרי ורמות דיוק גבוהות. חלקים כאלה יידרשו הדפסה ברזולוציה גבוהה יותר ושימוש בחומרים דומים יותר למוצר הסופי, מכיוון שייתכן והם כוללים אלמנטים כגון תבריגים, סנאפים, צירים גמישים וכדומה.
הדפסה של חלק התאמה בטכנולוגיית FDM אפשרית, אך לרוב נדרשת מדפסת עם רמת ביצוע גבוהה יותר המסוגלת להדפיס ברזולוציה גבוהה, ומחומרים הנדסיים כגון ABS/PETG/PA/PP .
הדפסה של חלק התאמה בטכנולוגיית SLA מתאימה עוד יותר, מכיוון שרמות הפירוט והדיוק הן גבוהות מספיק בכדי לדמות חלקים שייוצרו בהזרקה או עיבוד שבבי, ומגוון החומרים הקיים כולל גם חומרים הנדסיים שמתאימים לתבריגים וחיבורי Snap-Fit כגון Grey Pro Resin או Tough 1500 Resin או Durable Resin.
דרגה שלישית – FUNCTION (פונקציונאליות)
כאשר תפקידו של החלק הוא בדיקה פונקציונאלית, או כלי עזר לייצור, עלינו לקחת בחשבון את העומסים מכניים הצפויים לפעול על החלק, את מידת הקשיחות הרצויה, את מידת החסינות לשבר ואת תנאי סביבה שהחלק ישרת בהם מבחינה כימית ותרמית.
במצבים כאלה יהיה נכון להשתמש במדפסת תלת-ממד התומכת בהדפסת חומרים הנדסיים בעלי תכונות מכניות גבוהות, כגון PA-CF (ניילון משולב סיבי פחמן) או PET-CF.
במקרים שבהם העומסים המכניים הצפויים הם גבוהים מאוד ונדרש חלק קשיח וחזק במיוחד, יהיה נכון להשתמש במדפסות בטכנולוגיית CFR המסוגלות להדפיס חלקים במבנה מרוכב בעלי סיבים רציפים (דוגמא מדפסות Markforged Mark Two / X7).
הדפסה של חלק פונקציונאלי אפשרית גם בטכנולוגיית SLA, שכן מגוון החומרים הקיים כולל חומרים בעלי תכונות מכניות גבוהות, לדוגמא Rigid 10K, Tough 2000, Durable.
בטכנולוגיה זו החלקים הם מלאים (Solid) דבר שתורם לתכונות מכניות גבוהות ואיזוטרופיות, אטימות לזורמים וגם מאפשר לבצע עיבוד משלים כגון עיבוד שבבי והברזות.
כאשר בנוסף לדרישות המכניות הגבוהות, ישנה דרישה לעמידות תרמית גבוהה, או תכונות מעכבות בעירה, נדרש להשתמש במדפסות שמסוגלות להדפיס חומר מסוג Ultem 9085 שזה חומר העונה לתקנים תעופתיים (דוגמא מדפסת MarkForged FX20) או בטכנולוגיית SLA בשרף Flame Retardant Resin (דוגמא מדפסת +Form3).
טכנולוגיה נוספת שמאוד רלוונטית ונפוצה להדפסה של חלקים פונקציונאליים וחלקי קצה היא טכנולוגיית SLS (הדפסת פולימר מבוססת אבקה). בטכנולוגיה זו משתמשים לרוב בחומר גלם ממשפחת הניילון (Polyamide), ולכן החלקים המתקבלים הם עמידים מאוד מבחינה מכנית, תרמית וכימית. החלקים מודפסים מלאים (Solid) אטומים לזורמים, וניתן לבצע בהם עיבוד משלים.
בנוסף, בטכנולוגיה זו קצב הייצור הוא גבוה, שכן מנצלים את כל נפח תא ההדפסה להצבת החלקים וניתן לייצר כמות גדולה של חלקים, יחד עם גיאומטריות מורכבות מאוד. לרוב הדפסות בטכנולוגיה זו הם יקרות יותר מכיוון שהם מבוצעות אצל ספק חיצוני (לשכות שירות) אבל היום ישנם פתרונות הדפסה SLS שהם נגישים מבחינת רמת המחיר וקלות התפעול, שניתן להטמיע אותם בארגונים שעוסקים בפיתוח וייצור ולהוזיל את תהליך הייצור באופן משמעותי (דוגמא מדפסת +Formlabs Fuse1).
