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 חמישי, 5 בפברואר 2015

השוואה בין תכונות חומר גלם להדפסה



הנדסת מכונות בקיצור היא גאומטריה וחומר, כאשר החומר מסווג לפי מספר קטגוריות של חוזק, מוליכות, משקל, קשיות ועוד תכונות המכונות "תכונות חומר הגלם" או "תכונות מכניות".
כל ההשוואה בין חומרים ושיטות ההדפסה דורשת דבר ראשון הבנה בסיסית של התכונות הנדרשות וההבדלים ביניהן . 
גליל של חומר גלם 
כדי לפשט את הנושא נתמקד בחמישה חומרי גלם פלסטיים נפוצים, בשלוש שיטות הדפסה ובארבע תכונות מכניות החשובות לתכנון חלקים הנדסיים. לצערנו המגוון של חומרי גלם שניתן להדפיס איתם כיום הוא כ 200 ומתוכם, שלושת החומרים הנפוצים ביותר לייצור בהדפסה תלת ממדית הם החומרים פלסטיים מסוג ABS, PLA וניילון 12. 
ABS וניילון הם פולימרים פלסטיים מוכרים ונפוצים מאוד בתעשייה. PLA הוא פולימר אורגני המופק בעיקר מתירס ותכונותיו מתאימות במיוחד לשימוש במזון לכלים חד פעמיים
ABS ו PLA ניתן להדפיס רק בשיטת ההדפסה של FFF או FDM (התכה ומיזוג לצורך מידול ). בשיטות אלו חומר הגלם מסופק כחוט המלופף על גליל .
Polycarbonate) PC ) הוא חומר פלסטי נוסף אותו נמצא רק בשיטת ההדפסה בחוט - FDM . 
ניילון 12 ניתן להדפיס גם ב FDM אבל, הוא נפוץ בעיקר בשיטת ההדפסה SLS המשתמשת בלייזר למצק אבקת ניילון בסינטור . תהליך בו הלייזר מספק אנרגית חום עד לטמפ. הנמוכה במקצת מנקודת ההתכה.

שיטת יצור נוספת היא ה Polyjet המוכרת בעיקר מהמדפסות של חברת אובג'ט. בשיטה זו מזריקים שרף המתמצק על ידי חשיפה לאור. לשיטת ה Polyjet מספר רב של חומרי גלם ייחודיים. ה VeroClear הוא אחד הנפוצים ולכן נכניס גם אותו להשוואה. חומרי הגלם ב Polyjet משנים את תכונותיהם בחשיפה לאור ולחות ולכן הם נפוצים יותר למודלים ופחות לשימושים הנדסיים. 

ננסה להשוות על פי ארבע תכונות מכניות חשובות*:
בדיקת הלימה
  1.  משקל סגולי או צפיפות – בפשטות, עם נכפיל את המשקל הסגולי בנפח, נקבל את משקל החלק. המשקל הסגולי של מים הוא בקרוב 1 גרם לסמ"ק.
  2.  חוזק למתיחה (Tensile Strength) – מקסימום כוח מתיחה שאפשר להפעיל על חלק עד לנקודה בה הוא נכשל 
  3.  קשיחות – (Toughness ) – הקשיחות מעלה את הסבירות לשבר כאשר החלק מקבל מכה למשל, בנפילה על משטח קשה. זו הסיבה שעל מסך הזכוכית וחלקי האלומיניום הקשיחים בטלפון הסלולרי אנחנו מגנים בעזרת כיסוי פלסטיק זול. קימות מספר שיטות מדידה לקשיחות הבודקות את יכולת החומר לספוג אנרגיה מבלי להישבר. בפלסטיק מבצעים בדיקת הלימה או Impact. נשווה בין החומרים על פי Izod Impact notched . ככל שהערך נמוך יותר, החומר שביר יותר בנפילה. 
  4.  טמפרטורת מעוות (Heat deflection temperature) – הטמפרטורה בה חלק פלסטיק מתעוות תחת מאמץ נתון

חומר גלם
שיטת ייצור
משקל סגולי
חוזק למתיחה
קשיחות
טמפ. מעוות
VeroClear
Polyjet
1.18 g/cm3
50 Mpa
20 j/m
47 c
PLA
FDM/FFF
1.25 g/cm3
50 Mpa
80 j/m
65 c
ABS
FDM/FFF
1.04 g/cm3
33 Mpa
106 j/m
95 c
PC
FDM/FFF
1.2 g/cm3
68 Mpa
53 j/m
137 c
Nylon 12
FDM/FFF
1.01 g/cm3
48 Mpa
200  j/m
97 c
Nylon 12
SLS
0.93 g/cm3
48 Mpa
220  j/m
163 c
כל הנתונים נלקחו מהפרסומים של חברות *EOS, 3D systems, Stratasys

על פי הטבלה המצורפת, קל לראות מדוע ניילון 12 הוא החומר הפלסטי המועדף לייצור בהדפסה תלת ממדית במיוחד בשיטת הייצור ב SLS המאפשרת קבלת יחס חוזק למשקל פנטסטי.

בעת בחירת חומר גלם ושיטת הדפסה יש להתחשב במספר פרמטרים נוספים, הנפוצים הם:  

  •  בהדפסה בשיטת FDM או FFF יש פער גדול בין תכונות החלק בציר ההדפסה Z (הגובה) לצירים X,Y כאשר לאורך ציר Z החלק חלש משמעותית.
  • עמידות לשחיקה מכנית – בשיטת הייצור ב SLS ניתן להוסיף כדוריות זכוכית או אלומיניום להדפסה ולקבל חלקים העמידים יותר בשחיקה. ב FDM ניתן להשתמש בחומרים אקזוטיים כגון אולטם  
  • הולכת חום – בעקרון, פלסטיק הוא מוליך חום גרוע. תוספת אלומיניום לניילון 12 יכולה לשפר את המצב.
  • עמידות בתנאי סביבה – PLA  מתפרק בחשיפה ממושכת לשמש או למים. חומרי ה Polyjet סופחים לחות. חלקים המודפסים ב FDM לא יכולים לעמוד בלחצי נוזלים. ABS מושפע בקלות מממיסים שונים כגון אצטון.