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. 

הוועידה השנתית הראשונה להדפסה תלת ממדית

תא צילום לתמונות פספוט

פרס הנובל הישראלי, כך קראו בעיתונים  לקרן שהקים המיליונר המנוח דן דוד. דן דוד עשה את הונו בתחום הצילום ובעיקר, מתאי הצילום האוטומטים שכולם הכירו בארץ בשמם העממי - "פוטו רצח". חברי היקר יזהר ניהל עבורו את חברת פומט שהפעילה בישראל עשרות תאי צילום אוטומטי בתחנות מרכזיות, קניונים ומוסדות ממשלתיים. התאים אפשרו לקבל תמונה מצילום פילם תוך 4 דקות. עם השנים, הרלוונטיות של תמונות פספורט מהירות הלכה וקטנה והמכונות פנו יותר לצילומי FUN לאוכלוסיה הצעירה המבקרת במרכזי קניות.
אתמול, בועידה השנתית להדפסה תלת ממדית בשיחה ליד שולחן ארוחת הצהריים,  מצאתי את הגלגול המודרני של תאי הצילום האוטומטים בחזון של שני יזמים נלהבים שישבו לידי . 

כ 400 אנשים הגיעו למרכז הכנסים אווניו לכנס שאורגן על ידי קבוצת אנשים ומחשבים. ההדפסה התלת ממדית תופסת הרבה ענין וכולם רוצים להיות שם ולקחת חלק בדבר הטכנולוגי הבא. בניגוד לטרנדים הטכנולוגים הגדולים הקודמים כמו האינטרנט או התקשורת הסלולרית בהם יש פער טכנולוגי עצום בין המשתמשים למפתחים, הרי שכאן, למראית עין דובר בטכנולוגיה כמעט עממית. כזו שקל להבין אותה , לגעת בה או להשתמש בה גם למי שלא למד הנדסה הוא שרת ב 8200.

שני היזמים מארוחת הצהרים עובדים על הגרסה המודרנית של תא הצילום התלת ממדי או, אם נשתמש במונח היותר מקצועי, סריקה תלת ממדית. החזון שלהם הוא פשוט. כנס לתא אוטומטי. לחץ על כפתור הצילום ו... 4 דקות מאוחר יותר צא לדרכך עם פסל צבעוני תלת ממדי מחומר קשיח. נכון לעכשיו, הטכנולוגיה עוד קצת מפגרת אחר החזון. הדפסה בצבע לא מספיק זמינה, זמן הייצור הוא הרבה יותר מארבע דקות ודי קשה לארוז הכל במכונה אוטומטית לחלוטין הממוקמת בקניון. אבל, הטכנולוגיה מתקדמת די מהר ...

ראשים סרוקים במדעטק

בוועידה הציגו גם מדעטק, המוכרים יותר כמוזאון המדע בחיפה, את המתקן הסריקה התלת ממדית הנמצא בחנות המוזאון ומאפשר סריקה תלת ממדית אישית לבאי המוזאון והדפסה במקום של המודל הסרוק.
הסריקה היא ידנית וההדפסה היא ב ABS צבעוני (צבע אחד). אתם נכנסים לחנות, נסרקים ובסוף הביקור במוזיאון עוברים לקחת פסלון אישי.

כמות המשתתפים ומגוון תחומי העיסוק בוועידה מלמדים שמתפתחת כאן במהירות תרבות שלמה סביב נושא ההדפסה התלת ממדית עם מרכזי לימוד והדפסה, פיתוח תוכנות ויישומים ועוד הרבה רעיונות טובים.  עם כל כך הרבה תשוקה לתחום, נשאר רק לקוות שהדפסה תלת ממדית תהיה המנוע החדש לצמיחה בענף ההי-טק הישראלי
                                                                

לעדכונים כל שבוע במיל, לחצו על הקישור :http://eepurl.com/656QL 

עשרה לינקים קצרים , ללא פרסומות והפרעות

ה Newsletters השבועיים האחרונים מופיעים בלינקים למעלה

HP ואוטודסק בדרך למדפסת תלת ממד

שתי חברות ענק, Autodesk ו HP מצהירות שעוד השנה הן יוציאו לשוק מדפסות תלת ממד. איך זה הולך להשפיע על השוק ?

מדפסת הממותה של מטריאליז

עשרים דקות נסיעה משדה התעופה בבלגיה, באזור תעשייה שקט, נמצאים המשרדים של Materialise.  בתוך האולמות המעוצבים בקפדנות נוקשה שוכנת החברה הגדולה בארופה לייצור בהדפסה תלת ממדית. מטריאליס מובילה וחדשנית כמעט בכל תחום הקשור להדפסה בתלת ממד. הם מפתחים ומוכרים תוכנות יחודיות, יש להם אתרי אינטרנט אינטראקטיבים מדהימים, הם מפתחים ומייצרים מוצרים מתקדמים לתחומי הרפואה ומשתמשים כמעט בכל טכנולוגיות הייצור בתלת ממד המוכרות היום ובמעל למאה מדפסות תלת ממד המסודרות במספר אולמות ייצור. באחד מאולמות הייצור מסודרות בשורה הממותות, מדפסות ה SLA הגדולות בעולם. כל מדפסת יכולה להדפיס מודל באורך של יותר מ 2 מטר ! מטריאליס פיתחו וייצרו את המדפסות בעצמם והיו גם שמחים למכור אותן למי שמעונין אבל, הם פשוט לא יכולים. משנות השמונים, טכנולוגיות ההדפסה התלת ממדית מוגנות מכל הכיוונים בעשרות פטנטים, רובם של 3D Systems ו Stratasys ולכן, על פי ההחוק, מטריאליס אומנם יכולה לייצר מדפסת לשימוש עצמי אבל, כשהיא רק תנסה למכור אותה היא תהפוך מספר עורכי דין ל"מעושרים". 

אז מה מביא את אוטודסק ו HP דווקא השנה לתחום?  מסתבר שב 2014 פג התוקף של מספר פטנטים משמעותיים בתחום  שמאפשרים לשחקנים נוספים להכנס לזירה. אוטודסק ו HP מעניינות במיוחד מכיוון ששתיהן חברות ותיקות עם הצלחות מוכחות במכירת פתרונות לתחומי הנדסה. בעוד אוטודסק חושפת את הקלפים ומצהירה על המוצרים והאסטרטגיה שמאחוריהם, HP שומרת על חשאיות שלא הייתה מביישת את סטיב גובס ואפל. אבל, גם מהמעט שפורסם אפשר אולי ללמוד מספר דברים.

אוטודסק 

לפני כחודש התארחתי אצל ד"ר איל ניר במשרדים המרהיבים של אוטודסק בקומה ה 16 מעל שדרות רוטשילד בתל אביב. מעבדת ההדפסה בתלת ממד המוקמת שם מוכיחה שאוטודסק לוקחים את הנושא ברצינות רבה. אבל מה לחברת התוכנה המוכרת בעיקר מתחום תוכנות ההנדסה והאנימציה שלה ולפיתוח ומכירת חומרה ? אוטודסק  מכריזים על כוונתם לשחרר שתי פלטפורמות "פתוחות". האחת היא מדפסת זולה וקלה לשימוש בטכנולוגית SLA ו DLP  (שרף פוטופולימרי המתמצק בתאורת UV ממקרן DLP) והשניה היא פלטפורמת תוכנה המכונה SPARK  התומכת בסביבת ההדפסה. אוטודסק מצהירים שהמדפסת והתוכנה יסופקו בטכנולוגיה "פתוחה" מתוך כוונה לאפשר לרוכשים להמשיך לפתח, לשנות ולהתערב בשתי

המדפסת של אוטודסק

הפלטפורמות ואם זה מזכיר לכם את גוגל ואנדואיד אתם בהחלט בכיוון.  לגוגל יש את אנדואיד, מערכת ההפעלה הפתוחה למכשירים ניידים, היא מייצרת ומשווקת טלפונים תחת השם גוגל אבל גם מאפשרת לכל יצרן טלפונים להשתמש באנדרואיד בחינם. גוגל רוצה אותכם עם אנדרואיד, אם זה בטלפונים של סמסונג או בטאבלט של אמאזון או במכשירים הנמכרים תחת השם גוגל ומיוצרים עבורה על ידי HTC או LG. האינטרסים של גוגל ברורים. גוגל תלויה כמעט לחלוטין בהכנסות המתקבלות מפרסום. ההכנסות ימשיכו לזרום כל עוד תמשיכו להשתמש במנוע החיפוש הפופולארי של החברה. הכישלון של מקרוסופט עם הבינג הוכיח שלקוחות  ה PC בוחרים להשאר עם גוגל אבל, בטלפונים סלולארים ומכשירים ניידים בהם מנוע החיפוש הוא אפליקציה ולא כתובת URL סביר להניח שמשתמשים רבים ישתמשו בכלי החיפוש המגיע מותקן על המכשיר. אנדרואיד הוא גוגל ולכן, לא משנה מי יצרן הטלפון, כל עוד יש לכם אנדרואיד אתם מחוברים לגוגל ביותר מאשר חוט אחד. גאוני!  

המקביל למנוע החיפוש Google של אוטודסק היה במשך שנים פורמט השרטוט DWG.  לא משנה על איזו תוכנה עבדתם, בסוף הייתם צריכים להשתמש ב DWG ושם, יש את אוטודסק עם שלל פתרונות המתאימים יותר מכל לטפל בפורמט הסטנדרטי ובראשם תוכנת האוטוקאד הנצחית.
אוטודסק מתעניינת בכם מצד התוכנה. צרכנים פרטיים, לשכות שרות, מתכננים או יצרני מכונות הדפסה תלת ממדית, אוטודסק רוצה שתשתמשו בפלטפורמת התוכנה העתידית שלה. זה יכול להיות ככלי ליצירת גאומטריה או חנות מקוונת להורדת מודלים או הממשק שמתחבר למדפסת, אוטודסק רוצה להיות שם גם כאשר זה מחייב, על  הדרך, כמו במקרה גוגל לפתוח חומרה - מדפסת תלת ממדית.
לטעמי, אוטודסק עלולה לפספס כאן הזדמנות עסקית נהדרת. בעוד גוגל מחלקת תוכנות בחינם ללא הרף מכיוון שהמפרסמים משלמים לה על פי כמות המשתמשים שאותם היא יכולה לחשוף לפרסומות, אוטודסק מוציאה את לחמה מתוכנות שרוכשים המשתמשים דרך רשת משוכללת של מפיצים מתמחים. במודל עסקי כזה קשה לראות את אוטודסק מרוויחה כסף מפלטפורמת ה SPARK. תוכנות הנדסיות הן מוצר משוכלל עתיר ידע ותמיכה, לאוטודסק רשת מקצועית של מפיצים הפרוסה בכל העולם. לכל מפיץ יש מנגנון שיווק ומכירות, תמיכה טכנית והדרכה. חלק מהמפיצים נמצאים עם החברה כבר 30 שנים וכל העסק שלהם בנוי סביבה. קשה למצוא בעולם רשת הפצה כל כך מקיפה ומקצועית כמו הרשת של אוטודסק. בתחום ההנדסה המכנית יש כמובן את רשת המפיצים המעולה של סולידוורקס אבל אוטודסק בנוסף לתחומי ההנדסה המכנית משווקת פתרונות גם לעולם האדריכלות, ההנדסה האזרחית, תכנון ערים, מיפוי, אנימציה, פרסום קולנוע ועוד..  לא קל היום להיות מפיץ תוכנת תיב"ם (CAD). התחרות גדולה, השוק די רווי, תוכנות זולות מסין כמו ZCAD נוגסות ברווחים והלקוחות מתקשים לראות את הערך בלרכוש עוד שדרוגים ועדכונים. רוב מפיצי אוטודסק היו שמחים להכנס לתחום החם של מכירת מדפסות תלת ממד. חלק גדול מהם כבר מוכרים מדפסות של יצרנים שונים. אחרי הכל, מבחינתם התשתית למכירה ותמיכה כבר קיימת ורובם מוכרים כבר שנים מדפסות, פלוטרים ומחשבים חזקים ללקוחות ההנדסיים. אוטודסק יכולה בקלות יחסית להפוך לשחקן משמעותי בשוק מדפסות התלת ממד ולא על ידי הצגה של פלטפורמה נסיונית אלה על פיתוח או חבירה ליצרן קיים ודחיפת ליין שלם של מדפסות מקצועיות דרך ערוץ ההפצה הקיים.

HP

מהצהרות מוקדמות של HP אני לומד שהחברה מתכוונת להכנס לתחום המקצועי של ההדפסה התלת ממדית, תחום בו

הנסיון הקודם והלא מוצלח של HP  

הפעילות העקריות הן סטראטסיס, 3D Systems ו EOS .HP כבר היו בעבר בתחום ההדפסה התלת ממדית. תוצאה של שיתוף פעולה לא מוצלח עם קו המוצרים הזול של סטראטסיס שהביא לשוק את ה U-print בתחפושת של HP. אין ספק של HP יש את הכלים הטכנולוגים והשיווקים על מנת לבצע מהלך שכזה עם פיתוח מקורי. אבל מה היא הטכנולוגיה אותה הם יציעו לשוק?   את החשאיות של HP עד עכשיו ניתן להסביר במגבלת הפטנטים. החברה תצא עם מוצר לשוק רק כאשר לא תהיה בעיית זכויות יוצרים עם הטכנולוגיה. שתי טכנולוגיות משתחררות השנה חלקית מעול הפטנט. האחת היא ה SLA ואוטודסק בהחלט מנצלת זאת והשניה היא טכנולוגית ה SLS הבלעדית היום ל 3D Systems ו EOS. ב SLS מייצרים חלקים הנדסיים מחומרים פלסטים, בעיקר פוליאמיד, חומר הגלם הוא אבקה, התהליכים הנילווים הם פשוטים וקל מאוד לייצר כמויות גדולות של חלקים בכל הדפסה. אבל, מדפסות ה SLS יקרות מאוד, חומר הגלם יקר מאוד בהשוואה לפלסטיק להזרקה והתוצר הסופי מתקבל רק בצבע אחד - לבן (או שחור בתנאי שהמדפסת מיועדת רק לשחור). מ HP מצפים לחדשנות טכנולוגית ו HP יודעת טוב מאוד להדפיס בצבע. ל 3D Systems יש כבר מדפסת לפלסטיק צבעוני אבל הם מדביקים את השכבות בתהליך קר והחלקים אינם חזקים מספיק. מ HP הייתי מצפה לפתח מדפסת SLS היכולה להדפיס בצבע. האם זה הכיוון של החברה? כנראה שעד סוף 2014 נדע.

ל HP ולאוטודסק שני יתרונות משמעותיים שצריכים להדיר שינה מעיני מנהלי EOS ,3D Systems וסטראטסיס.
גם HP וגם אוטודסק הן מכונות שיווק ומכירה מאוד מאוד משוכללות. שתיהן פועלות שנים בשווקים מאוד תחרותיים עם רמת רוחיות נמוכה ובאקלים של שינויים טכנולוגים בלתי פוסקים. החברות הותיקות בתחום ההדפסה התלת ממדית נהנו במשך שנים משוק לא תחרותי שאיפשר להם לגבות מחירים שערוריתים על מדפסות וחומרי גלם ולתת ללקוחות שרות עלוב. אם HP תוציא ל 2015 מדפסת SLS  עם גודל תא של 300X300X300 ותתמחר אותה בפחות מ 150,000 דולר אני מבטיח לכם שהיא תמכור כל מה שהיא תצליח לייצר והיה והם גם יוסיפו צבע לחבילה, הם ישנו את כל השוק.

מה שלא תהיה הטכנולוגיה ש HP יציגו, דבר אחד בטוח, הבורסה אוהבת תלת ממד ולמחרת ההכרזה המניה של HP תטוס לשמיים.

גל רז 

עדכונים :
30/10/2014 - HP הכריזה אתמול על כניסתה לתחום ההדפסה התלת ממידת עם טכנלוגיה חדשה המכונה Multijet Fusion.  החברה לא חשפה פרטים טכנים על הטכנולוגיה אבל הצהירה שהיא מהירה פי 10 מכל מה שקיים היום ומאפשרת הדפסה בצבע ושליטה בגמישות החומר תוך כדי ייצור. המדפסות הראשונות יהיו זמינות ב 2016.  עוד בנושא אפשר למצוא כאן