הדפסה בתלת מימד עם פילמנטים מבוססי קצף

פילמנט מבוסס קצף

המון אנשים משתמשים בהדפסה בתלת מימד בתחום התעופה. הדפסת גופים לרחפנים וטיסנים הפכו את תהליך העיצוב והבניה לפשוטים ונגישים, אך עדיין הייתה בעיה אחת שהקשתה על התהליך: משקל. משקל החלקים הוא אחד הגורמים המשמעותיים ביותר בתעופה, ככל שהמשקל נמוך יותר, צריך להשקיע פחות אנרגיה בשביל לגרום לרחפן או מטוס להתרומם מהקרקע, ולהישאר באוויר לאורך זמן. לכל מי שצריך משקל נמוך יותר מPLA, ניתן להדפיס בABS, שהוא פילמנט חזק יותר ושוקל פחות כמעט כל הזמן, אך ההדפסה בו יכולה להיות קצת טריקית ובעייתית. ועדיין, הצורך להפחתת המשקל עדיין קיים, ופה פילמנט קצף נכנס לתמונה. 

מהו פילמנט מבוסס קצף?

חלקי טיסן שהודפסו בפילמנט מבוסס קצף. מקור: 3DLabPrint

כאשר אנו חושבים על המילה "קצף" הדברים הראשונים שעולים לראש הם קצף גילוח או קצף של סבון, אך פילמנט קצף שונה בהרבה. במילים פשוטות, הצפיפות(היחס בין כמות מסה לשטח שהיא תופסת) של פילמנט קצף ניתנת לשליטה על ידי טמפרטורת ההדפסה וקצב הזרימה(FLOW RATE) של החומר מהדיזה. זו דרך נוחה להפחתת המשקל של המודל לעומת פילמנטים אחרים.

יש שני סוגים עיקריים של פילמנטים מבוסס קצף: פילמנט מבוסס קצף אקטיבי(שניתן לשלוט בצפיפות החומר בהדפסה) ופילמנט מבוסס קצף לא-אקטיבי(שלא ניתן לשלוט בצפיפות בהדפסה בגלל שהפילמנט כבר בצפיפות הכי נמוכה שהוא יכול להיות בה).

לפילמנט מבוסס קצף יש פוטנציאל אדיר, דברים המיוצרים באמצעות קצף לרוב יש פחות התקווצות והם יותר יציבים מימדית בגלל הצפיפות הנמוכה שלהם, וגם יותר מבודדים לחום ואקוסטיים(מבודדי רעש).לכן זה לא מפתיע שלחברות תעופה כמו בואינג(BOEING) ואיירבס(AIRBUS) שמייצרות מטוסים, ולעוד המון חברות בתחום התחבורה ושייט יש צוותים שלמים שכל מטרתם היא פיתוח ומחקר חומרים חזקים וקלי משקל.פיתוח תחום זה בעולם ההדפסה בתלת מימד מאפשר בנייה מהירה יותר של פרוייקטים גדולים כמו מודלים לגופים של כלי שייט, שהיו דורשים כלים מיוחדים על מנת לייצר אותם.

יש כמה אופציות בשוק הפילמנטים, למשל פילמנט ePLA-LW של חברת eSun הוא פילמנט שפותח במיוחד להדפסת טיסנים, רחפנים ואביזרי תחפושות. פילמנט זה הוא פילמנט אקטיבי ויחס הקצף-לנפח שלו הוא 220%, זאת אומרת שכאשר נדפיס מודל בפילמנט זה, ניתן להדפיס את אותו מודל אך בשימוש בפי 2.2 של PLA רגיל. בטפמפרטות בין 210-270 מעלות תהליך ההקצפה מתחיל, והנפח מוכפל פי 1.2 וניתן להוריד את קצב יציאת הפילמנט ל45% להפחתה נוספת במשקל. עוד אופציה היא Polylight PLA של חברת 3DLabPrint שנפחו מוכפל פי2 בתהליך ההדפסה בתלות בטמפרטורת ההדפסה. ניתן למצוא פילמנטים אלו למכירה אצלינו באתר בקישור כאן. 

דוגמא להדפסת חלק עם PLA רגיל(ימין) וPLA Polylight (שמאל). מקור: 3DLabPrint

דוגמא לכטבם שהודפס על ידי DroneTeam Twente בשיתוף פעולה עם חברת ColorFabb. מקור: ColorFabb

להדפסה עם פילמנטים מבוססי קצף יש מחיר. לא רק שהפילמנטים יקרים,הם גם צורכים יותר זמן הדפסה והם יהיו פחות עמידים למתיחה. אך למרות המחיר היקר, חשבו לזכור שניתן להדפיס איתם מודלים בכמעט חצי מכמות PLA רגיל, כך ש1KG של פילמנט מבוסס קצף יאפשר להדפיס את אותם חלקים שהדפסתם עם 2KG של PLA רגיל.

חומרים מוקצפים בשימוש מקצועי

אחד הדוגמאות לשימוש מקצועי של הפילמנטים מבוססי קצף הוא של חברת ColorFabb. בשיתוף פעולה עם יצרנית המדפסות Colossus, הם פיתחו חומר למדפסות הגדולות שעושה שימוש בפילמנט בצורת גלולות. אלו גלולות על בסיס TPU משולבים עם חומרים מקציפים, שצוברות כמויות גדולות של אנרגיה בחימום, ובעזרתם ניתן להפדפיס שכווה בגובה של 1 סנטימטרים בעזרת דיזה של 8mm. חברות כבר התחילו להשתמש בחומר זה לייצור דברים כמו אלו שניתן לראות בתמונה למטה.

 המדפסת של Colossus. מקור:Colossus

למרות שחומרים אלו עדיין נחשבים בתהליכי מחקר, הדפסה בתלת מימד בחומרים אלו יכולים לשחק תפקיד גדול בתעשיית הבנייה כבידוד ואפילו בשימוש בבטון.עוד דוגמה מעניינת היא חברת סטרטאפ בשם PrintFoam, שמתמחה בהדפסה בחומרים מבוססי קצף ברמה תעשייתית, בחומרים בצורת רזין ולא פילמנט, לייצור מודלים תוך הפחתה של כמעט 75% מהמשקל, תוך שמירה על התכונות המכאניות שניתן להשיג בהדפסה בתלת מימד מסורתית, וכל זה ברבע מהמחיר.חומרים אלו כעת לא ניתנים למכירה, וניתנים להדפסה רק במדפסות שהחברה ייצרה, שגם הם לא למכירה והחברה משתמשת בהם למתן שירותי הדפסה.

דוגמא נוספת היא חברת Desktop Metal שבשנת 2022 חשפה סדרת חומרי רזין בשם FreeFoam. חומרים אלו מיוחדים בכך שלאחר ההדפסה, ניתן לחמם את המודלים בתנור ולהגדיל אותם בין פי2 לפי7 מגודלם המקורי. כך ניתן להדפיס את המודלים במקום אחד ולהגדיל אותם במקום אחר. לפי חברת FreeFoam שימוש בחומרים אלו הוא אקסלוסיבי למדפסות החברה ולא למדפסות אחרות.

הדוכן של FreeFoam המציג את המודלים שהודפסו. מקור:Desktop Metal

כיצד להדפיס עם חומרים מבוססי קצף

קודם כל חשוב לומר שחומרים אלו מודפסים בטמפרטורה גבוהה יותר מPLA רגיל, אחרת החומרים המקציפים שבפילמנט לא יופעלו ותהליך ההקצפה לא יקרה. לפני ההדפסה חשוב לשים לב לשני דברים:

הידבקות החומר למשטח היא קריטית! ולכן יש לדאוג שמשטח ההדפסה מאוזן כמו שצריך והמדפסת מכוילת בצורה טובה.
חשוב לדאוג שהפילמנט לא נחשף ללחות בכלל, ולכן יש לשמור אותו באריזה אטומה תמיד ואפילו לייבש אותו לפני ההדפסה במידת הצורך
ניתן להוריד את קצב הזרימה בהדפסה עד ל50% בלי לוותר על התכונות המכאניות של הפילמנט יותר מדי ברוב המיקרים. בירידה לפחות מ50% הפילמנט עלול להיות חלש מדיי, ולכן כנראה תצטרכו לעצב מחדש את המודל בשביל שיהיה חזק מספיק. חשוב לזכור שהיחס בין חוזק למשקל הוא לא לינארי.

הדבר הכי טוב שניתן לעשות כדי להבטיח הדפסה טובה היא ללכת לפי הוראות היצרן של הפילמנט, למרות שהדפסת החומר יכולה להשתנות בין מדפסת למדפסת, הגדרות אלו הם נקודת התחלה טובה. אם לא ניתן למצוא מידע זה או שהתוצאה שונה ממה שנכתב בהוראות ניתן לנסות את "חוק החמישיות" ולשנות כל פעם רק הגדרה אחת עד לקבלת התוצאה הרצויה.

חוק החמישיות:

• Flow: 50% (extruder multiplier: 0.5)
• Nozzle temp: 250 Celsius
• Bed temp: 55 Celsius
• Speed: 50% ממהירות PLA רגיל
• Fan Speed: 0% (OFF)
  
  

לפני כל הדפסה שבה משקל המודל הוא גורם מכריע, יש לזכור שתהליך הפחתת המשקל מתחיל כבר בעיצוב המודל,וכבר שם ניתן להפחית כמות גדולה של משקל וחומר על ידי עיצוב חכם. אנו מקווים שמאמר זה חידש לכם ידע בנוגע לפילמנטים מבוססי קצף וכיצד להשתמש בהם! ניתן למצוא חומרים אלו למכירה אתר בקישור כאן.

מאמר זה תורגם ועובד ברשות מ ALL3DP