תהליך ההדפסה התלת ממדית

פרק זה מיועד עבור מי שחדש בעולם הייצור באמצעות הדפסה תלת מימדית ומעוניין ללמוד על תהליך ההדפסה התלת מימדית משלב העיצוב ועד לתוצר הסופי.

בפרק נציג את התהליכים הדרושים על מנת לייצר מודל תלת מימדי – תכנון המודל, אופן שליחתו להדפסה, תהליך ההדפסה ועיבוד התוצר בסיום ההדפסה.

הקדמה:

אף על פי שקיימות טכנולוגיות רבות של הדפסה תלת מימדית,  ישנם שלבים בתהליך המשותפים לכולן.

פרק זה יתמקד בתהליך הכללי, משלב העיצוב ועד לקבלת התוצר הסופי. גם אם מדובר באב טיפוס מהיר או ברכיב פונקציונאלי סופי שמוכן לשימוש, התהליך הכללי הוא דומה.

שלב ראשון: מידול תלת מימדי ממוחשב - CAD

יצירת מודל ממוחשב היא השלב הראשון בתהליך ההדפסה התלת מימדית. הדרך הנפוצה ביותר לייצר מודל ממוחשב היא תכנון בעזרת מחשב (תיב"מ ובאנגלית: CAD – Computer-Aided Design). יש מגוון נרחב של תוכנות CAD  שמאפשרות להפיק קבצים תלת מימדיים המתאימים להדפסה תלת מימדית. את חלקן אפילו ניתן להוריד בחינם מהאינטרנט.

תוכלו ללמוד עוד בפרק על תוכנות CAD .

גיף דינמי - עיצוב של אימפקט לאבס בתוכנת CAD

דרך נוספת לייצור מודל תלת מימדי ממוחשב היא בעזרת סריקה תלת ממדית. תהליך זה מאפשר שימוש במוצר קיים ועריכה שלו בתוכנה ממוחשבת ללא צורך במידול שלו. לדוגמה, ניתן לסרוק אלמנטים אורגניים (כמו אבן) ולהשתמש בהם כחומר גלם עיצובי למוצר. ניתן גם לסרוק מוצרים הנדסיים (לדוגמא מטוס) ולהוסיף להם רכיבים מותאמים בעזרת תוכנות.  

לקריאה נוספת בנושא סריקה תלת ממדית

כאשר מעצבים מודל עבור הדפסה תלת מימדית יש התניות שיש להתחשב בהן. הדפסה תלת מימדית היא טכנולוגיית AM המבוססת על הוספת חומר שכבה אחר שכבה. לכן, ההתניות שלה שונות משיטות התכנון המסורתי המבוססות על גריעת חומר, כמו למשל CNC. ההתניות משתנות בהתאם לטכנולוגיית ההדפסה. לדוגמה: הגבלות גיאומטריות, הצורך ביצירת תמיכות  ו/או יצירת חור ניקוז לריקון חומר כלוא.

תוכלו ללמוד עוד בפרק 7 על התניות לתכנון CAD לתלת מימד.

שלב שני: המרת קבצי CAD ועיבוד קבצים

בניגוד לשיטות יצור אחרות, הדפסה תלת מימדית דורשת המרה של קבצי ה-CAD לקובץ אותו יכולה תוכנת המדפסת לפרוס לשכבות ולהמירו לרצף הוראות עבור המכונה הנקרא G-code.G-code היא שפת הוראות בעולם התיב"ם. היא נמצאת בשימוש על-ידי בקר ממוחשב, שמניע לפיה כלים לעיבוד שבבי, כגון כרסומות, מחרטות ומדפסות תלת מימד. בנוסף, תוכנת הפריסה מאפשרת למעצב לקבוע את הפרמטרים של ההדפסה, ביניהם: תומכות (supports), עובי שכבה, ומנח האובייקט במדפסת (מיקום, סיבוב וקנה מידה).

ישנם מספר סוגי קבצים שניתן לייבא לתוך תוכנות ההדפסה התלת מימדית. סוגי הקבצים משתנים לפי התוכנה עצמה ולפי טכנולוגית ההדפסה. סוגי הקבצים העיקריים בהם משתמשים עבור תוכנות הדפסה תלת מימדית הם קבצי STL ו-VRML (WRL). סוגי הקבצים הללו מרכיבים את האובייקט ממשולשים (פוליגונים). קבצי Standard Triangle Language) STL) אינם מכילים מידע צבעוני ולכן לא ניתן להדפיס באמצעותם מודלים בעלי מספר צבעים. אלא  צבע אחד בלבד. לעומת זאת, קבצי VRML (Virtual Reality Modeling Language מכילים מידע אודות הצבעוניות של המודל וניתן להדפיס עמם מודלים המכילים מגוון צבעים. כמובן שצבעוניות המודל איננה נקבעת על ידי הקובץ בלבד אלא גם על ידי טכנולוגית ההדפסה ובהתאם ליכולתה לייצר מודלים צבעוניים.

הסבר על סוגי קבצים ומדריך להמרת קובץ CAD ל-STL.

לפני המרה או יצירה של מודל המיועד להדפסה ישנם מספר מאפיינים שיש לקחת בחשבון. למעבר למאמר בנושא כללים ושיקולים כלליים שיש לקחת בחשבון לפני ההדפסה.

שלב שלישי: הדפסה

קיימים סוגים שונים של טכנולוגיות המאפשרות הדפסה תלת מימדית במגוון חומרים ורזולוציות עבור צרכים שונים. כל מדפסת דורשת תהליך תחזוקה שוטף והכנה מקדימה בטרם ההדפסה, אך התהליך משתנה בהתאם לסוג המדפסת והטכנולוגיה בה היא משתמשת.

שלב רביעי: סיום ההדפסה ועיבוד התוצרים

בסיום ההדפסה, מוציאים את התוצר מהמדפסת (בחלק מהטכנולוגיות מדובר בפעולה פשוטה, ובחלק מדובר בתהליך הדורש השקעה מסוימת. לדוגמה: ניתוק המוצר ממגש מחומם, או שאיבת אבקה בה שקוע המוצר.

במקרים מסוימים, לאחר הוצאת התוצר מהמדפסת, הוא נדרש לעבור תהליך של ניקיון בו מסירים שאריות של חומר תומך אם קיים. אופן הניקיון תלוי בטכנולוגיית ההדפסה ובכמות חומר התמיכה ויכול להתבצע על ידי לחץ אוויר, שטיפה, המסה, ושבירה פיזית של חומר התמיכה.

ישנן מדפסות שהתוצר המיידי שלהן הוא בעל חוזק סופי, וישנן כאלה שדורשות תהליך עיבוד חיוני בנוסף להדפסה על מנת להביא את המוצרים לדרגות הקושי או החוזק הסופיות שלהם.

לאחר שמביאים את המוצר לדרגת הקושי הנדרשת, עוברים לשלב הגימור. טכנולוגיות שונות מספקות מוצרים בדרגות גימור שונות. לכן, עבור צרכים מסוימים יאלצו החלקים לעבור תהליך עיבוד נוסף על מנת להעניק להם את הגימור הרצוי, לדוגמה שיוף או צביעה.