אחת השאלות שחוזרות אצלנו כמעט בכל פרויקט הדפסה היא למה חלק שנראה מושלם נשבר בניסוי הראשון. ברוב המקרים התשובה אינה בחומר אלא בכיוון שבו הוא הודפס. כיוון הדפסה והשפעה על חוזק הם קשר ישיר וחזק: חלק מודפס אינו גוש הומוגני אלא ערימה של שכבות מולחמות זו לזו, והחיבור ביניהן חלש מהחומר עצמו. התוצאה היא שאותו קובץ בדיוק יכול לתת חלק עמיד או חלק שביר, תלוי איך הונח על מגש ההדפסה. במאמר נסביר מה קורה פיזית, איך בוחרים כיוון, ומה עושים כשאין כיוון טוב.

למה השכבות חלשות

בהדפסת FDM החומר יוצא מהחרירה מותך ונמרח על השכבה הקודמת, שכבר התחילה להתקרר. החיבור בין השכבות נוצר מהיתוך חלקי בלבד, ולכן החוזק בכיוון האנכי, ציר Z, קטן משמעותית מהחוזק לאורך המשיכה. בפועל, החוזק בציר Z נע לרוב בין כשליש לשני שלישים מהחוזק במישור ההדפסה, תלוי בחומר ובפרמטרים. התכונה הזו נקראת אנאיזוטרופיה, כלומר תכונות מכניות שונות בכיוונים שונים. גם בשיטות אבקה כמו SLS קיים הבדל, אך קטן בהרבה, וזו אחת הסיבות לבחור בהן לחלקים פונקציונליים. השוואה בין השיטות מופיעה במאמרים FDM או SLA והדפסת SLS בניילון.

הכלל המעשי: כוח לאורך השכבות

הכלל הבסיסי פשוט. זהו את כיוון העומס העיקרי על החלק, והנח אותו כך שהעומס יעבור לאורך השכבות ולא ינסה לקלף אותן זו מזו. כמה יישומים נפוצים:

  • וו או תפס שנמשך כלפי מעלה יודפס שוכב, כדי שהמשיכה תהיה במישור השכבות ולא ניצבת להן.
  • ציר או מוט שמקבל כפיפה יודפס שוכב לאורכו, אחרת יישבר בדיוק במישור השכבה.
  • קליפס גמיש יודפס כך שהכיפוף מתרחש במישור ההדפסה, אחרת יתפצל אחרי מחזורים בודדים.
  • עמוד בלחיצה דווקא מסתדר טוב מודפס עומד, כי לחיצה סוגרת את השכבות במקום לפתוח אותן.
  • הברגה תחזיק טוב יותר כשהברגים נכנסים במישור ההדפסה ולא מפצלים שכבות.

הדרך הפשוטה לזכור את הקשר בין כיוון הדפסה והשפעה על חוזק היא לדמיין ערימת דפים מודבקים. קל להפריד אותם זה מזה, קשה מאוד לקרוע דף בודד. תכננו כך שהכוח ינסה לקרוע ולא להפריד. עוד לפני שמדפיסים, כדאי לסמן על מודל התלת ממד את חצי הכוחות הצפויים, ולבחור את ההנחה על המגש לפיהם.

מה עוד משתנה עם הכיוון

החוזק אינו הפרמטר היחיד שהכיוון משנה. הוא משפיע גם על גימור, על דיוק ועל עלות. משטחים משופעים מקבלים מדרגות בולטות, חורים המודפסים בציר האופקי יוצאים אליפטיים במקצת ולרוב צרים מהנקוב, וכל שינוי בכיוון משנה את כמות התומכות ולכן את זמן ההדפסה ואת איכות פני השטח באזורים הנתמכים. אצל חלקים עם דרישות מידה הדוקות זה קריטי, ופירטנו זאת במאמר דיוק מידות בהדפסה תלת ממדית. אם התומכות מפריעות לכם, שווה לקרוא גם על הדפסה ללא תומכות.

כשאין כיוון טוב אחד

לפעמים החלק מקבל עומסים בשני כיוונים מנוגדים, ואז שום הנחה על המגש לא תפתור את הבעיה. במקרים כאלה יש כמה מוצאים מעשיים. אפשר לחלק את החלק לשני חלקים שכל אחד מהם מודפס בכיוון האופטימלי ולחבר אותם בהדבקה או בבורג. אפשר להעביר את העומס לרכיב מדף מתכתי, למשל תותב או פין, במקום להישען על הפלסטיק. אפשר להגדיל את מספר קווי המעטפת, שהם החלק החזק ביותר במבנה, במקום להעלות את אחוז המילוי. ואפשר לעבור לחומר עם היצמדות בין שכבתית טובה יותר או להעלות את טמפרטורת החרירה במידה מבוקרת. סקירת החומרים הזמינים מופיעה במאמר חומרים להדפסה תלת ממדית, ותמונה כללית בעמוד הדפסה תלת ממדית.

מה זה אומר לגבי אב טיפוס מול מוצר סופי

נקודה שחשוב להדגיש: חלק מודפס שנשבר אינו בהכרח עדות לכך שהתכנון גרוע. אם המוצר עתיד להיות מיוצר בהזרקת פלסטיק, החומר יהיה הומוגני ולא יסבול מחולשת שכבות כלל, ולכן שבר בציר Z באב טיפוס עלול להטעות. לכן אנחנו בפרוג'קטס האוס מפרידים בין שני סוגי בדיקות: בדיקת צורה וממשק, שבה הכיוון כמעט לא משנה, ובדיקת פונקציה ועומס, שבה חייבים להתחשב בשיטת הייצור. כשהחלק המודפס הוא המוצר הסופי, סוגיית כיוון הדפסה והשפעה על חוזק הופכת לדרישת תכנון מלאה שיש לתעד בשרטוט לצד החומר ופרמטרי ההדפסה, כדי שכל סדרה תצא זהה.

אנחנו מגדירים את כיוון ההדפסה כחלק מהתכנון, לא כהחלטה של מפעיל המדפסת. יש לכם חלק קריטי שחייב לעמוד בעומס? קבלו הצעת מחיר ונבנה יחד תכנון שמתאים לשיטת הייצור.

רוצים להפוך רעיון למוצר? צרו קשר עם צוות פרוג'קטס האוס בע"מ – טלפון: 054-8936922 | דוא"ל: info@projects-house.com – ונשמח ללוות אתכם משלב הרעיון ועד המדף.