איך בוחרים את החומר המתאים לייצור בהדפסת תלת מימד?

החומר משפיע לא רק על חוזק המוצר הסופי, אלא גם על רמת הדיוק, זמן ההדפסה, מחיר הייצור, עמידות בתנאים סביבתיים ותכונות מכניות נוספות.

ההיצע הרחב של חומרים זמינים כיום לשימוש במדפסות תלת מימד, בשיטות הדפסת תלת מימד שונות, יוצר צורך להבין את ההבדלים, השיקולים והשלכות הבחירה. הכנו סקירה של סוגי החומרים המרכזיים, דרכה נבחן את השיקולים המובילים בבחירה, ונציע המלצות מעשיות שמתאימות למצבים מגוונים.

מה משפיע על בחירת חומר להדפסה?

לפני שנכנסים לסוגי החומרים עצמם, חשוב להבין אילו שאלות צריכים לשאול כדי להתאים את החומר לדרישות הייצור:

• מהם הכוחות שהמוצר יצטרך לשאת? האם הוא נדרש לעמוד בעומסים מכניים?
• האם המוצר חשוף לטמפרטורות קיצוניות, קרינה, מים או כימיקלים?
• מהי דרגת הדיוק הנדרשת בפרטים הקטנים?
• האם המוצר מיועד לאב טיפוס בלבד או לשימוש קבוע?
• האם מדובר בחלק פונקציונלי או באובייקט עיצובי בלבד?
• מה גודל החלק? האם מדובר בפריט קטן ומדויק או ברכיב גדול ודקורטיבי?
• מה תקציב ההפקה?
• באיזו שיטת הדפסה משתמשים (FDM, SLA, SLS וכו')?

תשובות לשאלות אלה יצמצמו את האפשרויות ויאפשרו בחירה מושכלת ומדויקת יותר.

חומרים נפוצים בהדפסה תלת מימדית – סקירה

PLA – פולילקטיד

PLA הוא אחד החומרים הנפוצים ביותר במדפסות שולחניות. מדובר בפולימר תרמו-פלסטי ביודגרדבילי, לרוב מבוסס על עמילן תירס. החומר קל לעיבוד, בעל עלות נמוכה, ואינו פולט ריחות חזקים בעת הדפסה.

יתרונות: קל להדפסה, ידידותי לסביבה, מתאים לאובייקטים עיצוביים ולאב טיפוס

חסרונות: שביר יחסית, רגיש לחום, אינו מתאים לחלקים נושאי עומס

מתאים ל: דגמים, מודלים אדריכליים, עיצוב מוצר, צעצועים

ABS – אקרילוניטריל-בוטאדיאן-סטירן

חומר עמיד יותר מ-PLA, נפוץ בתעשיות שמייצרות חלקים פונקציונליים. דורש טמפרטורת הדפסה גבוהה ומדפסת עם משטח מחומם.

יתרונות: עמיד לחום, חזק יותר מ-PLA, גמיש במידת מה, ניתן לעיבוד לאחר ההדפסה

חסרונות: ריח חזק, נוטה להתכווצות והתעוותות, דורש סביבה מבוקרת

מתאים ל: חלקים הנדסיים, מוצרי צריכה, אביזרי רכב, קופסאות ומחזיקים

PETG – פוליאתילן טרפתלט עם גליקול

שילוב בין קלות ההדפסה של PLA לבין עמידות של ABS. מציע איזון טוב לתכונות מכניות ועמידות כימית.

יתרונות: חזק, גמיש, עמיד למים ולכימיקלים, כמעט ללא התעוותות

חסרונות: נוטה לשריטות, פחות מתאים לחלקים עדינים מאוד

מתאים ל: בקבוקי מים, מכלים, חלקים לשימוש חיצוני, מארזים

TPU – פוליאוריתן תרמופלסטי (גמיש)

חומר אלסטי המדמה גומי, משמש להדפסת פריטים הדורשים גמישות גבוהה או עמידות לזעזועים.

יתרונות: גמיש מאוד, עמיד לזעזועים, עמיד בשחיקה

חסרונות: קשה להדפסה, דורש מהירות איטית, פחות מדויק בפרטים קטנים

מתאים ל: מגני טלפון, אטמים, גלגלים קטנים, מוצרים לבישים

ניילון (PA)

חומר חזק וגמיש, בעל עמידות גבוהה לכימיקלים, מתאים להדפסות תעשייתיות, במיוחד במכונות SLS.

יתרונות: חוזק גבוה, גמישות, עמידות גבוהה לשחיקה ולחום

חסרונות: סופג לחות, עלות חומר גבוהה, פחות קל לעיבוד ביתי

מתאים ל: חלקים תעשייתיים, גלגלי שיניים, אבות טיפוס פונקציונליים, רכיבים נעים

שרפים (Resins) – להדפסות SLA/DLP

במקום חומר מוקשה בחום, שרף הוא חומר נוזלי שמוקשה באור UV. מתאים ליצירת פרטים מדויקים במיוחד.

יתרונות: חדות גבוהה, דיוק בפרטים קטנים, מגוון תכונות לפי סוג השרף

חסרונות: שביר, רגיש לאור UV, דורש טיפול לאחר ההדפסה (שטיפה, הקשיה)

מתאים ל: תכשיטים, רפואת שיניים, דגמים זעירים, תבניות

חומרים מתקדמים – PEEK, ULTEM, קרבון

בתחום התעשייתי קיימים חומרים עמידים במיוחד, שמתאימים לשימושים בתנאים קיצוניים. השימוש בהם מתבצע לרוב במדפסות תעשייתיות ייעודיות.

יתרונות: חוזק גבוה מאוד, עמידות לחום וקורוזיה, תאימות ביולוגית

חסרונות: יקרים מאוד, דורשים ציוד ייחודי, מורכבים להדפסה

מתאים ל: תעשיות ביטחוניות, חלקי מנועים, רכיבים רפואיים, חלל ותעופה

התאמת חומר ליישום בפועל – דוגמאות לשיקול דעת

מפתחים אב טיפוס לעכבר מחשב? PLA יספיק. נדרש חלק לשימוש חיצוני שיחשף למים? PETG עדיף. רוצים לייצר תושבת שתעבור חום קבוע של 80 מעלות? כדאי לבחור ב-ABS או ניילון. זקוקים לאובייקט דקורטיבי קטן ומפורט? שרף ייתן את התוצאה הכי מדויקת.

כלומר, אין חומר "הכי טוב" – אלא חומר הכי מתאים לדרישות היישום.

שיקולים נוספים בבחירת חומר

נוסף על תכונות החומר עצמו, יש להתחשב גם בפרמטרים הבאים:

• זמינות – האם ניתן להשיג את החומר במדפסת הקיימת?
• תמיכה – האם המדפסת תומכת בטמפרטורת ההדפסה הנדרשת?
• בטיחות – האם יש אדים רעילים? האם נדרש אוורור?
• קלות עיבוד לאחר ההדפסה – שיוף, קידוח, הדבקה
• אפשרויות צביעה או ציפוי
• משקל – רלוונטי בעיקר לרכיבים שצריכים להיות קלים
• אסתטיקה – מידת השקיפות, ברק, טקסטורה

המלצות לבחירה חכמה

• להבין את הדרישות המכאניות והפונקציונליות של המוצר
• להתחיל בניסוי עם חומרים זולים לפני מעבר לחומרים מתקדמים
• להתייעץ עם אנשי מקצוע אם לא בטוחים בבחירה
• לבצע בדיקות חוזק, כיפוף ועמידות לאורך זמן על דגמים ראשונים
• לוודא שהמדפסת מתאימה לחומר הנבחר – מבחינת טמפרטורה, גודל משטח, וסוג ראש ההדפסה

סיכום

בחירת חומר להדפסת תלת מימד אינה החלטה טכנית בלבד, אלא חלק בלתי נפרד מתהליך הפיתוח והייצור. ההבנה של תכונות החומר, ההתאמה לדרישות השימוש, יכולות המדפסת והסביבה – תעשה את ההבדל בין אב טיפוס מוצלח לבין חלק שאינו עונה על הציפיות.

ככל שמתרגלים לזהות את המגבלות והיתרונות של כל חומר, כך ניתן לנצל את מלוא הפוטנציאל של טכנולוגיית ההדפסה – ולייצר מוצרים איכותיים, עמידים ויעילים יותר. הבחירה הנכונה מתחילה בהבנה עמוקה של מה רוצים להשיג – ומסתיימת בחלק שממלא את ייעודו במדויק.