מגוון חומרי הגלם שניתן להדפיס איתם כיום עומד על כ- 200 סוגים שונים. שלושת החומרים הנפוצים ביותר לייצור בהדפסה תלת ממדית הם חומרים פלסטיים מסוג ABS, PLA וניילון 12 (פוליאמיד). בפרק זה נתמקד בחמישה חומרי גלם פלסטיים נפוצים, בשלוש שיטות הדפסה ובארבע תכונות מכניות החשובות לתכנון חלקים הנדסיים.
מה זה ABS?
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) I- Ultem הם חומרים נוספים שנמצא רק בשיטת ההדפסה בחוט – FDM.
ניילון 12 ניתן להדפיס גם ב FDM אבל, הוא נפוץ בעיקר בשיטת ההדפסה SLS.
שיטת יצור נוספת היא ה- Polyjet המוכרת בעיקר מהמדפסות של חברת אובג'ט. בשיטה זו מוזרק שרף המתמצק על ידי חשיפה לאור. לשיטת ה-Polyjet מספר רב של חומרי גלם ייחודיים. ה-VeroClear הוא אחד הנפוצים שבהם. חומרי הגלם ב-Polyjet משנים את תכונותיהם בחשיפה לאור וללחות ולכן הם נפוצים יותר למודלים ופחות לשימושים הנדסיים.
השוואה לפי ארבע תכונות מכניות חשובות*:
- משקל סגולי או צפיפות – בפשטות, עם נכפיל את המשקל הסגולי בנפח, נקבל את משקל החלק.
- חוזק למתיחה (Tensile Strength) – מקסימום כוח מתיחה שאפשר להפעיל על חלק עד לנקודה בה הוא נכשל.
- 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 מגינים 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.
- טמפרטורת מעוות (Heat deflection temperature) – הטמפרטורה בה חלק פלסטיק מתעוות תחת מאמץ נתון.
על פי הטבלה המצורפת, קל לראות מדוע ניילון 12 הוא החומר הפלסטי המועדף לייצור בהדפסה תלת ממדית בשיטת ה SLS המאפשרת קבלת יחס חוזק למשקל פנטסטי.
בעת בחירת חומר גלם ושיטת הדפסה יש להתחשב במספר פרמטרים נוספים כגון:
- 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 ULTEM.
- הולכת חום – פלסטיק הוא מוליך חום גרוע. בניילון 12 בתוספת אלומיניום (אלומיד) הולכת החום טובה עד פי 10.
- עמידות בתנאי סביבה – PLA מתפרק בחשיפה ממושכת לשמש או למים. חומרי ה Polyjet סופחים לחות. חלקים המודפסים ב FDM לא יכולים לעמוד בלחצי נוזלים.
