הדפסת תלת מימד בחומרים גמישים

כשמהנדס מבקש מאיתנו "חלק גמיש", הבקשה הזאת יכולה להתכוון לשישה דברים שונים. אטם שצריך להידחס ולחזור לצורתו, צינור שצריך להתכופף בלי להיסדק, תפסנית רכה שלא תשרוט חלק מלוטש, או ריפוד שצריך לבלוע מכה. כל אחד מהם דורש קשיות אחרת, ולכן חומר אחר.

בעמוד הזה נסביר מה מייצר את הגמישות בהדפסת תלת מימד, איך בוחרים את דרגת הקשיות הנכונה, מה ההבדל בין הטכנולוגיות, ואיפה חומר גמיש דווקא אינו הפתרון.

זמן קריאה: 5 דקות

מה זה TPU ולמה הוא לא "פלסטיק רך"

TPU הוא פוליאוריתן תרמופלסטי: משפחת חומרים שמתנהגת כמו גומי אבל נמסה ומתעבדת כמו פלסטיק. המשמעות המעשית היא שאפשר להדפיס אותו בלי תבנית ובלי יציקה, ועדיין לקבל חלק שנדחס, מתמתח וחוזר לצורתו.

המאפיין שמבדיל אותו מפלסטיק קשיח הוא ההתארכות עד שבר. FDM TPU 92A מגיע ל-552% בכיוון XY לפי ASTM D638 – כלומר החלק יכול להימתח לפי חמישה וחצי מאורכו לפני שהוא נקרע. לשם השוואה, ניילון הנדסי רגיל נשבר הרבה לפני כן. ניילון PA12 חזק וקשיח יותר, אבל הוא לא חוזר לצורתו אחרי דחיסה.

ההבדל הזה הוא בדיוק הסיבה לקיומו של החומר. אטם שמאבד את הצורה אחרי הדחיסה הראשונה אינו אטם.

הקשיות היא המספר שקובע

דרגת הקשיות נמדדת בסולם Shore A. ככל שהמספר גבוה יותר, החומר קשיח יותר. זו ההחלטה הראשונה שצריך לקבל, והיא חשובה יותר מבחירת היצרן. הטבלה מסכמת את החומרים הגמישים בקטלוג שלנו:

הכלל המעשי שאנחנו עובדים לפיו: ככל שהחלק צריך לבלוע אנרגיה – יורדים בקשיות. ככל שהוא צריך להחזיק צורה תחת עומס – עולים. אטם דינמי ורכיב ריפוד יושבים בתחתית הטווח. גלגלת, מיסב גמיש או ידית שצריכה להרגיש מוצקה יושבים בחלק העליון.

שווה לדעת: אפשר לשנות את התחושה של החלק גם בלי להחליף חומר. הדפסה של מבנה סריג פנימי במקום חומר מלא מורידה את הקשיות האפקטיבית ואת המשקל, ומאפשרת להחליף רכיבי קצף ביציקה. שני חומרים בקטלוג מיועדים לכך במפורש: HP 3D HR TPU 01 ו-EOS TPU 1301.

הדבר שמפתיע מהנדסים: כיוון ההדפסה

בכל חלק מודפס יש הבדל בין הכיוון שבו נבנו השכבות לבין הכיוון הניצב להן. בחומרים קשיחים ההפרש הזה לרוב נסבל. בחומרים גמישים הוא גדול מאוד, וצריך לתכנן לפיו.

הנתונים מדפי הנתונים שלנו מדברים בעד עצמם: ב-ESTANE 3D TPU M88A ההתארכות עד שבר היא 440% בציר X אבל 125% בציר Z. ב-TPU 90A Powder זה 310% מול 110%. כלומר חלק שנמתח בכיוון הלא נכון עלול להיקרע בשליש מהעומס שתכננתם לו.

לכן, כששולחים אלינו קובץ של רכיב גמיש, השאלה הראשונה שנשאל היא לא איזה חומר – אלא לאיזה כיוון החלק נמתח או נדחס בפועל. את התשובה הזאת אי אפשר לנחש מהקובץ.

איזו טכנולוגיה מתאימה לאיזה חלק

יישומים אופייניים

• אטמים ואטימות – אטמים דינמיים, אטמי מכסה, רכיבים שצריכים להישאר אטומים למים
• בולמי זעזועים וריפוד – פגושים, מעטפות סופגות, ריפוד לציוד מגן
• צינורות וצינורות אוויר – במיוחד בגיאומטריה שקשה להשיג ביציקה
• ג'יגים ומתקני עזר – תפסניות רכות ותבניות שמחזיקות חלק מדויק בלי לשרוט אותו
• חלקי חילוף – שחזור רכיב גומי שיצא מייצור, אחרי סריקה והנדסה הפוכה
• רכיבים במגע עם העור – רצועות, מדרסים, ליינרים ואבזרי לבישה

לגבי הקבוצה האחרונה חשוב לדייק: Ultrasint TPU01 עבר בדיקות ציטוטוקסיות, גירוי עורי ורגישות לפי ISO 10993-5 ו-ISO 10993-10, ו-TPU 90A Powder מוגדר בטוח למגע עור. זה אינו תחליף לאישור רגולטורי של מוצר רפואי מוגמר – ראו הדפסת תלת מימד לרפואה להסבר על מה שאנחנו כן ולא מספקים בתחום הזה.

מתי חומר גמיש אינו התשובה

שאלות נפוצות

אפשר לקבל בדיוק את אותה קשיות כמו הגומי המקורי?

לא תמיד בדיוק, ולרוב מספיק קרוב. אם יש לכם את החלק המקורי, המסלול הנכון הוא לשלוח אותו אלינו – אפשר למדוד את הקשיות בפועל ולבחור את החומר הקרוב ביותר, במקום לנחש מהשרטוט.

חלק מודפס גמיש מחזיק לאורך זמן?

תלוי בסביבה. חלק מהחומרים בקטלוג נבדקו במפורש לעמידות בקרינת UV ובהידרוליזה, למשל EOS TPU 1301. אם החלק עובד בחוץ, בקרבת מים או בשמנים, זה שיקול שצריך להיכנס לבחירה מראש ולא בדיעבד.

יש מינימום הזמנה?

לא. אפשר יחידה אחת. בייצור במיטת אבקה עלות היחידה יורדת משמעותית ככל שממלאים יותר חלקים באותה הדפסה, ולכן דווקא בחומרים האלה יש הבדל גדול בין הצעה ליחידה בודדת להצעה לסדרה.

אפשר לשלב חלק קשיח וחלק גמיש באותו רכיב?

בהדפסה זה תלוי בטכנולוגיה. הדרך שאנחנו ממליצים עליה ברוב המקרים היא להדפיס שני חלקים נפרדים ולתכנן ביניהם ממשק הרכבה – זה נותן שליטה טובה יותר על כל אחד מהם ומאפשר להחליף רק את הרכיב שנשחק.