זמן קריאה: 5 דקות
חלק נשלח אלינו להדפסה במתכת, נראה מושלם על המסך. כשפתחנו אותו בתוכנת ההכנה, התגלו ארבעה חורים בגאומטריה ושלושה משטחים עם נורמלים הפוכים. המדפסת פשוט לא ידעה מה פנים החלק ומה חוץ. זה לא חריג. רוב הכשלים שאנחנו רואים אצל לקוחות חדשים לא מתחילים במכונה, הם מתחילים בקובץ. הכנת קובץ להדפסת תלת מימד היא השלב שבו נקבע אם תקבלו חלק תקין או גוש פלסטיק עקום, והרוב המוחלט של הבעיות ניתן למנוע עוד לפני שלוחצים Print.
אנחנו ב-Indus3D מלווים פרויקטים מהשרטוט הראשון ועד החלק המוגמר שיוצא מתחנת הצביעה. הדפסנו מעל 100,000 חלקים, ואנחנו יכולים להגיד לכם בדיוק איפה דברים מתפרקים. כמעט תמיד זה אותם שלושה או ארבעה דברים בקובץ.
עיקרי הדברים
- קובץ עם רשת פתוחה או נורמלים הפוכים גורם לכישלון הדפסה גם על המכונה הטובה ביותר
- יחידות מידה שגויות בייצוא STL הן אחת הטעויות הנפוצות והיקרות ביותר שאנחנו רואים
- כיוון ההדפסה ועובי הדופן משפיעים ישירות על חוזק החלק הסופי – אלו החלטות שמתקבלות לפני הדפסה
- בחירת הטכנולוגיה הנכונה (FDM, SLS, SLA, מתכת) דורשת הבנה של הקובץ והשימוש המיועד יחד
למה הקובץ הוא נקודת הכשל הראשונה
חשבו על הקובץ הדיגיטלי בתור שרטוט עבודה שאתם מוסרים למסגר. אם השרטוט לא מדויק, גם הבעל מלאכה הכי טוב יוציא חלק שגוי. אצל מדפסת תלת מימד זה חמור יותר, כי אין שלב של שיקול דעת אנושי באמצע. המכונה מתרגמת בדיוק את מה שכתוב בקובץ, כולל הטעויות.
תהליך העבודה התקני, כפי שמתואר גם בחומרי ההדרכה של הטכניון, עובר ממידול ב-CAD, דרך ייצוא לרשת משולשים, ועד המרה לקוד שהמכונה מבינה. בכל מעבר כזה אפשר לאבד מידע. דיוק גאומטרי שנשמר לאורך כל השרשרת הוא ההבדל בין חלק שמתאים בהרכבה לחלק שצריך להדפיס מחדש.
איך בונים מודל תלת מימד ומייצאים אותו נכון
הכל מתחיל בתוכנת תיכון. SolidWorks, Fusion 360 או כל סביבת CAD פרמטרית אחרת. בשלב הזה אתם בונים גוף מוצק (Solid) עם נפח מוגדר, לא אוסף משטחים מרחפים. ההבדל הזה קריטי. גוף מוצק יודע מה בתוכו ומה מחוצה לו, ומדפסת חייבת את המידע הזה כדי למלא את החומר.
הטעות היקרה ביותר שאנחנו רואים שוב ושוב היא יחידות מידה. לקוח עיצב חלק באינצ'ים, ייצא בלי לבדוק, והקובץ פורש כמילימטרים. במקום חלק של 50 מילימטר קיבלנו חפץ פי 25 בגודלו, או הפוך. מדריך הייצוא של SolidWorks מסביר שקובץ STL כלל לא נושא בתוכו מידע על מערכת מידות, ולכן הסלייסר מניח ברירת מחדל. בדקו את היחידות לפני כל ייצוא. זה לוקח חמש שניות וחוסך יום עבודה.
בחירת פורמט הקובץ בין STL לפורמטים מתקדמים
קובץ STL הוא הפורמט הוותיק והנפוץ בתעשייה. הוא עושה דבר אחד, ועושה אותו פשוט. הוא ממיר את המשטחים החלקים של המודל לרשת של משולשים קטנים (Mesh). ככל שיש יותר משולשים, פני השטח חלקים יותר, אבל הקובץ כבד יותר ואיטי יותר בעיבוד.
מה ש-STL לא יודע לעשות הוא לשמור מידע על צבע, חומר או יחידות מידה. כאן נכנס פורמט 3MF, שנושא בתוכו גם יחידות, גם הגדרות הדפסה וגם נתוני חומר. בעבודה מול ציוד תעשייתי אנחנו נעדיף 3MF כשהמכונה תומכת בו, במיוחד בהדפסות צבע ב-PolyJet. עדיין, STL נשאר תקן העבודה ברוב המקרים, ולכן צריך לדעת לייצא אותו נכון.
איך רזולוציית הייצוא משפיעה על פני השטח
כשאתם מייצאים ל-STL, התוכנה שואלת אתכם כמה דק לפרוס את המשולשים. הפרמטר נקרא בדרך כלל Chord Height או סטיית מיתר. ערך נמוך מדי וייווצרו פאות מצולעות גלויות לעין על משטח שאמור להיות מעוגל. ערך גבוה מדי וייווצר קובץ של מאות מגה בייט שתוקע את הסלייסר.
לחלק מכני פנימי שאף אחד לא רואה, רזולוציה בינונית מספיקה. לדגם מוצג ללקוח או לחלק רפואי שעובר אצלנו צביעה בטבילה, נעלה את הרזולוציה כדי שהגימור יישב חלק. זה איזון, לא כלל ברזל.
מה זה File Preparation ולמה הוא מציל הדפסות
File preparation הוא כל מה שקורה אחרי שיש לכם קובץ ולפני שהמכונה מתחילה לעבוד. זה שלב הבקרה. אצלנו מהנדס פותח כל קובץ נכנס ובודק אותו לפני שהוא נכנס לתור הייצור, בדיוק כמו שספריית הרמן באוניברסיטה העברית מפעילה נוהל בדיקת קובץ לפני שמאשרים הדפסה.
השאלה הראשונה שאנחנו שואלים על כל קובץ היא פשוטה. האם הוא סגור. מודל שנראה תקין בתצוגה יכול להסתיר חורים מיקרוסקופיים שהמכונה תיפול עליהם.
בדיקת Watertight ותיקון שגיאות טופולוגיות
המונח Watertight אומר בדיוק מה שהוא נשמע. קובץ שאם היית ממלא אותו במים, לא היה דולף ממנו טיפה. רשת המשולשים סגורה לחלוטין, בלי פערים. כשיש חור, המדפסת לא יודעת איפה נגמר החומר ומתחיל האוויר.
שתי תקלות חוזרות אצל לקוחות. הראשונה היא Non-manifold edges, קצה שמשותף ליותר משני משטחים, מצב שלא יכול להתקיים בחפץ פיזי. השנייה היא נורמלים הפוכים (Flipped Normals), כשהמשולש מצביע פנימה במקום החוצה והמכונה מתבלבלת בין פנים החלק לחוץ שלו. מדריך תיקון STL של DigiKey מראה איך מזהים את השגיאות האלה בסביבת סלייסר. מחקר מהטכניון על רשתות היברידיות לפרוטוטיפים מהירים מדגיש שפגמים כאלה ברשת הם מקור ישיר לחיתוך שכבות שגוי. לתיקון משתמשים בתוכנות ייעודיות כמו Meshmixer או Netfabb, אבל לחלקים תעשייתיים מורכבים אנחנו מעדיפים לתקן ידנית בסביבת ה-CAD המקורית, כדי לא לעוות את הגאומטריה.
יש לכם קובץ שאתם לא בטוחים לגביו
שלחו אותו לצוות שלנו. אנחנו נבדוק אותו, נצביע על הבעיות, ונגיד לכם מה צריך לתקן לפני שמדפיסים יחידה אחת.
הגדרות סלייסר שקובעות אם החלק יחזיק
אחרי שהקובץ סגור ותקין, הוא נכנס לתוכנת הסלייסר. התפקיד שלה לקחת את המודל התלת מימדי ולפרוס אותו לשכבות אופקיות, ואז לכתוב G-Code, שורת הוראות שאומרת למכונה לאן לזוז ומתי לפלוט חומר. כאן מתקבלות החלטות שמשפיעות ישירות על החוזק והדיוק.
ההחלטה הראשונה והחשובה ביותר היא כיוון ההדפסה (Orientation). חלק שמודפס שכבה על שכבה חזק יותר במישור האופקי מאשר לאורך ציר ה-Z. אם החלק יספוג עומס מכני בכיוון מסוים, אנחנו מסובבים אותו כך שקווי הכוח הפיזיקליים יהיו מיושרים עם השכבות. כיוון נכון מפחית גם את כמות התמיכות הנדרשות, וזה חוסך חומר וזמן עיבוד אחרי.
קביעת עובי שכבה, תמיכות וקדחים
עובי שכבה הוא משחק של איזון. שכבה דקה של 0.05 מילימטר תיתן פני שטח חלקים ופרטים עדינים, אבל ההדפסה תארך שעות רבות יותר. שכבה של 0.3 מילימטר מהירה, מתאימה לאב טיפוס פונקציונלי שצריך אתמול, ומשאירה קווי שכבה גלויים. אנחנו בוחרים לפי מה שהחלק צריך לעשות, לא לפי ברירת מחדל.
זוויות מעבר חדות, מה שנקרא Overhangs, דורשות תמיכות זמניות. בלי תמיכה, החומר נשפך לאוויר ונופל. הכלל המעשי הוא שזווית מעל 45 מעלות בדרך כלל תזדקק לתמיכה, אבל זה תלוי בטכנולוגיה. בהדפסת SLS באבקת ניילון, האבקה עצמה מחזיקה את החלק ולא צריך תמיכות בכלל, כפי שמוסבר במדריך התכן להדפסה בתוספת. עוד נקודה שלקוחות שוכחים היא קדחים וטולרנסים. אם תכננתם חור בקוטר מדויק לבורג, קחו בחשבון שההדפסה מצמצמת אותו מעט. אנחנו מוסיפים מרווח של עשיריות מילימטר לחלקים נעים, אחרת הם נדבקים זה לזה.
טעות נפוצה אחת שעולה ימי עבודה
לקוח מתחום הסטארטאפ שלח אלינו קובץ של מארז אלקטרוני, ביקש עשרים יחידות במהירות. הקובץ נראה מצוין. בבדיקה גילינו שדפנות המארז עוצבו בעובי 0.4 מילימטר, דק מדי מכדי להחזיק מעמד בהרכבה. בהדפסת FDM זה היה נשבר ביד.
במקום פשוט להדפיס ולהיכשל, התקשרנו אליהם. עיבינו את הדפנות ל-1.5 מילימטר, התאמנו את הקדחים, והמלצנו לעבור מ-FDM ל-SLS באבקת ניילון PA12 בשביל החוזק. עשרים היחידות יצאו תקינות בהדפסה אחת. זה בדיוק ההבדל בין שירות הדפסה בלבד לבין מה שאנחנו קוראים One Stop Shop – מהרעיון ועד המוצר תחת קורת גג אחת, כולל מחלקת גימור וצביעה פנימית.
איזו טכנולוגיה מתאימה לקובץ שלכם
הקובץ שלכם לא חי בחלל ריק. ההחלטה על הטכנולוגיה משפיעה אחורה על איך מכינים את הקובץ. דיוק נדרש, נפח החלק, החומר וסוג התעשייה כולם משחקים בבחירה. אנחנו שולטים בשבע טכנולוגיות הדפסה, כולל הדפסת מתכת, ולכן אנחנו בוחרים לפי הצורך ולא לפי מה שיש במחסן.
דוגמה מהשטח. עבור גוף ביטחוני הדפסנו חלקי קצה לציוד שדה בטכנולוגיית SLS, כי הם היו צריכים לעמוד בעומס בלי להישבר. עבור משרד אדריכלים הדפסנו מודל מבנה ב-SLA, כי שם פני השטח החלקים חשובים יותר מהחוזק. וכשלקוח רכב ביקש תושבת מתכת עמידה, עברנו להדפסת מתכת. אותו רעיון, שלושה קבצים שהוכנו אחרת לגמרי.
צ'קליסט הכנת קובץ לפני שאתם שולחים
לפני שאתם לוחצים שלח, עברו על הנקודות האלה. הן מסכמות את כל מה שגורם לרוב הכשלים שאנחנו רואים, והן יחסכו לכם זמן וחומר.
אם עברתם על הכל ועדיין משהו לא ברור, זה נורמלי. גם מהנדסים מנוסים מתלבטים לפעמים אם כיוון ההדפסה אופטימלי או אם עובי הדופן מספיק. כאן נכנס הצוות.
פנייה לצוות להכנת קובץ הדפסת תלת מימד
הכנת קובץ הדפסת תלת מימד מושלמת היא שילוב של ידע בתוכנה, היכרות עם החומרים והבנה של מה כל מכונה יודעת לעשות. לצוות המהנדסים והמעצבים שלנו יש את שלושת הדברים, וגם את הציוד התעשייתי לבדוק כל קובץ מול הטכנולוגיה שתבחרו, בין אם זו FDM, SLA, SLS, הדפסת מתכת או כל אחת משבע הטכנולוגיות שאנחנו מפעילים.
שלחו לנו את הקובץ שלכם לבדיקה. אנחנו נריץ עליו בקרה, נגיד לכם איפה הוא חזק ואיפה הוא בעייתי, ונציע את הטכנולוגיה הנכונה לפני שמדפיסים יחידה אחת. אנחנו אוהבים את הרגע שבו קובץ שעוד אתמול היה רעיון על המסך הופך לחלק שמחזיקים ביד. דברו איתנו או היכנסו לאתר לראות מה הדפסנו עד היום.
סיכום
הכנת קובץ נכונה היא לא שלב מנהלי, היא הייצור עצמו. קובץ עם רשת סגורה, יחידות מידה מוגדרות, נורמלים נכונים ועובי דופן מתאים מגיע למכונה כשהוא מוכן. קובץ שעבר File preparation מקצועי – כולל בחירת כיוון הדפסה ועובי שכבה מתאים לשימוש – יוצא כחלק עובד בהדפסה הראשונה. אנחנו בודקים כל קובץ שמגיע אלינו לפני שנכנסים לתור הייצור, ואנחנו מדברים עם הלקוח כשיש משהו שאפשר לשפר.
אודות הכותב
צוות Indus3D
צוות Indus3D מפעיל את מתקן ההדפסה התלת ממדית התעשייתי הגדול והמתקדם בישראל, ועובד מול לקוחות מתחומי הרפואה, האדריכלות, התעשייה הביטחונית, חברות סטארט אפ ולקוחות פרטיים. הניסיון של הצוות משתרע על פני מגוון טכנולוגיות הדפסה לרבות DLP, MJF, SLA, PolyJet, SLS ו-FDM, וכן ליווי מלא משלב הקובץ או הרעיון ועד לחלק מוגמר.