מדפסת תלת מימד גדולה: מדריך לבחירת המדפסת המתאימה להדפסה בפורמט גדול

חלק בגובה 1.4 מטר יוצא מהמכונה בחתיכה אחת. בלי תפר, בלי דבק, בלי ג'יג יישור ובלי מישהו שיושב שש שעות עם נייר לטש על קווי ההדבקה. מדפסת תלת מימד גדולה אינה גרסה מנופחת של המכונה השולחנית שיש לכם במעבדת הפיתוח, היא כלי ייצור עם היגיון תכנוני אחר, והיא משנה החלטות עוד בשלב ה-CAD.

אנחנו מדפיסים חלקים גדולים כל יום, בשבע טכנולוגיות שונות, ובמפעל שלנו בפתח תקווה עברו עד היום מעל 100,000 חלקים. המאמר הזה לא יסביר מה זה ייצור תוספתי, אלא מה נכנס פיזית לתא ההדפסה, מתי שווה לייצר מקשה אחת, ומתי הפיצול הוא בכלל ההחלטה הנכונה.

זמן קריאה: 6 דקות

הטעות שחוזרת אצל כל מנהל פיתוח שני

מגיע אלינו קובץ של מכסה בגודל 880 על 540 מ"מ, כבר מפוצל לארבעה רבעים, כי מישהו בדק את נפח ההדפסה של מדפסת FDM שולחנית והתאים את התכנון אליה.

ארבעה רבעים זה שלושה תפרים. כל תפר סוחב אי דיוק של כ-0.3 מ"מ בהדבקה, והם מצטברים. מוסיפים שעות עבודה של טכנאי, דבק אפוקסי שמחייב זמן התקשות, ואזור חלש בדיוק במקום שבו עובר העומס. בשלב הזה אנחנו בדרך כלל מבקשים לראות את המודל המקורי לפני הפיצול.

לפעמים אחרי שבודקים מתברר שהפיצול נכון, למשל כשהחלק מיועד לשינוע במזוודה או כשיש דרישה להחלפת חלק בודד בשטח. אבל ההחלטה צריכה להיות הנדסית, לא תוצאה של מפרט מכונה שהיה מונח על השולחן.

מה נכנס לתא ההדפסה ומה נשאר בחוץ

זו השאלה הראשונה שמנהלי ייצור שואלים אותנו, ולכן הכי פשוט לפרוס את המספרים על השולחן. הטבלה מציגה נפחי עבודה טיפוסיים של מערכות תעשייתיות מהסוג שאנחנו מפעילים, כולל הפורמטים הגדולים באמת.

מתי שווה לייצר מקשה אחת

הדפסה מונוליטית, כלומר רכיב שיוצא שלם מהמכונה, מנצחת בשלושה מקרים ברורים. כשהחלק צריך להיות אטום, כשהוא נושא עומס לאורך הציר הארוך, וכשהוא הולך להיות מוצג מול לקוח או מול משקיע.

מונחי היסוד של התחום, כולל ההבחנה בין קטגוריות התהליכים, מוגדרים בתקן ISO/ASTM 52900, וכדאי להכיר אותם כשמנסחים דרישות רכש. בפועל, ההחלטה בין large format לפיצול תלויה פחות בהגדרות ויותר בשאלה אחת, איפה עובר העומס.

מה קורה בתפר ההדבקה

תפר מודבק בין שני חלקי ABS מגיע בדרך כלל ל-40 עד 70 אחוז מחוזק החומר הבסיסי, תלוי בהכנת השטח ובסוג האפוקסי. בחלק דקורטיבי זה לא מעניין אף אחד. במכלול שסוגר על אוויר בלחץ, או בזרוע שמחזיקה מנוע קטן, זה בדיוק המקום שבו הדברים נפתחים.

הדפסה פורמט גדול מוציאה את התפר מהמשוואה. במקום לתכנן חיזוקים סביב קווי ההדבקה, אתם מתכננים את החלק כפי שהוא נדרש לתפקד. יצרן זגיגים שעבד איתנו הוריד כך שני צלעות חיזוק פנימיות שהיו קיימות רק כדי לתמוך בתפר.

הסובלנות המצטברת שכמעט אף אחד לא מתכנן

שרשרת של ארבעה חלקים מודבקים היא שרשרת של אי דיוקים. אם כל חיבור סוטה ב-0.3 מ"מ, החלק הסופי יכול לחטוא במילימטר שלם באורך, וזה כבר משפיע על התאמה למכלול קיים ועל מרווחים מתוכננים.

בחלק שיוצא במקשה אחת מ-F770 הסטייה נשארת בתוך סובלנות המכונה, בערך 0.2 מ"מ או 0.15 אחוז מהמידה, הגדול מביניהם. זה הבדל שמרגישים בשלב ההרכבה, לא בשלב ההדפסה, ולכן הוא מתגלה תמיד מאוחר מדי.

Massivit מול F770 בהחלטת רכש אחת

השוואה בין שתי גישות הדפסה בפורמט גדול, לפי סוג היישום

שתי המכונות מדפיסות גדול, ושם נגמר הדמיון. Massivit בונה מג'ל אקרילי שמתקשה תחת UV ומגיעה למאית מנפח של חדר, עם קצב שמאפשר גוף חלול בגובה 1.8 מטר בתוך יום עבודה אחד. הדופן דקה, החומר לא נועד לעומס מכני מתמשך, והיישום הטבעי הוא תבניות, מיצגים ואבי טיפוס ויזואליים.

F770 עובדת בשיטה שמוכרת לכולם, חוט תרמופלסטי שנמשך דרך ראש מחומם. היא איטית יותר משמעותית, אבל מוציאה חלק הנדסי מ-ABS-M30 שאפשר לקדוח בו, להבריג בו ולהעמיס עליו.

אם מישהו מציג לכם את שתיהן כמתחרות, הוא לא הבין את השאלה שלכם.

43 שעות הדפסה, ומה קורה בשעה 31

הדפסה של חלק בגובה 90 ס"מ ב-FDM נמשכת אצלנו לעיתים 40 שעות ויותר. במשך כל הזמן הזה תא ההדפסה חייב להישאר בטמפרטורה קבועה, כי כל ירידה של כמה מעלות יוצרת התכווצות דיפרנציאלית בין שכבות, והתוצאה היא התקמרות בפינות או סדק פנימי שלא רואים מבחוץ.

לכן מדפסת תלת מימד גדולה תעשייתית מושקעת בתא אקלים אטום, במשטח בנייה מכויל ובמכניקה שלא נסחפת אחרי 30 שעות תנועה. זה גם ההבדל המרכזי בין מכונה שנראית מרשימה במפרט לבין מכונה שמייצרת אותו חלק שוב בעוד חודשיים.

דיוק גיאומטרי וחזרתיות בייצור סדרתי

חזרתיות היא לא הבטחה, היא מדידה. אנחנו סורקים חלקים גדולים במכשור מדידה ומשווים למודל המקורי, ובסדרות עבור לקוחות תעופה ורפואה מתעדים כל הדפסה עם פרמטרי המכונה, מספר אצווה של החומר וזמני התא.

גוף המדידה האמריקאי NIST מרכז מחקר שלם על מדע המדידה בייצור תוספתי, בדיוק בגלל שדיוק ממדי וניטור תהליך הם החסמים העיקריים לאימוץ תעשייתי. תקנים תובעניים כמו NASA-STD-6030 דורשים תיעוד ברמה כזו לכל חלק טיסה, וההיגיון הזה מחלחל היום גם לפרויקטים ביטחוניים בארץ.

חומרים הנדסיים שמחזיקים חלק בגודל מלא

ככל שהחלק גדול יותר, כך החומר סובל יותר. ABS-M30 הוא ברירת מחדל טובה למרבית החלקים הגדולים, ASA מוסיף עמידות לקרינת UV לחלקים שיוצאים לחוץ, פוליקרבונט נותן קפיצה בחוזק, ו-ULTEM 9085 נכנס לתמונה כשיש דרישות עשן ורעילות בתא נוסעים.

יש גם חומרים שאנשים לא מצפים להם. הדפסנו למשל גבס מודפס בתלת מימד, שנותן מרקם ותחושה שאף פילמנט לא מייצר. בחירת החומר בחלק גדול היא החלטה על כל שרשרת התהליך, כולל מה יקרה לו בגימור.

אוורור וסינון פליטות בסביבת העבודה

מכונה שמחממת תרמופלסט במשך 40 שעות פולטת חלקיקים אולטרה דקים ותרכובות אורגניות נדיפות. מחקר של המוסד לבטיחות ולגיהות מדד עלייה משמעותית ברמות UFA ו-VOC בהדפסה עם PLA ו-ABS ביחס לרקע, וההנחיות של NIOSH נוקבות באותה נקודה.

אצלנו זה מתבטא בהפרדה בין אולם המכונות לאזורי העבודה, בשאיבה מקומית ובסינון. אם אתם שוקלים להכניס מכונה כזו לחדר פיתוח פתוח, זו הנקודה שכדאי לבדוק ראשונה, לפני נפח ההדפסה ולפני המחיר.

תיעוד ותקינה כשהלקוח הוא צבא או תעופה

בפרויקט ביטחוני הלקוח לא מבקש חלק, הוא מבקש חלק עם היסטוריה. מספר אצווה של החומר, פרמטרי הדפסה, מי אישר את הכיול ומה נמדד בסוף.

עבודה מול תקנים רשמיים בישראל מחייבת גם בדיקה מול מנוע התקנים של משרד הכלכלה, ובפרויקטים שדורשים אישור חיצוני זה שלב שמוסיף שבועות אם לא מתכננים אותו מראש. אנחנו מעדיפים לדעת על הדרישה הזו בשיחה הראשונה ולא אחרי שהחלק כבר יצא מהמכונה.

למה הגימור הוא חצי מהפרויקט בחלקים גדולים

גימור פני שטח בחלק בפורמט גדול, לפני צביעה סופית

חלק בגודל שני מטר מרובע של פני שטח הוא הרבה מאוד שטח שצריך לטפל בו. בחלק קטן הגימור לוקח שעה. בחלק גדול הוא יכול לקחת יותר זמן מההדפסה עצמה, ומי שלא תמחר את זה מגלה זאת בדרך הקשה.

במפעל שלנו יש מחלקת גימור וצביעה פנימית, כולל צביעה בטבילה, ציפוי מתכת ועיבוד משלים במכונות. הסיבה פרקטית לחלוטין. חלק גדול שנוסע לספק צביעה חיצוני נחשף לפגיעות בשינוע, ולוח הזמנים מתפצל בין שני גורמים שאף אחד מהם לא אחראי על התוצאה השלמה.

כשהכל קורה תחת קורת גג אחת, אנחנו מתקנים בעיה בגימור בלי לפתוח הזמנת עבודה חדשה.

שלושה תרחישים מרצפת הייצור

חברת כנפית פנתה אלינו כדי להדפיס דגמים לתערוכת כירורגיה, ובמהלך העבודה עברנו לטכנולוגיה מתקדמת יותר מזו שתוכננה בהתחלה, כי איכות פני השטח בתערוכה חשובה יותר מזמן ההדפסה.

במקרה אחר יצרן בתחום הרכב היה צריך תבנית ליציקת רכיב פנימי. במקום להוציא תבנית אלומיניום בחריטה בעלות ובזמן המתאימים, הדפסנו את התבנית ב-Massivit ובתוך שלושה ימים היה לו כלי עבודה בידיים. הוא ייצר איתו סדרה ראשונה של 40 יחידות.

ופרויקט אדריכלי אחד שנשאר בזיכרון, פסל בגובה 2.7 מטר שהודפס בשלושה מקטעים בלבד במקום 14, כי הצלחנו לנצל את גובה תא ההדפסה עד הסנטימטר האחרון.

אב טיפוס בגודל מלא לפני שמשקיעים בתבנית

תבנית הזרקה למוצר בינוני היא השקעה של עשרות אלפי שקלים וכמה שבועות. אב טיפוס בגודל מלא, מודפס במקשה אחת, עולה שבריר מזה ומאפשר לשים את המוצר בידיים של אנשים לפני שחותכים פלדה.

ראינו לא מעט מקרים שבהם הדגם הפיזי חשף בעיית אחיזה או מרווח שאף סבב ביקורת תכנון על המסך לא תפס. לקוח סטארטאפ אחד שינה את מיקום החיבור החשמלי אחרי שהחזיק את הדגם, שינוי של 12 מ"מ שהיה עולה לו תיקון תבנית מלא.

לקנות מכונה או להזמין תוצאה

מנהלי ייצור שואלים אותנו לא מעט אם כדאי להם לרכוש מערכת בפורמט גדול בעצמם. התשובה תלויה בנצילות. מכונה תעשייתית שעובדת 20 אחוז מהזמן היא מרכז עלות, על כל תחזוקה, חומר מתכלה, כיול והכשרת מפעיל שמגיעים איתה.

הטבלה משווה את המסלולים שאנחנו עצמנו מציעים, בעלות יחסית ולא במחיר מוחלט, כי המחיר תמיד נגזר מנפח החומר ומהגימור הנדרש.

מה מפרט טכני לא מספר לכם על זמן הגעה לשוק

השלבים שבין קובץ CAD לבין חלק מוכן להרכבה

נפח הדפסה זה מספר. זמן הגעה לשוק זה תוצאה. בין שני אלה יש מהנדס שצריך להתאים את הקובץ לטכנולוגיה, מעצב שצריך לפתור איך החלק יתחבר, וטכנאי שיודע איפה למקם תמיכות כדי שהן ייצאו בלי לפגוע בפני השטח.

זה הפער שמכריע בפרויקטים של large format. חלק גדול שנכשל בהדפסה בשעה ה-35 עולה לכם ארבעה ימים, לא ארבע שעות, ולכן ההכנה שווה יותר מהמכונה.

אנחנו מנהלים את זה עם צוות מהנדסים ומעצבים שיושב באותו מפעל שבו נמצאות המכונות. השיחה בין מי שמתכנן לבין מי שמדפיס נמשכת דקה, לא סבב מיילים.

איך בונים אפיון לפני שמזמינים

קבצי STL הם ההתחלה, לא האפיון. לפני שאתם שולחים בקשה, כדאי לדעת מה המידה הקריטית ומה הסובלנות שלה, איזה עומס או טמפרטורה החלק יראה, ואיזו איכות פני שטח נדרשת בפועל.

המשפט שחוסך הכי הרבה זמן הוא זה שבו הלקוח אומר לנו מה החלק עושה, ולא רק איך הוא נראה. משם אנחנו יכולים להציע טכנולוגיה, חומר ולוח זמנים שמחזיקים מים.

אם אתם לא בטוחים, פשוט תשלחו את הקובץ ותכתבו לאן הוא הולך. אנחנו נשאל את השאלות החסרות.

מה לבדוק במחזור החיים של הציוד

מי ששוקל רכישה צריך לחשב חמש שנים קדימה. עלות חוזה שירות שנתי, זמינות חלפים בארץ, מחיר החומר לקילוגרם ביחס לחלופות, זמן השבתה ממוצע וכמה שעות הכשרה נדרשות למפעיל חדש.

הוסיפו לזה את שטח הרצפה, את דרישות החשמל ואת מערכת האוורור. במקרים רבים החשבון הזה מוביל לפתרון מעורב, מכונה קטנה בבית לאיטרציות מהירות ועבודה עם ספק חוץ לחלקים גדולים ולסדרות.

הדפסה פורמט גדול פותחת אפשרויות תכנוניות שלא היו קיימות כשכל חלק היה חייב להיכנס לקובייה של 30 ס"מ. תכננו את החלק לפי הפונקציה שלו, בדקו את החומר מול הסביבה שבה הוא יעבוד, ותנו לנפח ההדפסה להיות פרמטר ולא אילוץ.

אנחנו ב-Indus3D מפעילים את המפעל הגדול והמתקדם בישראל להדפסת תלת מימד, עם שבע טכנולוגיות תחת קורת גג אחת, כולל הדפסת מתכת, ומחלקת גימור וצביעה משלנו. שלחו לנו קובץ ותיאור קצר של הצורך, ותקבלו המלצה על שירותי ההדפסה המתאימים לחלק שלכם, כולל טכנולוגיה, חומר וזמן אספקה.

אודות הכותב

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.