טכנולוגיות נפוצות להדפסה תלת מימדית (Additive Manufacturing)

ההדפסה בתלת מימד של מתכת (additive Manufacturing)  מתפתחת במהירות וכובשת את מקומה כדרך חדשה לייצור מוצרים מתוחכמים ויעילים שלא היה ניתן לייצר אותם עד היום באמצעים הקיימים ובשיטות המקובלות. אין יום שאין בו חידושים כאלו או אחרים בטכנולוגיות, באמצעי הייצור ובחומרים.

הדפסת המתכת כובשת את מקומה בכל התעשיות ובעיקר בתעשיית הרכב, בתעשיות הביטחוניות ובתעשיית התעופה והחלל, ומסייעת בהפחתת משקל, ייעול של התיכון ההנדסי והקטנת עלויות הייצור, ע"י חיסכון בחומר ובזמן עבודה

SLM (Selective Laser Melting)

בשיטה זו המדפסת פורשת שכבת דקה של אבקת מתכת, בעובי מבוקר, על פני כל משטח העבודה. בעזרת לייזר, או מספר לייזרים רבי עוצמה, העוקבים אחרי צורת החתך של המוצר, מתיכים את האבקה, שכבה על גבי שכבה, עד להשלמת המוצר הסופי, לפי הגיאומטריה הדרושה. עובי השכבה מגדיר את טיב הגימור: ככל שהשכבה דקה יותר, שטח הפנים והדיוקים טובים יותר.

ההתכה של כל שכבה יוצרת את החיבור, והתוצאה הסופית היא חלק בעל תכונות מכניות טובות שניתן לשימוש כפי שהוא, או לאחר עיבוד משלים במקומות קריטיים. מאחר שהאבקה ממלאת ממילא את כל נפח הייצור, ניתן לנצל את כל הנפח להדפסת חלקים רבים ובמקרים רבים ללא צורך בתמיכות.

בגלל היכולת לייצר חלקים בעלי גיאומטריות מסובכות, מאפשרת שיטה זו למהנדסים חופש תכנון גדול כדי לייצר חלקים בגיאומטריות שלא ניתנות לייצור באמצעים קונבנציונליים, או שייצורן היה יקר, על מנת לבנות חלקים בעלי יחס חוזק למשקל גבוהים במיוחד.

יתרון השיטה הוא בדיוק במידות ובאיכות טיב השטח.

חסרונה הוא בשימוש באבקה. מאחר שמדובר באבקות, יש צורך בזהירות ובאווירה אינרטית כאשר משתמשים באבקות ריאקטיביות כגון טיטניום או אלומיניום. בנוסף לכך, יש צורך בהגנה על הסביבה ועל נשימת העובדים ויש צורך במערכת לסינון ומיחזור האבקה שלא השתתפה בתהליך.

(DMLS (Direct metal laser sintering

שיטה זו דומה ל SLM, בצורת העבודה, בה פורשים שכבה על גבי שכבה של אבקה ומשתמשים בליזרים על מנת לבנות את השכבות עד להשלמת המוצר.

אולם יש מספר הבדלים עקרוניים בין השיטות:

  1. חומר ההדפסה הא אבקה הכוללת בתוכה חמרי איחוי (binders), אשר מסולקים בסוף תהליך הייצור ע"י דיפוזיה.
  2. טמפרטורת ההדפסה אינה טמפרטורת ההיתוך אלא נמוכה ממנה, כדי ליצור גיבוש של האבקה לצורך סינטור (Sintering).
  3. בסיום תהליך ההדפסה מתבצע סינטור.

היתרונות והחסרונות של השיטה דומים לאלו של ה- SLM, אולם כאן צריך להביא בחשבון את השינויים במידות (התכווצות) שנובעים מתהליך הסינטור.

(ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing

זוהי טכנולוגיה חדשה שפותחה על ידי Markforged, ונסמכת בין היתר על הנסיון הרב שנרכש בטכנולוגית ה FDM (הדפסה בחוט מחומר תרמופלסטי שמוזן דרך אקסטרודר לראש ההדפסה). בשונה מטכנולוגית ה DMLS (בה מפוזרת שכבת אבקה על כל משטח הייצור), בטכנולוגית ה- ADAM חומר ההדפסה כולל את אבקת המתכת וחמרים מאחים (Binders), מגיע בצורת תיל מגולל על סליל, ומוזן דרך ראש הדפסה מחומם ישירות למקום ההדפסה. לאחר גמר ההדפסה המוצר החצי-מוגמר עובר סינטור (Sintering) להוצאה בדיפוזיה של הביינדרים.

היתרון בשיטה הוא ההמנעות מאבקה, לעומת ה DMLS שבה מפוזרת כמות גדולה של אבקה שרך חלק ממנה משמש להדפסה. בטכנולוגית ה ADAM הלוגיסטיקה של החומר פשוטה יותר, יש פחות סיכון מהתלקחות ופיצוץ ואין צורך באוירה מגינה. מאחר שלא משתמשים באבקה בתפזורת אין גם צורך בהגנה על נשימת העובדים ובסינון האבקה לשימוש חוזר.

אפשר גם לייצר חללים סגורים ללא צורך בפתחים לסילוק האבקה הכלואה.

החיסרון העיקרי הוא השינוי במידות החלק (התכווצות) בעקבות הסינטור והחשש שבאזורים עבי דופן חלק מהביינדרים לא יצאו לגמרי בתהליך הדיפוזיה.

(EBM (Electron Beam Melting

בטכנולוגיה זו נעשית ההתכה באמצעות קרן אלקטרונים, בסביבת ואקום. הבניה נעשית בהתכה מלאה (ולא בסינטרינג) והתכונות המכניות המתקבלות טובות.  פני השטח פחות טובים ודורשים עבוד משלים, היכן שנדרשים פני שטח טובים.

יתרונה של השיטה הוא בקצב הגבוה של ההדפסה הנובע מרמת האנרגיה הגבוהה של קרן האלקטרונים.

(EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing

בטכנולוגיה זו נעשית ההדפסה על ידי קרן אלקטרונים אשר מתיכה את חומר ההדפסה ובונה את המוצר שכבה על גבי שכבה. אולם בשונה מ EBM, חומר ההדפסה מוזן בצורת תיל וסביבת העבודה היא ואקום.

בטכנולוגיה זו ניתן לייצר חלקים גדולים ועל ידי כך להוזיל מוצרי יציקה או חישול גדולים ויקרים.

הדפסה היברידית (Hybrid 3D Printing)

בטכנולוגיה זו מודפס המוצר מחמרים שונים שנבנים אחד במשולב עם השני. בחלק מן המקרים המטרה היא לחסוך בעלויות, ע"י שימוש במתכת זולה יותר באותו חלק של המוצר שמאפשר תכונות פחות חמורות, ובמקרים אחרים הסיבה יכולה להיות צורך בתכונות שונות באזורים שונים של המוצר.

דוגמא מובהקת היא ייצור של אינסרטים ליציקת לחץ.

מאחר שחלק ניכר מהאינסרט הוא הבסיס שאינו משתתף בתהליך היציקה, מושג חיסכון ניכר אם האינסרט מודפס משתי מתכות שונות. חלק הבסיס מיוצר מפלדה יותר זולה, כגון פלדת כלים, והחלק שמשתתף בתהליך היציקה וחשוף לעומסים וטמפרטורות יותר גבוהים, מיוצר מחומר משובח יותר, כגון Maraging steel.

תודה רבה!

הפרטים התקבלו בהצלחה.
נחזור אליך תוך זמן קצר.