תכנון להדפסת תלת מימד: סבולות, עובי דופן, תמיכות וכיוון הדפסה

נתוני הדיוק בטבלאות הם דוגמאות מסטנדרטי Protolabs Network, ולא התחייבות של 3DIY או של המדפיס. יש לסכם סבולות וגימור לכל עבודה בנפרד.

המאמר מסביר טכנולוגיות שקיימות בענף, ואינו מבטיח שכל שירות זמין ב-3DIY. יש לבדוק מול המדפיס את הציוד, החומר, הניסיון והיכולת לספק את העבודה המבוקשת לפני שמסכמים עסקה.

למה תכנון להדפסה שונה מתכנון רגיל

רוב כללי התכנון שמהנדסים לומדים נועדו לעיבוד שבבי או להזרקת פלסטיק. הדפסת תלת מימד משחררת חלק מהמגבלות האלה, ומוסיפה מגבלות משלה. אפשר להדפיס צורות פנימיות שאי אפשר לכרסם, אבל צריך לחשוב על שכבות, תמיכות וכיווניות. התחום נקרא DfAM, ראשי תיבות של Design for Additive Manufacturing, כלומר תכנון לייצור בשיטה מוסיפה.

המאמר הזה מיועד למי שמשרטט חלק בעצמו, בין אם הוא מהנדס, מעצב מוצר, סטודנט או יזם. מי שעדיין לא שרטט, יכול להתחיל במאמר הדפסת תלת מימד: המדריך המלא (הדפסת תלת מימד: המדריך המלא למי שרוצה להבין, להזמין או להתחיל), ומי שמפתח מוצר ימצא את תהליך העבודה המלא במאמר מרעיון לאב טיפוס (מרעיון לאב טיפוס: 7 שלבים לפיתוח מוצר עם הדפסת תלת מימד).

סבולות: כמה מדויק זה יוצא

סבולת היא הסטייה המקסימלית הצפויה בין המידה בקובץ למידה בחלק המודפס. Protolabs Network מפרסמת ערכים טיפוסיים לכל טכנולוגיה, והם נקודת התחלה טובה.

מה זה אומר בפועל? חלק באורך 100 מ״מ שמודפס ב-FDM עשוי לצאת באורך שבין 99.5 ל-100.5 מ״מ. חלק קטן, נניח 10 מ״מ, עשוי לסטות בחצי מילימטר, כי הערך המינימלי גובר. זו סבולת שמספיקה לרוב המקרים, אבל לא לחלק שצריך להיכנס לחריץ בלחיצה. מכאן הכלל הראשון: אם מידה מסוימת קריטית, סמנו אותה בבקשה, והדפיסו קודם דוגמה.

מרווחים בין חלקים

לחיבור בין חלקים נדרש מרווח, שתלוי במדפסת, בחומר ובסוג ההתאמה. סכמו עם המדפיס את המידות הקריטיות והדפיסו דוגמת חיבור קטנה לפני כל החלק. אין מרווח אחד שמתאים לכל תהליך.

הדרך הטובה לדעת את המספר הנכון היא להדפיס מבחן. משרטטים פין קטן וכמה חורים עם מרווחים שונים, מדפיסים באותה מדפסת ובאותו חומר שישמשו לחלק הסופי, ובודקים איזה מהם מתאים. זה לוקח רבע שעה וחוסך הדפסה חוזרת של חלק גדול.

חורים: למה הם יוצאים קטנים

ב-FDM, חורים קטנים נוטים לצאת קטנים ממה שתכננתם. הסיבה היא שהפלסטיק מתפשט מעט אחרי היציאה מהפיה, והסלייסר מקרב עיגולים במצולעים. יש שתי דרכים להתמודד: להגדיל מעט את הקוטר בקובץ, או להדפיס חור מעט קטן ולקדח אותו במקדח למידה המדויקת. השיטה השנייה מדויקת יותר, ומתאימה לחורים של צירים ומיסבים.

חורים אופקיים, שהציר שלהם מקביל למשטח ההדפסה, יוצאים לפעמים עם תקרה משונה. טריק נפוץ הוא לתכנן את הראש של החור כצורת טיפה או מעוין, כך שכל שכבה נתמכת על השכבה שמתחתיה.

עובי דופן

דופן דקה מדי עלולה לא להודפס או להיות שבירה. ב-FDM בוחרים עובי בהתאם לרוחב הקו, לפיה, למספר הדפנות ולדרישות החוזק. בקשו מהמדפיס לבדוק את התכנון בתצוגת השכבות ובדוגמת ניסיון.

בשרף אפשר להדפיס דופנות דקות יותר, אבל הן עלולות להתעקם. בחלקי שרף גדולים נהוג להחלות את החלק כדי לחסוך חומר. במקרה כזה צריך להוסיף חורי ניקוז, כדי שהשרף הנוזלי לא ייכלא בפנים.

תליות, גשרים ותמיכות

בליטות וגשרים דורשים בדיקה לפי הכיוון, הקירור, החומר והגאומטריה. כלל זווית קבוע אינו הבטחה להצלחה. בדקו בתוכנת ההכנה היכן נדרשות תמיכות ומה יישאר אחרי הסרתן.

תמיכות פותרות את הבעיה, אבל הן מוסיפות חומר, זמן הדפסה, ועבודת גימור. לכן מעצבים טובים מנסים להימנע מהן: מחליפים שוליים ישרים בשוליים משופעים, מפרקים חלק מורכב לשניים, או מסובבים אותו. מה שנשאר אחרי התמיכות מטופל בשלב הגימור (גימור וצביעה של הדפסות תלת מימד: מהסרת תמיכות ועד טיפול שוטף).

כיוון הדפסה וחוזק

חלקי FDM חלשים יותר בין השכבות מאשר לאורכן. בפועל, חלק שנמתח או נכפף בכיוון שמפריד בין שכבות נוטה להישבר שם. במהלך התכנון כדאי לחשוב איך החלק יועמס, ולהחליט יחד עם המדפיס באיזה כיוון להדפיס אותו. וו או קליפס שמודפס שוכב יחזיק הרבה יותר מאותו וו שמודפס עומד.

הכיוון משפיע גם על מראה המשטח. הצד שנגע במשטח ההדפסה יוצא חלק ושטוח, וצד שמודפס מעל תמיכות יוצא מחוספס. אם יש צד שחשוב שייראה טוב, סמנו אותו בבקשה. מידע על החומרים שמתאימים לחלקים מתפקדים יש במאמר PLA או PETG (PLA או PETG? איך בוחרים חומר להדפסת תלת מימד).

הברגות ותוספות חום

הברגה ישירות לתוך פלסטיק מודפס מתאימה לחיבור שנפתח מעט פעמים. אם החיבור ייפתח וייסגר הרבה, ההברגה הפלסטית תישחק. הפתרון הנפוץ הוא תוספת הברגה מפליז, heat-set insert, שמכניסים לחור מודפס בעזרת מלחם חם. הפלסטיק נמס סביב התוספת ונועל אותה. את קוטר החור ועומקו מתכננים לפי המלצת יצרן התוספת, ולא לפי מידת הבורג.

אפשרות נוספת היא לתכנן כיס משושה שלתוכו נכנס אום רגיל. לחיבורים שלא צריכים ברגים, אפשר לתכנן קליפסים שנסגרים בלחיצה. קליפס כזה צריך להתכופף בלי להישבר, ולכן כדאי להדפיס אותו בכיוון שבו הכיפוף לאורך השכבות, לא ביניהן.

טקסט וחריטה

טקסט בבליטה או בשקיעה על חלק מודפס נראה טוב כשהוא גדול מספיק. ב-FDM, אותיות קטנות מדי מאבדות קריאות, במיוחד בעברית, שבה ההבדל בין אותיות כמו ב׳ ו-כ׳ או ה׳ ו-ח׳ דק. בחרו גופן עבה ופשוט, ותנו לעומק הבליטה להיות לפחות כמה שכבות. על עברית במוצרים מודפסים כתבנו במאמר מתנות אישיות בהדפסת תלת מימד (מתנות אישיות בהדפסת תלת מימד: רעיונות, זמנים וטיפים להזמנה).

ייצוא הקובץ

אחרי שהתכנון מוכן, מייצאים את הקובץ. STL הוא הפורמט הנפוץ, ו-3MF שומר מידע נוסף כמו יחידות וצבעים. בדקו שהיחידות הן מילימטרים, שהמודל אטום, ושהרזולוציה מספיקה כדי שעיגולים לא ייראו כמו מצולעים. שמרו גם את קובץ ה-CAD המקורי, כי בו עושים שינויים. במדריך קובץ STL להדפסה (קובץ STL להדפסה: איך מכינים קובץ תלת מימד תקין) פירטנו את רשימת הבדיקות המלאה. התקנון של 3DIY מבקש שהקובץ שהלקוח מעלה יהיה תקין (סעיף 4.4).

רשימת בדיקה לפני שליחה להדפסה

לפני ששולחים, עוברים על כמה שאלות. האם המידות הקריטיות מסומנות? האם יש מרווח בין חלקים שמתחברים? האם עובי הדופן מספיק? האם יש שוליים עם תליה חדה שאפשר לשפע? האם החלק גדול מנפח ההדפסה של מדפסת שולחנית? והאם הקובץ אטום ובמילימטרים? שש שאלות אלה חוסכות את רוב ההדפסות החוזרות.

עזרה בתכנון דרך 3DIY

מדפיסים מנוסים רואים בעיות תכנון מהר, ולפי התקנון של 3DIY, מדפיס שמזהה בעיה בקובץ צריך לעדכן לפני שהוא מתחיל (סעיף 7.4). חלק מהמדפיסים מציעים גם עיצוב ושרטוט. שלחו את הקובץ עם הסבר קצר על השימוש ועל המידות הקריטיות, ובקשו הערות לפני ההדפסה. מי שמפתח מוצר מוזמן לקרוא גם על אב טיפוס בהדפסת תלת מימד (אב טיפוס בהדפסת תלת מימד: סוגים, טכנולוגיות ומתי זה משתלם), ומי שעובד עם עסק על הדפסת תלת מימד לעסקים (הדפסת תלת מימד לעסקים: 8 שימושים שחוסכים זמן וכסף).

שלחו קובץ לבדיקה ולהצעת מחיר (דף הבית).