נושא הבלוג

קצת קשה לדחוס יותר מ- 25 שנות ניסיון של תיב"ם מכני תלת ממדי והדפסה תלת ממדית לתוך בלוג אחד. אבל, זה כייף לנסות.
הבלוג מיועד למקצוענים ולחובבים ב 3D CAD וב 3D Printing למי שרוצה ללמוד ולהבין יותר על הטכנולוגיה ועל החידושים בתחום. אשמח לתגובות ולשיתוף.

‏הצגת רשומות עם תוויות SLS. הצג את כל הרשומות
‏הצגת רשומות עם תוויות SLS. הצג את כל הרשומות

יום שני, 22 במרץ 2021

קצת סדר בשיטות הדפסה בתלת ממד

מודל המודפס ברובוט ריתוך (NGV Melbourne)
הדפסה תלת ממדית הוא שם כללי למספר רב של שיטות ייצור ששני גורמים משותפים לכולן: ייצור בעזרת הוספת חומר ודרישה מוקדמת להמצאות קובץ תלת ממדי. 
מכיוון שיש מספר הרב של שיטות ייצור, מגוון החומרים ויצרני מדפסות שיכול מאוד לבלבל ולרפות את ידיו של המדפיס הפוטנציאלי, יצרתי את הפוסט הבא שסוקר את רוב שיטות הייצור המקובלות היום בתחום הייצור בהדפסה תלת ממדית, או בשמו המקצועי יותר ייצור מוסף (Additive Manufactoring), בכוונה לעזור להבין טוב יותר את התחום. 

* הפוסט הוא עדכון מתמשך לפוסט שפורסם לראשונה בינואר 2014 
______________________________________________
אתם מוזמנים גם להרשם למגזין 10X3D. עשר החדשות המקצועיות החמות ביותר על הדפסה בתלת ממד. לינקים למאמרים, הכרזות וחדשות מהעולם ומישראל.  להשאר מעודכן עם כל החידושים בטכנולוגיית הייצור המעניינת מכולן



לפני שמתעמקים בשיטות ההדפסה, כדאי להכיר את צרוף האותיות  STL המתייחס לפורמט קובץ מחשב.   STL הוא הפורמט הסטנדרטי שמלווה את התעשייה משנת 1986 והוא המכנה המשותף  בין כל תוכנות התלת ממד למכונות ההדפסה. הפורמט פותח ע"י 3D Systems, יצרן המדפסות הראשון ואחד הגדולים כיום והוא מכונה על שם שיטת ההדפסה הראשונה -  Stereolithography . הקובץ הוא תיאור תלת ממדי של המודל בעזרת פוליגונים (משולשים) תלת ממדיים. גודל הקובץ ואיכות ההדפסה נקבעים על פי צפיפות הפוליגונים. יותר צפוף - יותר מדויק. פורמט  ה STL הוא מיושן. הקבצים מנופחים, קשה לבצע בהם שינויים, המידע שהם שומרים הוא חלקי ואיננו כולל צבע. אבל, נכון לעכשיו זה הפורמט הסטנדרטי היחידי שכל תוכנת תלת ממד יודעת לשמור וכל תוכנת מדפסת לקרוא. בשנים האחרונות יש נסיונות לקדם פורמט חדש ומתקדם יותר בשם AMF

טכנולוגיות שנסקרות בפוסט זה: בעולם מקובל לחלק את טכנולוגיות ההדפסה בתלת ממד לשבע קטגוריות. 
בסקירה הבאה אני נותן הסבר קצר לכמה מהמושגים היותר נפוצים מבלי להצמד לקטגוריות. בסוף הפוסט תוכלו למצוא שקף שמציג את הקטגוריות הסטנדרטיות, הטכנולוגיות והחומרים. 
הטכנולוגיות הנסקרות כאן הן:

  1. SLA -   סטראוליטוגראפי (stereolithography
  2. FDM / FFF
  3. SLS - סינטור בעזרת לייזר סלקטיבי  ( Selective laser)
  4. Binder printing/Jetting - הזרקת/התזת חומר מקשר
  5. SLM /  DMLS התכה בעזרת לייזר סלקטיבי
  6. EBM - התכה בעזרת אלומת אלקטרונים
  7. Cold Spray
  8. הזרקת חומר PolyJet/ MultiJet
  9. MetalJet
  10. ColorJet Printing - CJP
  11. Lamination
  12. Directed-energy deposition - DED
  13. Hybrid 3D printing

מודל SLA שקוף ממדפסת    3d systems iPro

טכנולוגיות הדפסה תלת ממדית 

SLA - סטראוליטוגראפי (stereolithography

שיטת ההדפסה המסחרית והוותיקה ביותר הנמצאת בשימוש מאמצע שנות השמונים של המאה הקודמת. ב SLA חומר הגלם הוא נוזל או שרף (resin)  צמיגי מסוג פוטופולימר  כלומר,  חומר פלסטי (פולימר) ההופך למוצק בחשיפה לאור . במקור, בשיטת  SLA  משתמשים בקרן לייזר כדי למצק את הפוטופולימר שיכבה אחר שיכבה. התוצאה המתקבלת היא של מודל מאוד מדויק ובעל פרטים ברורים מחומר גלם תרמוסטי . קיימים עשרות חומרי גלם בעלי תכונות שונות וכתלות בחומר ניתן לקבל חלקים ברורים ומדוייקים, אטומים שקופים או גמישים. בין החסרונות ניתן למנות תהליך הדפסה איטי, הצורך להדפסת תמיכות והטיפול המשלים שנדרש לאחר ההדפסה לניקוי התמיכות וייצוב פני השטח. החסרון העקרי נובע מהשימוש בחומרים פוטופולימרים שאינם חומרים הנדסיים כלומר, קשה להבטיח את השמירה על תכונות החומר לאורך זמן או אפילו בין הדפסה להדפסה. בנוסף,  המודל המודפס מושפע לאורך הזמן מתנאי הסביבה כגון לחות, חום או אור.  ב SLA משתמשים בעיקר לאבי טיפוס או לבנית כלים (תבניות לואקום בתחום רפואת השיניים)  ולאביזרי שמיעה. 
עם השנים התפתחו מה SLA מספר שיטות נוספות המציעות מקור אנרגיה (אור) שהוא לא לייזר : 
  • DLP - שימוש במקרן אור מסוג DLP במקום הלייזר לפילמור (מיצוק) הנוזל שיכבה אחר שיכבה על ידי הקרנת תמונה דו ממדית בוהקת על שכבת הנוזל. השימוש במקרן מוזיל את עלות ההדפסה ומאפשר להאיץ את התהליך על חשבון דיוק ואיכות התוצר. מספר חברות מציעות מדפסות DLP זולות יחסית המתאימות לשימוש משרדי  כדוגמת DWS או Formlabs. בשיטה זו יש מקור אור עוצמתי אחד שאיננו אחיד לכל המשטח 
  • LCD - שימוש במסך  LCD כמקור האור לפילמור כל שיכבה במקום מקרן DLP. מסכי LCD משתמשים בתאורה אחורית בנורות LED שמספקות את האנרגיה הנדרשת לפלמור השרף (resin). השיטה מאפשרת לפתח מדפסת גדולה כגודל מסך ה LCD בו עושים שימוש כאשר עוצמת וזווית מקור האור היא זהה בכל נקודה על פני המשטח. 
Carbon 3D technology
Carbon 3D Technology 
הדפסה איטית בשיטת SLA נובעת מהצורך לעצור את ההדפסה בין שיכבה לשיכבה בגלל כוחות קרום מתח
הפנים הפועלים על החלק המוצק בזמן המשיכה או השיקוע בתוך הנוזל שמשפיע גם על מבנה גבישי פנימי לא אחיד למודל המודפס. מספר חברות מציעות טכנולוגיות שונות להתגבר על הבעיה. המוכרת מבינהן היא  Carbon  שפותרת את הבעיה על ידי הזרמת חמצן דרך ממברנה חד כיוונית לאזור הפילמור. החמצן מעקב את התהליך ומאפשר הדפסה רציפה של המודל במהירות מדהימה תוך קבלת תכונות מכניות טובות יותר.   

FDM / FFF

Fused Deposition Modelling/ Fused Filament Fabrication

שיטת ההדפסה מאוד נפוצה שמתאימה במיוחד  למשרד או לבית אבל בשימוש גם בחברות ענק.  המקור מגיע מחברת  Stratasys  בשנת 1991. בשנת 2005 הוקם על בסיס אותו הרעיון פרויקט ה  Reprap  לבניית מדפסת ביתית בקוד פתוח.  FDM הוא סימן רשום של חברת סטראטסיס ולכן משתמשים לעיתים בשם FFF.  

בשיטת ה FDM  חוט פלסטיק (filament) נדחס דרך ראש מחומם (extruder) ממנו יוצא חוט דקיק וחם איתו מציירים בדו מידמד של משטח בסיס (בדומה לשימוש באקדח דבק חם). בסיום כל שכבה יורד משטח הבסיס קצת (כעשירית המילימטר) וחומר נוסף מוזרק על השכבה הקודמת. היתרונות שיטה זו הן בפשטות, במגוון סוגי החומרים שניתן להדפיס איתם, בהחלפה הקלה של חומרי הגלם ובעלותם הנמוכה. החסרון העקרי נובע מכוחות החיבור החלשים יחסית בציר הגובה (Z). בנוסף, פרטים לא מתקבלים ברור, ההדפסה איטית, יש צורך בהדפסת תמיכה ולא ניתן לסדר חלקים אחד מעל השני כדי למקסם את נפח ההדפסה.
מדפסות FDM מתקדמות כמו סידרת ה Stratays Fortus מגיעות עם תא הדפסה סגור ומבוקר טמפרטורה ומאפשרות ייצור של מודלים גדולים יותר ומפולימרים אורגנים מתקדמים כגון Ultem או PEEK. 
חברת Markforged הייתה הראשונה להציעה יישום נוסף לשיטה לחלקים מהדפסת חומרים מרוכבים על ידי שימוש בשני חוטים האחד מסיבי פחמן והשני מניילון. יישום נוסף הוא שימוש בחוט מועשר בחלקיי מתכת בריכוז גבוה לצורך הדפסת מודל ראשוני או מכניסים לכבשן שמאייד את חומרי הקישור ומתיך את חלקיקי המתכת לקבלת מודל תלת ממדי ממתכת.  

טכנולוגית FDM / FFF היא כרטיס הכניסה הנוח ביותר לעולם ההדפסה התלת ממדית ובארץ ובעולם יש מספר רב של קבוצות ופורומים של חובבים שעוסקים בבניה והדפסה במדפסות מסוג זה

SLS - סינטור בעזרת לייזר סלקטיבי  ( Selective laser)

SLS  בארן מו"פ בקיסריה  
מדפסות ה SLS שייכות למשפחת מדפסות מגש האבקה (Powder bed) הכוללות גם מדפסות מתכת (SLM). שיטה זו היא הדרך המקובלת לייצור חלקי פלסטיק איכותיים בהדפסה תלת ממדית בעלי תכונות חומר טובות מחומר תרמופלסטי איכותי, בדרך כלל ניילון 12 או פוליאמיד. מדפסת SLS מדפיסה בתא סגור ומבוקר טמפרטורה המחומם לאזור 170 מעלות צלזיוס. בתוך התא יש מגש הנע מטה על ציר אנכי (z). על המגש מפזרים ומהדקים אבקת פלסטיק בעזרת מגב (ריקוטר). בקצה העליון של התא ממוקם מכשיר השולח קרן לייזר שמנותבת בעזרת מראות ו"מציירת" על האבקה תמונה דו ממדית בצירים XY . הקרן מסנטרת את האבקה במקום שבה היא פוגעת כלומר, הופכת את החומר למוצק ע"י חימום נקודתי של גרגרי אבקת הפלסטיק. לאחר הסינטור המגש, שכעת מכיל אבקה ואזורים של חומר מוצק, יורד בכ 100 מיקרון למטה על ציר z והמגב מפזר שכבה נוספת של אבקה על המגש. קרן הלייזר נכנסת שוב לפעולה והאנרגיה שמועברת לאבקה לייצור שכבה נוספת דואגת גם לחיבור השכבה החדשה לזו שהודפסה קודם. בסיום ההדפסה מתקבל מיכל מלא אבקה שבתוכו מסתתרים החלקים המודפסים. לאחר תהליך קירור להורדת טמפרטורת האבקה ל 60 מעלות, מפרידים בין האבקה לחלקים ואת רוב האבקה ה״מבושלת״ מחזירים לשימוש חוזר אחרי ערבוב עם אבקה טרייה ביחס שנקבע ע״י היצרן ובהתאם לחומר הגלם.
יתרונות - בהדפסת פלסטיק בשיטת ״מגש אבקה״ ניתן לערום חלקים ולנצל את כל גובה התא על מנת להדפיס חלקים אחד מעל השני. האבקה משמשת כתמיכה לחלקים המודפסים ומייתרת את הצורך בתכנון והדפסת תמיכות הנחוצות בשיטות הדפסה אחרות. החלקים המתקבלים הם בעלי חוזק דומה בכל הצירים, עמידים וניתנים לעיבוד משלים. ניתן להשתמש בתערובות אבקה שונות כגון ניילון 12 עם כדורי זכוכית או בתוספת אלומיניום, קרבון וכו'. בשיטה זו ניתן לקבל חלקים מוכנים לשימוש מידי והיא משמשת כשיטת ייצור מקובלת במקומות רבים.
חסרונות - המדפסות מאוד יקרות, חומר הגלם יקר, פני השטח טיפה גסים, לא ניתן לקבל חלקים שקופים או צבעוניים והדיוק מוגבל. 

HP Multi Jet Fusion

Binder printing/Jetting - הזרקת / התזת חומר כורך

בינדר ג'טינג היא טכנולוגית הדפסה שתופסת לאחרונה מקום חשוב ונותנת פתרונות למספר משפחות חומרים. 
הטכנולוגיה מבוססת על הדפסה במגש אבקה (אבקה המפוזרת על משטח שנע על ציר Z ) כאשר בכל שכבה מוזרק על משטח האבקה חומר מקשר או כורך (Binder) המחבר את גרגרי האבקה בשלב הראשון. 
בתחום הפולימרים, HP היא בין המובילות בשימוש בטכנולוגיה זו המכונה בשפתם Multi Jet Fusion 
שיטת ההדפסה של HP הקרובה מאוד ל SLS. במקום לייזר, HP הוסיפה למדפסת ראש הזרקת דיו שמשחרר בצורה מדויקת דיו מיוחד מוליך המכונה Agent על משטח האבקה באזור אותו רוצים למצק, לאחר הדפסת החומר המקשר, כל השכבה נחשפת לחימום אחיד. האזור הנגוע בדיו מוליך את החום ומשנה את מצב האבקה למוצק. הדיו עצמו מתאדה בתהליך ולא משפיע על תכונות הפלסטיק. 
הדפסת חומר כורך על מגש אבקה משמשת גם להדפסת מתכת. במקרה זה האבקה היא אבקת מתכת והחומר הכורך עוזר ליצירת מודל פריך תלת ממדי המכונה מודל ירוק (Green Body). לאחר ניקוי האבקה העודפת ואידוי החומר הכורך מוכנס המודל לכבשן לחימום בטמפרטורה מאוד גבוהה. הכבשן מחבר את גרגרי האבקה למוצר מוצק אחיד בתהליך המכונה "סינטור". תהליך הסינטור הנדרש בתום ההדפסה הופך את הייצור לטיפה מורכב יותר מכמה סיבות. הפעלת תנור הסינור היא יקרה יחסית, נדרש פרופיל טמפרטורות מדויק ותכנון מראש שמביא בחשבון את התכווצות המודל בתהליך.
בשיטה של הזרקת חומר כורך ניתן גם להדפיס חלקי פלסטיק גדולים והיא נפוצה מאוד בהדפסת תבניות ליציקות חול לייצור חלקי מתכת. מדפסות Voxeljet ו ExOne עושות שימוש בטכנולוגיה הנ"ל למיגוון חומרים

Selective Laser Melting -  SLM / Digital Melting laser system -  DMLS

SLM
מדפסת מגש אבקה (powder bed) להדפסת חלקי מתכת .  חומר הגלם הוא אבקת מתכת המותכת ע"י קרן לייזר ומתקררת למוצק שכבה  אחר שכבה . התהליך מתבצע בתא קר וסגור המכיל גז אינרטי . התוצר הוא  חלקי מתכת, בדרך כלל מטיטניום  אלומיניום או מתכת כלים, חזקים ומוכנים לשימוש.  ההדפסה בשיטה זו דורשת ידע ונסיון רב. חלקי המתכת המוצקים כבדים יותר מהאבקה בתוכה הם נוצרים ולכן יש צורך בתכנון חכם והדפסה של תמיכות המשמשות גם כמוליכות חום לפלטת בסיס ממתכת על מגש ההדפסה. לאחר ההדפסה יש להוריד את המוצר מהפלטה בעזרת חיתוך חוט ולהמשיך בעבודת עיבוד להורדת התמיכות ולקבלת פני שטח מיטבים. 
המדפסות הנ"ל יקרות מאוד ומחירן יכול לעבור את המיליון דולר למדפסת. הן דורשות ידע מקצועי רב בכל שלבי ההדפסה מהתכנון ההדפסה  ועד לתהליכי הגמר

EBM - התכה בעזרת אלומת אלקטרונים ( Electron beam melting)  

הדפסת מודלים ממתכת על מדפסת מגש אבקה בדומה ל SLM כאשר מקור האנרגיה מתקבל מאלומת אלקטרונים במקום קרן הלייזר. ההדפסה נעשת בתא סגור ומרוקן אוויר (ואקום) המודלים המתקבלים הם בעלי פני שטח גסים יותר מאשר ב SLM. בשיטה זו נדרשת פחות תמיכה לחלקים וקל יותר לערום אותם. מדפסות חברת  Arcam בבעלות GE פועלות בשיטה זו.

Cold Spray

התזת חלקיי מתכת במהירות על קולית על משטח. הטכנולוגיה מאפשרת הדפסה על גבי משטח קיים כמו גם הדפסה של חומר מגנטי ומתאימה במיוחד לביצוע תיקון והוספת חומר למוצר קיים. 
Speed3D האוסטרלית היא אחת מהחברות המציעות מדפסות בטכנולוגיה זו 


הזרקת חומר PolyJet/ MultiJet

PolyJet printer
מדפסות הזרקת החומר (Jetting) משתמשות בראשי הדפסה, בדומה למדפסת הזרקת דיו, כדי להזריק בצורה מדויקת נוזל פוטופולימר דרך מספר רב של נחירים ומיד להאיר אותו ב UV למצק אותו. בשיטה  זו ניתן להדפיס ממספר חומרים בעלי תכונות שונות בו זמנית מקרוב ל 70 חומרים שונים בעלי תכונות, צבעים ושקיפות שונים. 
חברת אובג'ט הישראלית(היום Stratasys)  הייתה הראשונה לפתח טכנולוגיה זו והיא עדין המובילה העולמית בתחום עם מדפסות המדפיסות דגמים בכל צבע ובמיגוון ענק של חומרים ומופתחות במשרדי החברה בישראל. 

Material Jetting

בדומה לפוליג'ט גם כאן נמצא ראשי הזרקת דיו כאשר החומר המוזרק הוא ג'ל המכיל אחוז גבוה של חלקיקי מתכת או חרס (Ceramic) להדפסה מאוד מדוייקת. בסיום ההדפסה, המודל מוכנס לתנור בטפרטורה גבוהה שמאייד את הג'ל ומסנטר את המתכת או החרסינה לחלק חזק ואיכותי בעל גימור טוב מאוד. חברת Xjet הישראלית היא הראשונה בעולם לפתח טכנולוגיה זו. 
 
הדפסת כלי ממתכת לאופנוע ב XJET

 ColorJet Printing - CJP

מודל גבס צבעוני
מדפסות מגש אבקה המשתמשות באבקת גבס אותה הופכים למוצק בעזרת מריחת שכבה דקה של חומר מקשר.  התוצאה מתאימה למודלים גדולים כגון מבנים אדריכליים. הטכנולוגיה מאפשרת  לשלב ראשי צבע במדפסת ולהדפיס מודלים בצבעים מלאים מה שהופך אותה מתאימה במיוחד לפסלי אדם או חיה המגיעים מסריקה תלת ממדית. 

Lamination,  למינציה או ריבוד גיליונות 

ייצור על ידי הנחת שכבות דקות של דפי ניר, פולימר או רדידי מתכת וחיתוך כל שכבה לאחר ההנחה. החיבור בין שהכבות נעשה על ידי דבק, חום או הרעדה  תלוי בחומר. 
אחד היישומים הותיקים לשיטה זו הוא הדבקת שכבות דקות של ניר גזור אחת על השניה. המודל המתקבל דומה בתכונותיו לעץ דחוס וניתן לקבל צבע מלא ואמיתי בשילוב של ראש מדפסת הזרקת דיו שמדפיס על הניר

Directed-energy deposition - DED

הדפסה באמצעות הוספת אנרגיה ישירה. תהליך הדפסת מתכת שעושה שימוש במקור אנרגיה עוצמתי, בדרך כלל קרן לייזר, שמופעל על אבקה מותזת או על חוט מתכת ומתיך אותם שכבה אחר שכבה לבנית חלק מתכתי. ראש ההדפסה הוא בדרך כלל זרוע רובוטית.  ההדפסה היא גסה ונהוג לשלב עיבוד שבבי לאחר הדפסת כמה שכבות בשביל לקבל גימור טוב יותר (Hybrid 3D printing). לא נהוג להדפיס תמיכות ומכיוון ששכבת המתכת המודפסת מתקררת במהירות, ניתן לייצר גאוטריות לא נתמכות ללא בעיה. שיטת הדפסה זו משמשת בדרך כלל לבנית חלקים גדולים כגון מנועים רקטים, קונסטרוקציות או גשרים. מדפסות המתכת הגדולות בעולם מייצרות בשיטת DED.

Hybrid 3D printing

Directed energy deposition (DED) metal 3D printing
שיטות שונות להדפסת מתכת המשלבות הוספת חומר מתכתי ולאחר מכן עיבוד האזור בכלי עיבוד שבבי (CNC) לקבלת מוצר סופי חזק ובעל גימור אחיד. 




פורמט גדול  
קיימות מספר שיטות המיועדות להדפסה של גופים גדולים במיוחד החל ממודלים של תבניות אפוקסי ליצירת חומרים מרוכבים ועד לבניינים שלמים בני מספר קומות. השיטות והחומרים למודלים גדולים הם מאוד מגוונים. למשל, המדפסת האנכית של Massivit מישראל שמדפיסה מודלים לצרכי פרסום ושיווק מפוטופולימרים וגם תבניות אפוקסי או המדפסת האופקית של BAAM היכולה להדפיס גוף של סירה שלמה. 

 



גל רז 

יום שבת, 27 בינואר 2018

ברקים ופלסטיק על מגש אבקה

הדפסת תלת ממדית בעזרת אבקת פלסטיק קבלה חיזוק משמעותי לאחרונה עם ההצטרפות של HP למשחק. על הטכנולוגיה שמאפשרת הדפסה זו, בפוסט הבא


פטריות כמהין ,המזוהות עם המטבח הצרפתי נחשבות לאחד מהמאכלים היקרים שיש  ובאופן מפתיע, הן גדלות בר גם בנגב הישראלי, בצמוד לשורשי שיח שמשון. מעט יודעי דבר יודעים איך למצוא ולהוציא את הפטרייה הקטנה מהאדמה. הבדואים תושבי הדרום מאמינים שהן נוצרות מפגיעת ברקים באדמה ואחרי סערת ברקים יוצאים לחפש  את הפטריות.
היווצרות פטריות מאכל מברקים היא אולי בדיה עממית אבל, האנרגיה האדירה המועברת לחול אבקתי בעת פגיעת ברק כן יכולה להדפיס גופי זכוכית תלת ממדים, התופעה מוכרת בשם Fulgurites וגופי הזכוכית הנוצרים עמוק בחול מכונים זכוכית ברקים.
בדרך דומה, של אנרגיה מרוכזת על משטח אבקה, פועלות מדפסות התלת ממד ממשפחת ה SLS לפלסטיק וגם ה  SLM  למתכת השייכות שתיהן לקבוצה של מדפסות הפועלות בשיטה של ״מגש אבקה״  ( powder bed ).  ההדפסה באבקה היא כל כך מוצלחת ונפוצה שרוב החלקים המיוצרים היום בעולם בהדפסה תלת ממדית נוצרים בטכנולוגיה הנ״ל והיא גם הטכנולוגיה היחידה המאפשרת ייצור סדרתי בכמויות של מוצר סופי בהדפסה תלת ממדית.

 מגש אבקה והדפסת פלסטיק  
עד לאחרונה, הדפסת פלסטיק במגש אבקה בשיטת הסינטור סלקטיבי עם לייזר (SLS)  - הייתה הדרך המקובלת לייצור חלקי פלסטיק איכותיים בהדפסה תלת ממדית עם תכונות חומר טובות מחומר תרמופלסטי איכותי, בדרך כלל ניילון 12 או פוליאמיד.
בתמונה, ניתן לראות את האזורים בהם הלייזר הך א האבקה למוצק
מדפסת SLS מדפיסה בתא סגור ומבוקר טמפרטורה המחומם לאזור 170 מעלות צלזיוס. בתוך התא יש מגש הנע מטה על ציר אנכי (z). על המגש מפזרים ומהדקים אבקת פלסטיק בעזרת מגב (ריקוטר). בקצה העליון של התא ממוקם מכשיר השולח קרן לייזר שמנותבת בעזרת מראות ו"מציירת" על האבקה תמונה דו ממדית בצירים XY . הקרן מסנטרת את האבקה במקום שבה היא פוגעת כלומר, הופכת את החומר למוצק ע"י חימום נקודתי של גרגרי אבקת הפלסטיק. לאחר הסינטור המגש, שכעת מכיל אבקה ואזורים של חומר מוצק,  יורד בכ 100 מיקרון למטה על ציר z והמגב מפזר שכבה נוספת של אבקה על המגש. קרן הלייזר נכנסת שוב לפעולה והאנרגיה שמועברת לאבקה לייצור שכבה נוספת דואגת גם לחיבור השכבה החדשה לזו שהודפסה קודם.
בסיום ההדפסה מתקבל מיכל מלא אבקה שבתוכו מסתתרים החלקים המודפסים. לאחר תהליך קירור  להורדת טמפרטורת האבקה ל 60 מעלות,  מפרידים בין האבקה לחלקים  ואת רוב האבקה ה״מבושלת״ מחזירים לשימוש חוזר אחרי  ערבוב עם אבקה טרייה ביחס שנקבע ע״י היצרן ובהתאם לחומר הגלם.
הכנת הדפסה בתוכנת הענן של אסמבריקס
בהדפסת פלסטיק בשיטת ״מגש אבקה״ ניתן לערום חלקים ולנצל את כל גובה התא על מנת להדפיס חלקים אחד מעל השני. האבקה משמשת כתמיכה לחלקים המודפסים ומייתרת את הצורך בתכנון והדפסת תמיכות הנחוצות בשיטות הדפסה אחרות. לפני כל הדפסה, מפעיל המדפסת ינסה לנצל את חלל ההדפסה בצורה המיטבית ע"י מיקום חלקים במרחב וריטואלי כמו במשחק טטריס תלת ממדי. חברת Assembrix מתל אביב היא בין הבודדות המציעות כיום פתרון תוכנה לניצול אוטומטי הנפח במדפסת, תהליך שיכול לקחת מספר שעות בעבודה ידנית.
עד כאן זה אולי נשמע קל ופשוט אבל תהליך ה SLS הוא מורכב ורגיש. ישנם הרבה משתנים המשפיעים על ההדפסה וכל שינוי קטן יכול להרוס תהליך הדפסה שלם. המגב שמפזר אבקה ומיישר אותה על המגש חוזר על הפעולה הזו עשרות אלפי פעמים מצד לצד, שכבה כל 120 מיקרון. סידור שגוי של החלקים להדפסה עלול לגרום למגב למשוך ולהרים חלק מוצק מתוך המשטח שיגרום לתגובת שרשרת והרס ההדפסה. גרגרי אבקה או טביעת אצבע על חלון הלייזר דרכו עוברת הקרן יכולים לגרום לתוצאה דומה. גם המערכת המכנית של המדפסת המורכבת מבוכנות, מסועים וגלגלי שיניים העובדים תמיד בטמפרטורה גבוהה ובסביבה מאובקת, רגישה לתקלות ודורשת ניקוי ואחזקה נכונים. עם השנים, היצרנים  צברו ניסיון וידע ושיפרו מאוד את אמינות המדפסות וכיום, בשימוש נכון, כמות התקלות המשביתות היא קטנה.  

שחרור חלקים לאחר קרור האבקה
עד לתחילת שנת 2017, שוק מדפסות ה SLS המקצועיות התחלק בין שתי חברות: 3DSystems מארה"ב ו EOS מגרמניה. 3DSystems היא חברה ציבורית מוכרת המשווקת מדפסות תלת ממד משנת 1986(!) ומחזיקה במספר רב של טכנולוגיות להדפסת פלסטיק ומתכת. EOS היא חברה פרטית ועל אף היותה מובילה בתחומה, שמה מוכר פחות לציבור הרחב שלא מכיר את עולם תלת הממד. EOS התחילה דרכה בתחום כמשווקת חומר גלם תחליפי למדפסות ה SLA הראשונות של 3DSystems. החברות נאבקו קצת משפטית עד שהגיעו להסכם שהוציא את EOS משוק ה SLA והיא עברה להתמקד בפיתוח מדפסות מגש אבקה ולמובילה עולמית בתחום מדפסות הפלסטיק ומתכת. כיום שתי החברות מציעות שלוש דגמי מדפסות  בגדלים שונים. דגם הביניים הפופולרי של EOS הוא ה P396 ואילו הדגם המקביל  של 3DSystems הוא ה ProX500
ההבדל העיקרי בין שתי המדפסות הוא בשיטת פיזור האבקה. במדפסות מסדרת P של EOS האבקה מוזנת מלמעלה ומגב מתכת ומפזר ומשטח אותה על המגש. במדפסת של 3DSystems  האבקה מוזנת מלמטה ורולר הדומה למערוך, מהדק את האבקה על המגש.

HP Jet Fusion 3D

חברת HP היא מהמובילות בעולם בתחום המחשוב והדפוס הדו ממד, היא גם החברה הגלובלית הגדולה הראשונה שהכריזה על כניסתה לתחום ההדפסה התלת ממדית עם טכנולוגיה חדשה ומקורית שפותחה אצלה בבית. המדפסת החדשה ממרכז הפיתוח בברצלונה ששיווקה בארץ החל השנה מכוונת להתחרות ישירות בשתי מובילות השוק הוותיקות. מחברה כמו  HP, בעלת עבר עשיר של חדשנות, יש צפיות גבוהות  להביא טכנולוגיה חדשה  לשוק ואכן HP  פיתחו שיטת הדפסה חדשה על פלטפורמת מגש אבקה תוך ניצול הניסון העצום הקיים בחברה בעבודה ראשי הזרקת דיו בעולם הדו ממד.
כמו שראינו,  אלומת הלייזר משחקת תפקיד חשוב ועקרי בהדפסה בשיטת ה SLS. הלייזר הוא זה שמייצר את תוספת החום על משטח האבקה הגורמת לאזור המסומן באלומה להפוך מאבקה למוצק. לשימוש בלייזר יש מספר חסרונות.  במדפסות ה SLS של 3DSystems  ו EOS, יש ראש לייזר אחד קבוע המפיק אלומה שמנותבת ע״י מנגנון מראות. כשאלומת הלייזר פוגעת במשטח היא מייצרת מעגל בקוטר של כ 600 מקרון. פיזור הטמפרטורה על פני המעגל איננו שווה ומכיוון שהוא חם יותר במרכז נדרש מעבר נוסף של אלומת הלייזר על האזור המסונטר עם הזזה קטנה בכל מעבר בשביל ליצור חפיפה בין המעגלים. קרן לייזר מוסטת בצירים XY בעזרת מראה, כשמתרחקים ממרכז המגש, האלומה הופכת לאליפטית והדיוק נפגע. בנוסף, אלומת לייזר אחת צרה צריכה לסרוק את כל המשטח בכל שכבה, כמה שניות בכל פעם שמצטברות לזמן רב.
 HP -המדפסת ליד תחנת הפריקה והכנת החומר
HP זיהתה שהלייזר הוא מנקודות החולשה של שיטת ה SLS והחליטה לוותר עליו. בשביל לספק חום מרוכז לאזור מוגדר במדפסת ה Jet Fusion 3D  החברה הוסיפה למדפסת ראש הזרקת דיו שמשחרר בצורה מדויקת דיו מיוחד על משטח האבקה באזור אותו רוצים למצק,  הדיו הוא חומר מוליך חום המכונה  Agent. לאחר הדפסת ה Agent,  כל השכבה נחשפת לחימום אחיד. האזור הנגוע בדיו מוליך את החום ומשנה את מצב האבקה למוצק.  הדיו עצמו מתאדה בתהליך ולא משפיע על תכונות הפלסטיק. לטענת HP בשיטה זו מתאפשרת שליטה טובה יותר במיצוק החומר וניתן לקבל חלקים מדויקים יותר תוך שליטה מקומית על תכונות מכניות כגון גמישות וקשיחות. בנוסף, וויתור על הלייזר הסלקטיבי ומעבר להקרנת חום על כל המשטח בבת אחת מאיץ את תהליך ההדפסה פי כמה ומאפשר למחזר 90% מהאבקה הנותרת לאחר ההדפסה.  נכון להיום , התוצרת התלת ממדית  של מדפסת  HP דומה מאוד למתקבל במדפסות ה SLS מבחינת טיב פני שטח או שמירה על פרטים. בעוד שמדפסות ה SLS מייצרות חלקים בעיקר בגוון לבן, המדפסת של HP , באשמת ה agent, מסוגלת לייצר חלקים רק בגווני אפור. עבור יישומים שונים כגון מכשור אופטי זה מהווה יתרון אבל, את החלקים של HP לא ניתן לצבוע בשיטה הנפוצה והמהירה של טבילה בצבעי בד בהירים כגון RIT. לפי HP הם בפיתוח מתקדם להדפסת חלקים לבנים ולהוספה של ראש צבע שיאפשר הדפסת צבע לכל מודל ובהמשך אולי גם צבע מוליך להדפסת אזורים מוליכי חשמל במודל. שיטת ההדפסה של HP והעובדה שהחברה מפתיחה לשמור את הפלטפורמה פתוחה ליצרני חומרים, חומרה ותוכנה מבטיחה עתיד מעניין וחידושים נוספים.
אחת המשימות ש HP לקחו על עצמם היא גם לפשט את תפעול המכונה ולזרז את הסבבים בין הדפסות על מנת להקל על השימוש בטכנולוגיה לייצור סדרתי של חלקים ולהביא אותה לחלקים גדולים יותר של הציבור.    
תהליך ההדפסה במדפסת HP

האם HP תצליח לכבוש את השוק?
נכון להיום אין למדפסת של HP יתרון מנצח על פני מדפסות ה SLS. אומנם HP טוענת למחיר זול ומהירות הדפסה מסחררת אבל בחינה מקרוב של הנתונים מגלה שההבדלים אינם כאלה גדולים. המדפסת של HP עדין צריכה להוכיח את עצמה בדיוק בייצור חלקים גדולים וחלקים בעייתיים בעלי דופן דקה או חללים פנימיים, בעמידות החלקים ובאמינות המדפסת לאורך זמן.  היתרון הגדול של HP טמון בעיקר ברשת ההפצה והתמיכה שלה. HP נמצאים בכל מקום ויש להם כוח שיווקי עצום שמסוגל לפתוח להם שווקים ולקוחות שהיו סגורים בפני שתי היצרניות האחרות.  
הדפסה תלת ממדית היא טכנולוגית ייצור חדשה הדורשת התאמת התכנון לחוקי המדפסת. בטכנולוגית SLS כבר נצבר ניסיון רב העומד לרשות המתכננים כמו למשל המדריך למתכנן שחיבר החתום מטה.
על HP יהיה להתמקד בניצול מעמדה בשוק לגיוס לקוחות חדשים, למצוא יישומים המתאימים לשיטת ההדפסה ולחנך את השוק לעבור ייצור סדרתי תלת ממדי. 
בישראל מותקנות נכון להיום (ינואר 2018) כבר שתי מדפסות של HP. האחת בחברת ארן מחקר ופיתוח בקיסריה, בצמוד למדפסות של EOS והשניה במתחם WeWork ביפו בצמוד מדפסות של 3D Systems.

עתיד ה SLS 

EOS P500
עד לאחרונה תחום ההדפסה בשיטת SLS התקדם לאט.  החברות המובילות שחררו עדכונים ושיפורים במשורה, דגמים חדשים ומהפכניים לא נראו מזמן ולא מספיק הושקע בפיתוח של חומרי גלם חדשים. הכניסה של HP מזריקה פילפל לתחום ומשנה את חוקי המשחק. EOS כבר הגיבה השנה עם השקת מדפסת חדשה ומסקרנת שתגיע לשוק בקרוב. ה- P500 EOS תגדיל את טווח השימוש של טכנולוגית ה SLS ותאתגר מאוד את  HP על ידי שימוש בשני ראשי לייזר, שיפור מהירות ההדפסה  והדפסה בטמפרטורה גבוהה של חומרים הנדסיים  מתקדמים כגון PEEK  .  חברות נוספות כבר עובדות על הדפסה בטמפרטורות גבוהות שתאפשר שימוש בחומרי פלסטיק מתקדמים החשובים לתחום התעופה, הרכב והרפואי, לדוגמא,  Aerosint המפתחת מדפסת SLS לטמפרטורה גבוה המדפיסה שני חומרים בו זמנית !
הדפסה עם שני חומרי גלם- Aerosint 
המרוץ ל  מדפסת אבקה זולה עלה גם הוא שלב כעת ש formlabs, הראשונה שפתחה מדפסת SLA שולחנית זולה, עומדת לחזור על התרגיל עם ה Fuse1, מדפסת SLS ב 10,000$ שתתחרה ב Sharebot SnowWhite  מאיטליה וב Sinterit Lisa שעולה 5,000 ארו.


גל רז 

Gal Raz