אנטומיה של מדפסת תלת מימד ותחילת העבודה עם הדפסת תלת מימד

הדפסת תלת מימד, המכונה לרוב ייצור תוסף, היא שיטת ייצור ליצירת חלקים על ידי גידולם מחומרי גלם. בייצור חיסור, כגון עיבוד שבבי CNC, החומר בתפזורת נחתך או מעוצב לצורתו הסופית באמצעות צורה או חיתוך.
הדפסה תלת מימדית (הדפסת תלת מימד) היא טכנולוגיה רבת עוצמה ליצירת פריטים ייחודיים בעלי גיאומטריה מסובכת, המשרתת תעשיות שונות החל מרפואה ומכוניות ועד הגנה וחלל. על פי שורות אלו, במאמר זה, נדון באנטומיה של מדפסת תלת מימד וכיצד להתחיל עם הדפסת תלת מימד. אז בואו נצלול ישר לתוך הדיון שלנו.

אנטומיה של מדפסת תלת מימד

המאפיינים והטרמינולוגיה הבאים מתארים את המכניקה הבסיסית של מדפסת תלת מימד.

1. שטח בנייה יעיל/מיטה/פלטפורמה

אזור הבנייה היעיל של מדפסת התלת-ממד כולל את צירי ה-X וה-Y, שהם המישורים עליהם מונח החומר בשכבות עוקבות. יתר על כן, הוא כולל גם את ציר ה-Z, שהוא המרחק האנכי שמעבר לחומר ניתן לרפא, להתמזג או להפקיד.

2. מסגרת ועגלה

זה הגוף המכני של מדפסת תלת מימד העשויה מחולצות מתכת. כדי לשמור על דיוק החתיכות המודפסות, המסגרת חייבת להיות יציבה מאוד. מסגרות הדפסה תלת מימדיות מכילות את פלטפורמת הבנייה, גלגלי שיניים, תנורי חימום, ברגים, הזנות חומרים וגלגלות. זכור, אין להתערבב עם הרעיון של מסגרות להחלפה, אשר מתייחסות בדרך כלל לפלטפורמות הבנייה המודולריות, הניתנות להחלפה, המשמשות במכונות לייצור תוספים תעשייתיים למטרת תפוקה מוגברת.

3. בקר

במדפסת התלת מימד, בקר הוא מחשב השולט בציוד דיגיטלי ואנלוגי שונים כדי לעבוד בשיתוף פעולה כדי לייצר את החלק. נתוני המכונה מתפרשים על ידי הבקר.

4. אקסטרודר, זרבובית, ראש הדפסה, קצה חם, טיפים

אלו יהיו מכלולים, המשויכים בדרך כלל ל-FDM ו-FFF, עם קצוות מחוממים חרוטיים שבהם מעבירים מלאי נימה גולמיים, מתמזגים, מחולצים ומופקדים על מצע הדפסה. קוטר הזרבובית תלוי בגובה השכבה ובעובי החרוזים שנבחרו. (למען הפרוטוקול, FDM פירושו דוגמנות בתצהיר מתמזג, ו-FFF מייצג ייצור נימה התמזגה)

5. לייזר וסורק

זה יוצר קרן אינפרא אדום או אולטרה סגול כדי להקשיח חומר בסיס. לייזרים IR, בדרך כלל CO2, משמשים להמסת פולימרים או מתכות. מצד שני, לייזרים UV משמשים לריפוי שרפים פוטופולימריים. מדפסות תלת מימד מבוססות לייזר עשויות לווסת את מיקום הקרן ואת כיוון הקרן באמצעות מראות וגלבוים או תנועה ליניארית. מערכת סריקת לייזר Galvos מהירה יותר אך גם מתוחכמת ויקרה יותר. כל מערכת סורקת רכיב תלת מימד עבור אותה שכבה בתנועות מהירות קדימה ואחורה.
בהתאם לחומר הנסרק, שיטת סריקה מסוימת עשויה להיות מתאימה יותר מאחרת. לדוגמה, מערכת המסת לייזר סלקטיבית עשויה לנטר איים זעירים של חומר כדי לסייע בשליטה על הצטברות הלחץ על שכבות בודדות.

6. מקרן DLP ו-UV

בהדפסת פוטופולימר, משתמשים במקרן אור דיגיטלי. מדפסות DLP 3D משתמשות בתמונת חתך יחידה של פריט כדי לרפא שטח ניכר מהחומר. ללא ספק, זה מהיר יותר ממערכות לייזר UV, שצריכות סריקה מהירה כדי לתקן שכבה. Carbon DLS בונה תכונות איזוטרופיות על רכיבים מודפסים בתלת מימד על ידי הזזת DLP לכיוון Z.

7. בנה תא ובנה מסגרת

תא בנייה מתייחס לאזור סגור שבו החלק מודפס. בניית מיטה, מכבשים, הזנת חומרים ומערכות לייזר וגלבוס הם דוגמאות להכללתו. הדפסה מתחילה עם מיטת החלק במצבה המינימלי, עם מקום למצע החלק או למכבש הליניארי לנוע על ציר Z.

8. מסגרת להחלפה/ניתנת להחלפה

זהו תא נתיק לייצור AM. בזמן שהעבודה הקודמת מעובדת, ייתכן שתוחלף מסגרת חדשה כדי להדפיס את העבודה הבאה. SLS, DMLS ו-HP MJF כולם משתמשים בזה.

9. קרן אלקטרונים

כדי לייצר חום, אלקטרונים מואצים וממוקדים בקרן צרה. הדפסת מתכת תלת-ממדית משתמשת בהמסת קרן אלקטרונים (EBM), ובניגוד ללייזרים, שדות מגנטיים משתנים עשויים לשלוט בקרני אלקטרונים, ולבטל את הצורך בגלבו או במערכות תנועה ליניארית.

10. הזנת חומרים והופר

הזנת חומרים והופר מתייחסים למקור אספקת החומר עבור רכיב ומבנה תמיכה. דרושים אקסטרודרים לשיטות מבוססות חוטים כמו FDM, בעוד שפלטפורמות מצע אבקה משתמשות במינון חומר מכויל. החומר מסופק למערכות מיטת אבקה כגון SLS או DMLS באמצעות כוח הכבידה או הזנת בוכנה אנכית וקווטר מחדש.

11. סל הצפה והצפת חומר

מיכל הנקרא פח הצפת משמש לאחסון שאריות חומר. מערכות הזרקת חומרים או חוטים עשויים להשתמש בזה כדי לשמור על חומר מושלך. לעומת זאת, החומר נהוג למחזר או לעשות בו שימוש חוזר למערכות אבקה ופוטופולימר תוך אחסונו בסביבה מבוקרת.

12. קלט נתונים

שלב הממשק הוא המקום שבו שכבות, בקרות מכונה ונתונים אחרים מוזנים לבקר. נתונים מופקים לעתים קרובות במחשב אחר ונשלחים באמצעות USB, Wi-Fi, Ethernet או טורי.

13. בקרת תנועה ליניארית

זהו חלק ממסגרת המכונה הנשלט על ידי גלגלת, רצועה, סרוו, בורג או מפעיל המניע את התכונות של מדפסת התלת מימד על ציר X, Y או Z. מדפסות מסוימות מזיזות את ראש ההדפסה בכיווני X ו-Y תוך הזזת מיטת הבנייה ב-Z. ניתן להשתמש בבקרה ליניארית כדי להפקיד חומר במשטח הבנייה או להסיר עודפי חומר לפחים על גדותיהם.

14. מבנה/חומר תמיכה

מבנה התמיכה הוא חומר המשמש לקשירת חלק לאזור הבנייה וליצירת מסגרת לריתוך או להנחת חומר עליה בעת ביצוע חלקים תלויים בהדפסת תלת מימד.

15. פילוס מיטה ופילוס מיטה

יישור מיטה הוא תכונה סטנדרטית במדפסות שולחניות המודד אוטומטית את מרחק הנסיעה בין ראש ההדפסה לפלטפורמת הבנייה. לאחר מכן המערכת מתאימה לשינויים קלים במישור ההדפסה שעלולים ליצור הדפסות לא סדירות או לא מוצלחות.

16. סילון חומרי

סילון חומר הוא ראש מושקע שנע בצורה ליניארית, בדומה להזרקת דיו, וממקם טיפות מיקרו של החומר. ניתן להשתמש בחומר שהופקד כדי ליצור את האובייקט ישירות, להוסיף צבע או כימיקלים תגובתיים, או לקשור חומר אבקתי יחד לפני העיבוד הבא.

17. הדפס, חלק, אובייקט, חומר עבודה

החלק המוגמר, ההדפס, האובייקט או חומר העבודה הוא המוצר המוחשי של מדפסת התלת מימד. לעומת זאת, ניתן להדפיס מבנה תומך קורבן גם על פלטפורמת הבנייה.

18. Recoater ורולר

Recoater או רולר הוא להב או צילינדר מכאני שדוחף חומר מקצה אחד של תא הבנייה לקצה השני, ומשליך עודפים לתוך פחי הציפה. מערכות מיטת אבקה כגון SLS, DMLS ו-HP MJF נכשלות לעיתים קרובות עקב תכונות רכיב שמתכופפות כלפי מעלה אל נתיבו של המחדש, נתקעות ונגררות על פני אזור ההדפסה.

19. בניית לוח/גיליון/משטח

משטח הבנייה הוא חלק מהמיטה הבנויה שניתן להחליף כדי לאפס את מדפסת התלת מימד להדפסה חדשה. כשכבה הראשונית של חומר הבנייה, לוחות וגיליונות בנייה חיוניים עבור מדפסות תלת מימד הדורשות מבנה תמיכה. תקלות חלק נגרמות גם מהדבקה לקויה בלוחית הבנייה.

20. בניית תוכנת התקנה

תוכנת התקנה ייחודית לבנייה מכינה קובץ רשת להדפסת תלת מימד. ניתן לתקן קבצי STL באופן אוטומטי על ידי תיקון פערי רשת והיפוך או שבירת תכונות. קבצים הניתנים להדפסה המכונים אחרת קבצים "אטומים למים", הם בעלי גיאומטריית רשת רציפה על פני השטח שלהם. תוכנית זו יכולה למקם את הפריט על פלטפורמת בנייה וירטואלית, ליצור תמיכות, להתאים מילוי ולדמות בנייה. לפני ההדפסה, סימולציית הבנייה יכולה לסייע בהערכת תזמון וגילוי קשיים.
חלקים מרובים עשויים להיבנות על פלטפורמת בנייה אחת לפני שהם מועברים כנתונים לקריאה של מדפסת התלת מימד. המידע הספציפי לשכבה המתקבל על ידי הדמיה וייצוא של ה-build מכונה לפעמים "חיתוך". תוכנת ההתקנה המסחרית הפופולרית ביותר היא Materialize Magics, שניתן להשתמש בה עבור פלטפורמות מקצועיות שונות. ניתן להוסיף לכל פלטפורמה יצירת תמיכה מותאמת אישית וקינון בנייה אופטימלי עבור משטחי מיטת אבקה.

איך להתחיל עם הדפסת תלת מימד?

בואו נסתכל על כמה שיקולים לפני שתתחיל עם הדפסת תלת מימד.

סוג קובץ מועדף

רוב קבצי ה-CAD נמצאים ב-STEP. רוב יישומי CAD ו-CAM מאפשרים פורמטים של Parasolid כמו STEP. בניגוד לפורמטי רשת כמו STL ו-OBJ, Parasolids מאחסנים מידע על יחידות ותכונות אחרות. ייצוא מקורי מכלים כמו Solidworks יכול גם לסייע לשירותים החוקרים את עץ התכונות הפרמטריות בפתרון בעיות מודל שעשויות להשפיע על ההדפסה.

STL & Mesh ייצוא

תוכנת ההתקנה של מדפסת תלת מימד דורשת קובץ רשת, כגון STL או OBJ. קבצי Parasolid CAD עשויים להיות מומרים לקבצי STL, ולא ניתן להמיר קבצי STL בחזרה ל-CAD פרמטרי. יצירת קובצי STL ברזולוציה התואמת את תהליך ההדפסה התלת-ממדית תוך שמירה על גודל הקובץ נמוך היא קריטית. שימו לב שקובצי STL שומרים על נתוני משטח רשת בצורה של סדרות משולשים.
טssellation משטח מעוקל מפחית את פרטי התכונות בייצוא רשת, מה שהופך את היפוך STL ל-Parsolid קשה או בלתי אפשרי. קבצי STL מכילים רק גיאומטריית רשת חיצונית וללא מידע נוסף על רכיבים. מכיוון שרוב מדפסות התלת מימד קוראות קבצים במילימטרים (מ"מ), זה קריטי לפלט במילימטרים. אם לא, הקובץ שהועלה עשוי להיקרא אחרת.
כדי לייצא STL ב-SolidWorks, החלף את הסטייה והזווית. אם אתה רוצה להניב את התוצאות הטובות ביותר, עליך לבחור בהתאמה אישית ולהזיז כל סרגל בערך 80% ימינה.