1. האיכויות החזקות של אלומיניום מודפס בתלת מימד
עלינו להבהיר מדוע אלומיניום יכול להתאים לתחום של הדפסת תלת מימד. למרות שהצפיפות שלו היא רק כשליש- משל פלדה, אלומיניום היא מתכת קלת משקל עם חוזק גדול למדי. במקביל, העמידות החזקה בפני קורוזיה, הגמישות והריתוך של האלומיניום עוזרות לו לשמור על דיוק ממדי ויציבות צורה במהלך תהליך ההדפסה התלת מימדית. יתר על כן, לאלומיניום יש מוליכות תרמית גבוהה למדי, המסייעת לפיזור מהיר של חום במהלך הדפסת תלת מימד ולכן מונעת דפורמציה ושבירה כתוצאה מלחץ תרמי.
ובכל זאת, למתכת יש חסרונות מסוימים. לאלומיניום יש נקודת התכה נמוכה למדי והחזרה גבוהה במהלך תהליך ההדפסה התלת מימדית, מה שעלול לגרום לספיגה לא מספקת של אנרגיית הלייזר ומכאן להשפיע על יעילות ואיכות ההדפסה. אלומיניום נוטה גם לחמצון בצורתו המותכת, היוצר סרט תחמוצת אלומיניום צפוף שעלול להפריע להתכה וערבוב מתכת יותר, ולכן משפיע על החוזק והצפיפות של מוצרים מודפסים.
חומרים מודפסים ב-2.3D חזקים כמו מתכת
חומרים חזקים כמו או אפילו יותר מאלומיניום אינם נדירים בתחום הדפסת תלת מימד. אלה כמה חומרי הדפסה תלת מימדיים טיפוסיים בעלי חוזק שווה לאלומיניום או מעליו:
סגסוגת אלומיניום טיטניום
סגסוגת טיטניום, המועסקת בעיקר בתעשיות כולל תעופה וחלל, רפואי וציוד ספורט, היא חומר מתכת בעל חוזק- גבוה, צפיפות- נמוכה ועמיד בפני קורוזיה-. בגלל החוזק הרב שלהן ועמידותן בפני קורוזיה, סגסוגות טיטניום מועדפות מאוד בהדפסת תלת מימד. סגסוגת טיטניום Ti6Al-4V, למשל, היא סגסוגת טיטניום נפוצה ומשמעותית בשימוש נרחב בייצור רכיבי תעופה וחלל, שתלים רפואיים וקונסטרוקציות מסובכות; הוא משלב חוזק גבוה, קשיחות טובה ועמידות בפני קורוזיה.
פלדה סטרלינג
איכויות מכניות מעולות ועמידות בפני קורוזיה מגדירים את הנירוסטה כמתכת. בגלל החוזק הרב ויכולת העיבוד המעולה שלה, הנירוסטה משמשת יותר ויותר בהדפסת תלת מימד. במיוחד נירוסטה 316L, המתהדרת בתאימות ביולוגית יוצאת דופן ועמידות בפני קורוזיה, מוצאת שימוש רב במגזרים כגון מכונות לעיבוד מזון ושתלים רפואיים.
סגסוגת-לטמפרטורה חמה
בתנאי טמפרטורה גבוהים, סגסוגת בטמפרטורה גבוהה היא חומר מתכת שיכול לשמר מאפיינים וחוזק מכאניים גדולים. בדרך כלל כולל רכיבים כמו ניקל, קובלט, כרום וכו', סוג זה של סגסוגת מתגאה בעמידות חמצון יוצאת דופן, יציבות תרמית ועמידות בפני זחילה. סגסוגות בטמפרטורה גבוהה- עוררו עניין רב בהדפסת תלת-ממד מכיוון שהן יכולות לשמור על ביצועים טובים בתנאים עוינים. מנועי תעופה וחלל, למשל, מיוצרים באמצעות סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה כמו היינס 230 ו-Inconel 718 באופן נרחב.
חומר בנייה קרמי
בגלל קשיותם הרבה, עמידותם הגדולה לבלאי והיציבות הכימית יוצאת הדופן, חומרים קרמיים הפכו פופולריים למדי בהדפסת תלת מימד. למרות שחומרים קרמיים הם שבירים מאוד, בשימושים מסוימים הכוח הרב שלהם ועמידותם בפני שחיקה הופכים אותם לבלתי ניתנים להחלפה. לדוגמה, כלי חיתוך, כלי שחיקה ורכיבים בטמפרטורה- גבוהה מיוצרים באמצעות חומרים קרמיים, כולל אלומינה וסיליקון ניטריד, באופן נרחב למדי.
3.שיקולים לגבי בחירת חומרי הדפסה בתלת מימד
בבחירת חומרי הדפסה תלת מימדיים חזקים כמו אלומיניום, עלינו לקחת בחשבון מספר משתנים באופן הוליסטי כולל חוזק החומר, צפיפות, עמידות בפני קורוזיה, ביצועי עיבוד, תמחור ואזורי יישום. הנה כמה גורמים ספציפיים:
סמכות: אחד הגורמים המכריעים ביותר המנחים את בחירת חומרי ההדפסה בתלת מימד הוא חוזק החומר. יש לבחור חומרים בעלי רמות חוזק מתאימות בהתאם לצרכי יישום מסוימים.
צפיפות: צפיפות החומר מהווה דאגה מרכזית לשימושים הדורשים קל משקל. למרות שהצפיפות הנמוכה שלהם הופכת את סגסוגות האלומיניום לעדיפות, בשימושים מסוימים חומרים קלים אחרים כגון סגסוגות טיטניום או סגסוגות בטמפרטורה גבוהה- יכולים להיות גם אפשרויות עדיפות.
עמידות בפני קורוזיה: חומרים בעלי עמידות בפני קורוזיה חזקה הם מה שצריך לבנות מהם רכיבים המיועדים לתנאים רטובים או קורוזיביים. במובן זה, למוצרי מתכת הכוללים סגסוגות טיטניום ופלדת אל חלד יש יתרונות.
ביצועי עיבוד: ביצועי העיבוד ומאפייני ההדפסה משתנים בכל חומרי ההדפסה בתלת מימד. יש לבחור חומרים מתאימים בהתאם לציוד מיוחד להדפסת תלת מימד ולקריטריונים לתהליך.
עלות היא שיקול מכריע שאי אפשר להתעלם ממנו בעת בחירת חומרי הדפסה בתלת מימד. כדי לבחור את החומר היעיל ביותר-עלינו לקחת את כל המרכיבים, כולל עלות החומר, עלות ההדפסה, ועלות עיבוד מאוחרת יותר למחשבה רבה.
תחום היישום: אתרי יישומים שונים דורשים צרכים מובהקים של חומרי הדפסה תלת מימדיים. לדוגמה, בעוד שהמקצוע הרפואי מדגיש את התאימות הביולוגית ואת העמידות בפני קורוזיה של חומרים, למגזר התעופה והחלל יש צרכים גדולים לחוזק ולמשקל קל של חומרים.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-bike-handlebars.html