אולי שמעתם על הדפסת 3D פלסטיק ומתכת. אבל האם ידעת שחול הוא גם חומר פוטנציאלי להדפסת תלת מימד? למעשה, זהו פתרון חסכוני עבור תעשיות רבות ומשלים במיוחד את יציקת החול המסורתית. אבל איך עובדת הדפסת חול תלת מימדית, וכיצד תועלת יציקת חול מסורתית מתהליך תוסף זה? אנו בוחנים מקרוב את הנושאים הללו במאמר זה.
כדי להבין את החשיבות של הדפסת חול תלת מימדית ליציקה, עלינו להבין תחילה את תהליך יציקת החול המסורתי. יציקת חול היא תהליך יציקה המשמש לייצור חלקים סופיים העשויים ממתכות וחומרים אחרים. התבנית אליה יוצקים את החומר הנוזלי עשויה חול עמיד בטמפרטורות גבוהות. תהליך היציקה המקורי נבדק והוכח במשך אלפי שנים, החל מ-3,200 לפני הספירה בערך. כמובן שתהליך הייצור עבר מספר שלבי פיתוח, אך הרעיון הבסיסי לא השתנה.
התהליך מתחיל בשרטוט דו מימדי של החפץ שייצר. על בסיס תפיסה זו, מייצרים תבנית, אך אם משתמשים בה לחלק המתכת הסופי, מידותיה מוגדלות כדי לאפשר הצטמקות. בנוסף, המודל חייב לכלול תעלות מזיגה. תבנית הנגטיב המוכנה נדחסת לקופסת יציקה מלאה בחול. לאחר מכן נוצרת תמונה (תבנית) של הדגם בחול. יוצקים חומרים נוזליים (אלומיניום, פלדה, מגנזיום, ברזל) לתבנית זו ומוציאים מיד לאחר הקירור. בשלב הגמר יש להסיר גם את השער.
למרות שיציקת חול הוכיחה את עצמה עם תוצאות מפורטות, שלבי התהליך לעיל מראים כי מדובר בתהליך מורכב עם שלבים רבים. כאן נכנסת לתמונה הדפסת תלת מימד. השילוב של יציקה מסורתית וייצור תוסף הופך את התהליך ליעיל יותר מכיוון שהתבנית או הליבה של החלק עם החלל מעוצבת דיגיטלית באמצעות CAD ומיוצרות באמצעות הדפסת חול תלת מימדית. זה מבטל את השלבים של עיצוב הדגם, יצירתו והדפסתו במסגרת יצוקה. בקיצור, הדפסת תלת מימד מספקת קיצור דרך להשגת המטרות הרצויות, תוך חיסכון בזמן, בעלויות ומשאבים.
לפני שנדון ביתרונות הרבים של הדפסת חול תלת מימדית בפירוט רב יותר, בואו נתמקד בהדפסת חול תלת מימדית עצמה. חול הקוורץ המשמש להדפסת תלת מימד אינו החול המסורתי המצוי בארגזי חול או בחופים, והוא מורכב בעיקר מחלקיקי קוורץ. ניתן להשתמש בסוגים שונים של חול בהתאם לסגסוגת היציקה של החלק הסופי. חול קוורץ SH-F01 הוא שחור מט, בעוד SH-P14 הוא בז ', בדרך כלל צבע חול. לשניהם עמידות וחוזק גבוהים בחום. ניתן להשתמש גם בחול סינטטי SH C052. הוא מבוסס על קרמיקה ובעל תכונות דומות לסוגים שהוזכרו לעיל. בהדפסת חול תלת מימדית, החול הופך לאחר מכן לתבנית ליציקת חול באמצעות הזרקת קלסר.
יתרונות ויישומים
הזרקת קלסר נחשבת יעילה במיוחד בהשוואה לטכנולוגיות אחרות של הדפסת תלת מימד. זה חל לא רק על עיבוד של אבקות פולימר או מתכת, אלא גם על עיבוד חול. משמעות הדבר היא שהזרקת קלסר לא רק מדלגת על רבים מהשלבים של יציקת חול מסורתית, אלא גם מייצרת תבניות ביעילות רבה במיוחד. ניתן להמיר זמן שנחסך בייצור לרווחים כספיים. לדוגמה, הדפסת תבניות יכולה להוזיל עלויות של עד 75% לאורך תהליך הייצור.
מודלים תלת מימדיים מתוכננים במחשב, מה שמקל על שינוי והתאמה אישית. ניתן גם לייצר ולייצר גיאומטריות מורכבות בכל קנה מידה. יתרון נוסף של תבניות חול מודפסות באמצעות סילון קלסר הוא שהן בעלות דיוק ממדי טוב יותר וניתן לייצר אותן בכמויות משתנות. זה גם מספק יתרון תחרותי מכיוון שניתן לענות טוב יותר על דרישות הלקוח.
בנוסף לחיסכון בזמן וכסף, הדפסת חול חוסכת גם משאבים. אין יותר טיפול בחומרים ליצירת מודלים פיזיים. מכיוון שתהליכים תוספים משתמשים בעיקר רק בחומרים הדרושים בפועל, נוצרת פחות פסולת. חול קוורץ נחשב לחומר ידידותי לסביבה, כמותו כמעט בלתי מוגבלת, וניתן לעשות שימוש חוזר חלקי גם באבקת הדפסה שאינה בשימוש. במובן זה, הדפסת חול תלת מימדית תורמת לייצור בר קיימא יותר.
ניתן לשקול הדפסת חול תלת מימדית עבור תבניות המשמשות במגוון יישומים, במיוחד כאלו הדורשים ייצור יעיל של חלקים מורכבים. זה המקרה בתעשיית הרכב או התעופה והחלל, שבה משתמשים ביישומים ספציפיים כמו גלגלים או מדחפים. לדוגמה, בית היציקה הבריטי Boro Foundry השתמשה בהדפסת חול תלת מימדית לייצור חלקי חילוף. הטכנולוגיה יכולה לשמש גם ליצירת רהיטי מעצבים, אמנות ותעשיית המסעדנות. זה יכול לשמש לייצור אבות טיפוס ואצוות קטנות.
יצרן מדפסות תלת מימד חול
בתחום הדפסת תלת מימד ישנם מספר יצרנים המתמחים בעיבוד חול. חברת voxeljet הגרמנית ידועה במיוחד בתחום זה. הוא מציע מגוון מערכות הדפסה תלת מימדיות בחול, כולל מכונות VX 200, 500, 1000, 2000 ו-4000, הכוללות מיטות הדפסה בגדלים שונים. בנוסף ל-voxeljet, יש לציין גם את ExOne (נרכשה על ידי Desktop Metal ב-2021 אך עדיין פעילה בעסקי החול), המתמחה גם במערכות סילון קלסרים והיא מהמובילות בתחום זה.
למרות שטווח היישומים של הדפסת תלת מימד בחול צר יותר מזה של הדפסת תלת מימד שרף, פולימר ומתכת, הוא יכול לענות על צרכים ספציפיים. זו הסיבה שיותר ויותר ספקי שירות מוסיפים אותו להצעות שלהם כדי לענות טוב יותר על צרכי הלקוחות ולעזור לגלגלים קטנים שרוצים לחולל מהפכה ביציקת חול עם הדפסת תלת מימד, אבל אין להם את המשאבים להשקיע בעצמם במפעל מדפסת חול תלת מימד.
