הדפסת תלת מימד ברורה ושקופה

מעצבי מוצר זקוקים לאבות טיפוס ברורים ושקופים של בקבוקים, רופאי שיניים מעריכים הוראות ניתוחיות ברורות מודפסות בתלת מימד, ושקיפות היא איכות מוערכת עבור מנורות מודפסות בתלת מימד, מודלים אדריכליים ומשקפי ראייה.

כיום, התקדמות החומרים ניכרת מתמיד, וניתן לאפשר טכנולוגיית מציאות רבודה אפילו עם עדשות ותצוגות מרשם מודפסות בתלת מימד.

קיימות מגוון שיטות הדפסה תלת מימדיות להשגת חלקים שקופים, החל מפילמנטים שקופים במחירים נוחים וכמה שלבי עיבוד שלאחר ועד לחומרי שרף בדרגה תעשייתית במדפסות תלת מימד מתקדמות. ישנם גם שירותי הדפסת תלת מימד בשפע המספקים חלקים שקופים.

להלן נראה כיצד להשיג רמות שונות של שקיפות באמצעות FDM, שרף וטכנולוגיות הדפסה תלת מימדיות אחרות. .

ישנם סוגים רבים של חומרים שקופים שניתן להשתמש בהם להדפסת תלת מימד, כמעט כולם הם פלסטיק. חלה התקדמות עם חומרי זכוכית וסיליקון להדפסת תלת-ממד, אך הפולימרים הם הזמינים ביותר.

כאן אנו מתמקדים בפופולריות הגוברת של חומרים שקופים באמת (כלומר שקופים לחלוטין). ראשית, נסקור את השיטות העיקריות של הדפסת תלת מימד שקופה (SLA ו-FDM), לפני שנעבור לשיטות עבודה מומלצות להשגת תוצאות באיכות גבוהה. לבסוף, נספק רשימה של חוטים ושרף שניתן להשתמש בהם להדפסת תלת מימד שקופה.

למרות שתמצא טיפים רבים במאמר זה, ייתכן שמדפסות תלת מימד רבות לא יוכלו להדפיס חלקים שקופים ללא רבב. בנוסף להדפסת החלקים בעצמכם, תמיד תוכלו להיעזר בשירות הדפסת תלת מימד, כמו שירות השוואת המחירים של Craftcloud, כדי למצוא במהירות את השירות הטוב ביותר במחיר הטוב ביותר.

כעת, בואו נחקור את השיטות הזמינות להדפסת חלקים תלת מימדיים ברורים ושקופים.

שיטות הדפסה מבוססות שרף (סטריאוליתוגרפיה, SLA; עיבוד אור דיגיטלי, DLP; תצוגת גבישים נוזליים, LCD) הן הבחירה הברורה עבור חלקים שקופים מכיוון שקווי שכבות פחות בולטים משיטות מבוססות נימה. שיטות אלו מספקות תוצאות כמעט חדות ללא הרבה לאחר עיבוד.

שרפים שקופים יכולים ליצור חלקים שקופים כאשר הם מתרפאים תחת אור UV, אבל יש כמה טריקים כדי להשיג את ההדפסים הברורים ביותר, כגון הדפסה בצפיפות מילוי של 100%. הטריק הזה בהחלט יגדיל את זמן ההדפסה, אבל הוא יכול לייצר חלקים צלולים ואפילו עדשות מצלמה מתפקדות במלואן.

טכנולוגיית הדפסת תלת מימד של Microresin יכולה לייצר חפצים זעירים ועדינים למחקר או ליישומים רפואיים, וניתן גם להפוך לשקוף. מיקרוסטריאוליטוגרפיה (µSLA) יכולה להדפיס חלקים מיקרוסקופיים ברזולוציות שבין 2 מיקרומטר (מיקרומטר) ל-50 מיקרון. זה דורש שרפים מיוחדים, לייזרים מדויקים ועדשות מיקוד, וכתוצאה מכך כתם אור קטן כמעט להפליא. פילמור שני פוטונים (TPP) היא טכנולוגיה דומה ל- µSLA אך קטנה יותר. TPP משמש כיום במחקר, יישומים רפואיים וייצור של מיקרו-רכיבים כגון מיקרו-אלקטרודות וחיישנים אופטיים.

חברת הדפסת 3D קרמיקה Lithoz חברה ליצרנית הזכוכית הגרמנית Glassomer כדי להשיק טכנולוגיה נוספת מבוססת שרף. המוצר, שנקרא "LithaGlass", מתחיל ב-slurry על בסיס זכוכית קוורץ המאפשרת את הגמישות של הדפסת תלת מימד וביצועים של זכוכית סיליקה מותכת. העיבוד לאחר עיבוד כולל סינון ההדפסה בתנור בטמפרטורה של עד 1,300 מעלות צלזיוס כדי להמיס את קלסר הפולימר ולהתיך את חלקיקי הזכוכית לחלק שקוף מוצק. למרות המסת החומר, החברה טוענת שהחלקים שומרים על צורתם לאחר התכווצות איזוטרופית (באופן שווה לכל הכיוונים). נכון לשנת 2024, החומר עדיין מסווג כפרויקט מחקר "חומר טרום-סדרה" באתר Lithoz.

הזרקת חומר היא שיטה נוספת המבוססת על שרף שבה שרף הניתן לריפוי UV מופקד טיפה על משטח ומתרפא באופן מיידי על ידי אור UV. Polyjet היא שיטת הזרקת חומרים שפותחה על ידי יצרנית מדפסות התלת מימד Stratasys. כדי לקבל הדפסים ברורים עם Polyjet, כדאי להתחיל עם שרף שקוף, כמו VeroClear של Stratasys. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, לעתים קרובות יש לסיים חלקי Polyjet באמצעות לכה, ליטוש או תהליכי הלבנת צילום.

הטכנולוגיה הקניינית של יצרנית מדפסות התלת מימד Mimaki היא גם טכנולוגיית הזרקת חומרים. הוא משתמש בטכנולוגיית הדפסת הזרקת דיו כדי להפקיד שרפים נוזליים לבנים, שקופים ו-CMYK הניתנים לריפוי UV וחומרי תמיכה מתמוססים שכבה אחר שכבה על המיטה. כל שכבה מטופלת ב-UV.

מודלים של פיוזד תצהיר (FDM) מאפשר ליצור חלקים שקופים באמצעות נימה שקוף כחומר מוצא. תהליך זה משאיר רכסים גלויים בקצוות של החלק המוגמר, אך בעזרת עיבוד לאחר וכמה טיפים שנפרט בהמשך, ניתן להסירם כמעט לחלוטין.

אתה לא צריך להגביל את עצמך לפלסטיק שקוף אחד. ניתן לייצר פלסטיק שקוף מ-PLA, PETG, פוליפרופילן ומגוון פולימרים אחרים, החל מחסכוני ודקורטיבי ועד תעשייתי וביו תואם.

אם אתה מדפיס פריטים גדולים, כגון אורות או שלטים, חסכוני יותר להשתמש בחומרים שקופים גרגירים (בשימוש עם מערכת אקסטרוזיה של חומרים גרגירים). כדורים שקופים הם בדרך כלל אותם חומרים המשמשים בהזרקה וזמינים במגוון רחב יותר מחומרי נימה, אך לא נמכרים בדרך כלל בכמויות קטנות.

טכנולוגיית הדפסת תלת מימד בשחול זכוכית נמצאת במגמת עלייה, אך בשל ציוד תעשייתי וטמפרטורות, היא משמשת בעיקר במעבדות מדע ובאולפנים לאמנות. זה עדיין לא זמין באופן מסחרי.

טיפים להדפסה לקבלת תוצאות הדפסת תלת מימד הברורות ביותר

עם הדפסת תלת מימד שקופה בשרף, השיטות המומלצות להשגת שקיפות אמיתית מתרחשות בעיקר בפוסט-עיבוד, שאותו נסקור להלן, אבל טריק אחד שתוכל לנסות במהלך תהליך ההדפסה הוא להוסיף מעט צבע כחול לשרף השקוף כדי לנטרל את תהליך הריפוי הצהבה מקרני UV בתהליך – אם כי הדבר עלול לגרום להדפסים מטושטשים ומצריך ניסויים מסוימים.

בעת הדפסה באמצעות שחול חומר או FDM, הגדרות הדפסה מסוימות יכולות לשפר את איכות ההדפסה. לדוגמה, עליך להשתמש בטמפרטורת קצה חמה גבוהה יותר, גובה שכבה גדול יותר ומילוי נמוך יותר. שלבים אלה יבטיחו שהחומר השקוף מותך כראוי, מרווח וחלול מספיק לשקיפות אופטימלית.

שקול גם אוריינטציה של חלק. האם אתה רוצה שקיפות בניצב לציר Z, שקיפות במישור XY או שקיפות מלאה? כדי ליצור אגרטל שקוף, סביר להניח שתזדקק לשקיפות רק לצירי X ו-Y (לצדו). כדי ליצור חלון שטוח אתה רק צריך לעבור את השקיפות של ציר ה-Z. כדי להיות שקוף לחלוטין, אתה צריך שקיפות עבור כל הצירים.

השגת שקיפות בצירי X ו-Y דורשת גובה שכבה גדול ביחס לגודל הזרבובית המשמשת. ככל שגובה השכבה וכדוריות השכבה גדולים יותר, כך פחות אור נשבר, מה שהופך את החלק המודפס בתלת-ממד לשקוף יותר. לפי יצרנית החומרים Taulman3D, הדפסה ב-70%-90% מקוטר הזרבובית מביאה להדפסה שקופה יותר.

הגדרות ההדפסה הטובות ביותר של FDM להגברת השקיפות:

מהירות ההדפסה איטית (25%-30% ממהירות ההדפסה הרגילה)

השתמש בזרבובית גדולה יותר כדי להדפיס שכבות עבות יותר

הדפס ב-70%-90% מקוטר הזרבובית כדי לקבל מבנים ששוברים פחות אור

השתמש בטמפרטורת הזרבובית הגבוהה ביותר בטווח הנימה (כדי להבטיח היתוך פלסטי)

השתמש בזרימה גבוהה מ-100% (למשל 108%)

מילוי בכיוון אחד

השבת מאוורר או קירור הדפסה

עצות לאחר עיבוד לקבלת הדפסי השרף הברורים ביותר

עבור רוב ההדפסות התלת מימדיות, יש צורך בעיבוד לאחר כדי להשיג את האפקט הרצוי. הדפסה שקופה אינה יוצאת דופן. למעשה, רוב השקיפות בפועל מושגת כאן.

בעוד ששרף יכול לייצר חלקים שקופים מדהימים ישר מהמדפסת, ברגע שחלקים אלה עוברים שטיפות רגילות של שרף ואשפרה, לעתים קרובות תקבלו חלקים עכורים ואטומים. אל תדאג, אתה יכול לשחזר אותם למצב שקוף עם קצת עיבוד לאחר.

ראשית, יש לנקות את חלקי השרף או להסיר כל שאריות שרף. אלכוהול איזופרופיל משמש בדרך כלל לניקוי. לאחר מכן הוא נרפא תחת אור UV. הימנע מהתפרצות יתר כדי למנוע הצהבה. לבסוף, החלקים חייבים להיות משייפים, מלוטשים ומצופים בציפוי שקוף או בלכה.

לקבלת התוצאות הטובות ביותר, השיוף צריך להתחיל ב-400 גריט ולהגדיל בהדרגה ל-12,000 גריט, ואז החלק יהפוך למשקף. לאחר שיוף והברקה, התזה על שכבה שקופה יוצרת גימור יפה תוך הגנה מפני הצהבה הנגרמת מחשיפה ל-UV. ניתן גם לטבול חלקים בשרף כדי לקבל משטח חלק באמת (אם כי זה לא אידיאלי עבור עדשות).

עצות לאחר עיבוד לקבלת חלקי FDM החדים ביותר

כשמדובר בהדפסת FDM, עליך לשייף את קווי השכבה כמתואר בסעיף השרף לעיל.

לאחר שבילה זמן מה בהסרת חומר משטח מהחלק המודפס בתלת מימד, הגיע הזמן להוסיף חומר. לעתים קרובות מתעלמים מהציפוי השקוף, אך עדיין זו דרך פשוטה, יעילה ומהירה להחליק, למלא פגמים ולשפר את הבהירות של חלקים שקופים.

שכבות שקופות ולכות מגיעות בגימורים שונים, ממט וסאטן ועד חצי מבריק ומבריק. בעוד שיש ציפויים לחלקים מודפסים בתלת מימד, לכה לחלקי רכב שקופים יעילים באותה מידה.

בעת הריסוס, התחילו במרחק של כ-30 ס"מ והזזו ימינה ושמאלה כדי להבטיח פרווה אחידה ולהימנע מריסוס יתר. בהתאם לתנאי הריסוס הספציפיים, ייתכן שיהיה עליך להמתין בטמפרטורת החדר לפחות 24 שעות לפני הטיפול בחלקים.

לאחר ייבוש, שיוף שוב עם נייר זכוכית בעל גריס גבוה (1000+) כדי להסיר כל פגמים בציפוי, כגון חלקיקי אבק רופפים, ריסוס יתר או "קליפת תפוז". לאחר השיוף יש לשטוף את החלק במים נקיים ולוודא שהוא יבש ונקי מאבק לפני מריחת שכבה נוספת.

תלוי עד כמה המשטח מחוספס, ייתכן שיהיה עליך ליישם שכבות צבע נוספות. רק היזהר לא למרוח שכבה עבה של צבע שכן זה יגרום למשטח דביק שלעולם לא נראה מתייבש.

חלקים מודפסים תלת מימדיים מבוססי נימה ניתנים לעיבוד עם ממסים, אך שימו לב שממסים אינם מתאימים לכל חומרי ההדפסה של FDM. לדוגמה, שימוש בממיסים על חלקי ABS עלול לגרום לאפקט מעונן לא נעים.

לדוגמה, חוט PolySmooth מיועד לדגמים שקופים. PolySmooth יכול להיעשות עם אתנול, אשר מרוסס על ההדפסה ונותן להתייבש במשך כמה ימים. שימוש חוזר יגרום לחלק להיות שקוף. עם זאת, חלקים עלולים לאבד את יציבות המימדים עקב פעולתם של ממיסים.