איך מדפסת תלת ממד עובדת? תרגום תוכן, סרטון מערוץ היוטיוב של ג'ארד אואן © (Jared Owen). בערוץ תמצאו סרטוני אנימציה בתלת ממד המסבירים איך דברים עובדים. הסרטון הפעם על מדפסות תלת ממד.

כלי עוצמתי למגוון יצירות

מדפסת תלת-ממד היא כלי עוצמתי שיכול לשמש להמון מטרות – מהדפסת אביזרים אישיים ועד בניית בתים, חלקי טילים, ואפילו תותבות רפואיות. בזכות טכנולוגיות מתקדמות, היא הופכת מהירה, זולה ונגישה יותר.

הסרטון מסביר את התהליך

תרגום הסרטון

מדפסת תלת-ממד לוקחת מודלים תלת-ממדיים ששמורים במחשב שלכם ויוצרת אותם פיזית ממש מול העיניים שלכם. מדפסות תלת-ממד הן גם מרתקות וגם מורכבות.

הטכנולוגיות משתפרות כל הזמן

בכל שנה, הטכנולוגיה משתפרת יותר ויותר. בסרטון הזה, אני רוצה לקחת אתכם למסע בתוך אחת מהמדפסות האלו כדי להראות איך היא פועלת.
שמי ג'ארד, ואני יוצר אנימציות תלת-ממדיות כדי להציג ולהסביר איך דברים עובדים. הסרטון הזה ממומן על ידי Bambu Lab. במדע הבדיוני, יש לפעמים מכשיר שנקרא "רפליקטור" – אפשר לבקש ממנו ליצור כמעט כל אובייקט, והוא מופיע יש מאין. היום אין לנו רפליקטורים, אבל מדפסת התלת-ממד מתחילה לעשות דברים דומים. זה לא קורה מיד, אבל זה עדיין די מרשים לראות מה היא מסוגלת לעשות.

הדפסת תלת-ממד היא סוג של ייצור תוספתי

מתחילים מכלום ומוסיפים חומרים שכבה אחר שכבה עד שהאובייקט מושלם. לעומת זאת, ייצור חיסורי מתחיל מבלוק של חומר (כמו מתכת) ואז מסירים ממנו חלקים כדי להגיע לצורה הסופית. שימו לב לכמות הבזבוז הרבה בתהליך החיסורי. בהדפסת תלת-ממד יש הרבה פחות חומר מבוזבז, וזה אחד היתרונות שלה.

המגבלה היחידה היא הדמיון שלכם

כן, נכון – מדפסת תלת-ממד יכולה לשמש ליצירת כל מיני צעצועים, דמויות מיניאטוריות, אביזרי קולנוע ועוד. אבל זכרו שמדפסות תלת-ממד יכולות גם ליצור חפצים פרקטיים: מחזיקי מכסים למטבח, אזיקונים, תומכים מתכווננים כמעט לכל דבר, שלט עם קוד QR לרשת ה-WiFi שלכם, ואפילו מתקן ייעודי למטאטא שלכם – מאוד שימושי למטבח!
אפשר אפילו להדפיס אביזרים למדפסת התלת-ממד עצמה! כאן המגבלה היחידה היא הדמיון שלכם.

בעולם האמיתי יש גם שימושים מעניינים נוספים

• אוכל מודפס בתלת-ממד – כן, זה באמת אכיל.
• בגדים מודפסים בתלת-ממד.
• תותבות לאנשים שזקוקים להחלפת איברים.

חברות גדולות משתמשות במדפסות תלת-ממד לייצור מוצרים, כי זה זול ומהיר יותר.
למשל, חברת SpaceX ממש מדפיסה חלקים לטילים שלה!
נאס"א מקווה להשתמש במדפסות תלת-ממד כדי להדפיס כלים וחלקים בחלל – כך שאסטרונאוטים לא יצטרכו להביא איתם כל דבר מראש.

ויש אפילו בתים מודפסים בתלת-ממד!

במקום פלסטיק, משתמשים בחומר דמוי בטון – ואנשים באמת גרים בהם. זה נראה לא רע בכלל, אם תשאלו אותי.

סוגי מדפסות תלת-ממד

הסוג הנפוץ ביותר – וזה שמשמש בסרטון הזה – נקרא FDM (Fused Deposition Modeling).
הוא משתמש בסליל של פילמנט (חומר גלם, בדרך כלל מפלסטיק) שמתמוסס ונבנה לשכבות.
השכבות הללו נערמות זו על זו עד שנוצר האובייקט התלת-ממדי.

פילמנט

לרוב, עובי הפילמנט הוא כמה מילימטרים – בערך בעובי של שתי כרטיסי אשראי.

פילמנטים מגיעים בגלילים גדולים, וניתן להשיג אותם כמעט בכל צבע.
ישנם סוגים שונים של חומרים – חלקם קשיחים ולא גמישים, אחרים גמישים, ויש גם כאלה עמידים במיוחד לחום ולתנאים קיצוניים. החומר הנפוץ ביותר למתחילים הוא PLA (חומצה פולילקטית), והוא קל מאוד לשימוש.

מבנה מדפסת התלת-ממד

בסרטון הזה אנחנו משתמשים במדפסת A1 של חברת Bambu Lab, הנחשבת למובילה בטכנולוגיה.
נכון לאוקטובר 2024, מחירה 339 דולר. Bambu Lab פועלת כדי להפוך את מדפסות התלת-ממד לנגישות לצרכנים כמוני וכמוכם.
המדפסת בגודל בערך כמו מחשב שולחני, וניתן למקם אותה על שולחן ליד אזור העבודה.

החלקים העיקריים

• מסגרת המדפסת – נקראת Gantry.
• פלטת הבנייה – משטח מתכת שעליו האובייקט מודפס. ניתן להסיר אותה ולשטוף או להחליף. היא מוחזקת על ידי מגנטים חזקים.
• מסך מגע – לשליטה במדפסת. אפשר גם לשלוט בה מרחוק, דרך מחשב או טלפון.
• מתקן סליל הפילמנט – נמצא בחלק העליון של המדפסת.
• הראש המתחמם (Toolhead) – בו הפילמנט נמס ויוצא החוצה.
• מנועים צעדיים (Stepper Motors) – מאפשרים תנועה מדויקת בשלושה צירים:
  • ציר X – תנועה אופקית.
  • ציר Y – תנועה קדימה ואחורה.
  • ציר Z – תנועה למעלה ולמטה.
• מצלמה מובנית – מאפשרת לצלם Time-lapse של ההדפסה.

תהליך ההדפסה

• שלב 1: יצירת מודל תלת-ממדי – ניתן להוריד מודלים מוכנים או ליצור אותם בתוכנה ייעודית.
• שלב 2: תהליך ה-Slicing – המודל מחולק לשכבות כך שהמדפסת תוכל להבין איך להדפיס אותו.
• שלב 3: המדפסת ממיסה ומניחה שכבות פלסטיק עד שהאובייקט בנוי במלואו.

משך ההדפסה יכול לנוע בין כמה דקות למספר ימים, תלוי בגודל ובמורכבות המודל.

המדפסות של Bambu Lab מגיעות עם מודלים מובנים להדפסה קלה.
למשל, סירת Benchy – זו הדפסה נפוצה לבדיקה ראשונית של מהירות ואיכות ההדפסה.

כדי למצוא מודלים נוספים, אפשר להוריד אותם מMaker World או אתרים דומים – רבים מהם חינמיים לחלוטין.

אפשרות לסרוק חפצים

אפשר גם לסרוק חפצים בעולם האמיתי ולהפוך אותם לקובצי תלת-ממד להדפסה. הסלייסר משתמש בזה ומפיק משהו שנקרא G-code. אלה הוראות שלב-אחר-שלב שמכתיבות כיצד מדפסת התלת-ממד צריכה ליצור את האובייקט שלך. מדובר בהוראות מדויקות מאוד שמכתיבות את תנועת מנועי הצעד. הוראות אלה קובעות היכן ינוע ראש ההדפסה ופלטת הבנייה, וגם מתי ייפלט החומר.
למזלנו, אין צורך להבין את ה-G-code, פשוט שולחים אותו למדפסת, והיא עושה את כל העבודה.

בואו נראה דוגמה כדי להבין איך זה עובד בפועל 

ברגע שלוחצים על כפתור ההדפסה, פלטת הבנייה מתחילה להתחמם, כמו גם הקצה החם של הפיה. בתוך ראש ההדפסה, מנוע הצעד מתחיל להסתובב ולמשוך את החומר פנימה.
החלק שבתחתית, שנקרא הפיה, הוא החלק שמתחמם מאוד. אם משתמשים ב-PLA, אחד מסוגי החומרים הנפוצים ביותר, הוא יתחמם ל-220 מעלות צלזיוס.
למרות שכיסוי מגן עוטף אותו, אסור להתקרב עם הידיים בזמן ההדפסה.

שלבי ההכנה להדפסה 

• ראש ההדפסה עובר לצד השמאלי ומתחיל להוציא מעט חומר, כדי לוודא שהזרימה תקינה.
• שלב זה נקרא טיהור החומר או בשם העממי "קקי מדפסת". כן, המדפסת חייבת להוציא את זה לאנשהו! הרבה אנשים מדפיסים לעצמם מיכל מיוחד לאיסוף החומר המטוהר.
• לאחר שהחומר זורם כראוי, המדפסת מבצעת יישור מיטה – תהליך שמוודא שפלטת ההדפסה מפולסת לחלוטין.
• במדפסות מודרניות התהליך הזה אוטומטי, הרבה יותר פשוט ממדפסות ישנות.
• רגע לפני ההדפסה, המדפסת תשרטט כמה קווים מקדימים כדי לוודא שהחומר ממשיך לזרום היטב.
• בצד האחורי של פלטת הבנייה נמצא מנגב הפיה, שתפקידו לנקות את הקצה החם לפני תחילת ההדפסה.

תחילת ההדפסה 

• השכבה הראשונה היא החשובה ביותר, כי היא צריכה להידבק היטב לפלטה.
• לכן הפלטה מחוממת ומרקמה מחוספס מעט כדי לשפר את ההיצמדות. לפעמים מוסיפים גם דבק מיוחד.
• המדפסת מתחילה בציור קווי המתאר של השכבה, ואז ממלאת את הפנים, שנקרא infill.
• מילוי מלא היה גוזל יותר מדי חומר, לכן בדרך כלל מסתפקים ב-15% מילוי – מספיק כדי לשמור על יציבות.

לאחר סיום ההדפסה 

• יש לזכור שפלטת ההדפסה עדיין חמה, אז צריך להיזהר.
• למרבה המזל, האובייקט מתקרר במהירות וניתן להרים אותו תוך דקות ספורות.

אתגרים בהדפסה 

• כאשר יש בליטות או תליות, כמו בקשת Gateway Arch, אי אפשר להדפיס באוויר.
• הפתרון הוא להוסיף תומכים (support structures), מבנים זמניים שמחזיקים את החלקים התלויים עד שההדפסה מסתיימת.
• אחרי הסיום, פשוט שוברים את התומכים ומשאירים רק את החלק הרצוי.

הדפסה בצבעים מרובים

בעבר, אפשר היה להדפיס רק בצבע אחד, אבל מדפסת A1 תומכת בהדפסה רב-גונית באמצעות התקן נוסף שנקרא AMS Lite (מערכת חומר אוטומטית).

• המערכת מחזיקה עד ארבעה סלילים שונים של חומר, ומספקת את הצבע המתאים לכל חלק באובייקט.
• סלילי החומר של Bambu Lab מגיעים עם שבב RFID, שמזהה אוטומטית את סוג החומר והצבע.
• בעת מעבר בין צבעים, המדפסת חותכת את החומר הישן, מוציאה אותו החוצה, ורק אז מתחילה עם הצבע החדש.
• תהליך זה מייצר הרבה פסולת חומר, אבל זה המחיר של הדפסה בצבעים מרובים.

דגם A1 מול דגם X1-Carbon

ה-A1 היא מדפסת ברמת כניסה, עם כמה חסרונות:
✔ היא פתוחה, מה שאומר שאין בקרה על טמפרטורה ולחות.
✔ היא משתמשת בשיטת bed-slinger, כלומר פלטת ההדפסה זזה קדימה ואחורה במהירות – מה שעלול לגרום לבעיות ביציבות.

לעומת זאת, ה-X1-Carbon היא גרסה מתקדמת יותר:
✔ תא סגור, ששומר על בקרת אקלים מדויקת.
✔ תנועה יציבה יותר – הפלטה עולה ויורדת בעדינות, וראש ההדפסה מבצע את רוב התנועה.
✔ כולל מערכת LiDAR, שסורקת את השכבה הראשונה לוודא שההדפסה מתחילה כמו שצריך.
✔ מצלמה מתקדמת לתיעוד והפקת סרטוני time-lapse.
✔ מערכת AMS משודרגת ששומרת על החומר יבש וללא לחות, לשיפור איכות ההדפסה.

העתיד של הדפסת תלת-ממד נראה מבטיח מתמיד! תודה לחברת Bambu Lab על החסות לסרטון. שמי ג'ארד, תודה שצפיתם!