"יש לכם הדפסות תלת מימד?" היא שאלה הנשאלת לא מעט על ידי מבקרים המגיעים לספריית החומרים. יחד עם האטרקטיביות והמשיכה הרבה לתחום זה, יש לא מעט בלבול סביב ריבוי הטכנולוגיות הקיים בו. לאחרונה ערכנו ריענון בתחום הדפסות התלת מימד באוסף ספריית החומרים והוספנו לאוסף הרבה דוגמאות חדשות ועדכניות של טכנולוגיות הדפסה שונות, ולכן החלטנו לעצור לרגע ולעשות קצת סדר בתחום שלא מפסיק להתפתח בקצב מסחרר.
הבסיס: מה היא 'הדפסה תלת מימדית'?
הדפסה תלת מימדית היא טכנולוגיית ייצור דיגיטלית, כמו חיתוך לייזר, CNC וטכנולוגיות דומות נוספות אשר משתמשות בכלים דיגיטליים (תכנון ממוחשב) ומאפשרות מידול וייצור זמין ומהיר יחסית מקנ"מ קטן עד גדול. טכנולוגיות הייצור הדיגיטליות מאפשרות מורכבויות צורניות חדשות ושימוש במנעד רחב של חומרים באופן שלא התאפשר קודם לכן. להבדיל מחיתוך לייזר ו-CNC, טכנולוגיות הדפסה תלת מימדית לרוב מבוססת על הוספת חומר ולא החסרת חומר, זאת באמצעות ריבוד של החומר בשכבות, או בשפה פשוטה, יצירת שכבות של חומר אחת מעל השנייה ליצירת אובייקט תלת ממדי.
הקשר בין סוג המדפסת התלת מימדית לחומר המשמש אותה הוא הדוק במיוחד, כאשר כל מדפסת עובדת בשיטת הדפסה מסויימת המתאימה לקבוצת חומרים ספציפית. כמו כן, מאפייני החומר המודפס (התוצר) מושפעים ישירות משיטת ההדפסה.
כיצד מתנהג חומר מודפס?
כפי שאתם יודעים, חומר אחד יכול להתקיים במגוון רחב של תצורות, מבנים ומצבי צבירה, כך גם החומרים המשמשים להדפסות תלת מימד. חומר הגלם המודפס יכול להיות נוזלי, משחתי, אבקתי ולעיתים מוצק אשר יותך על מנת לקבל את צורתו מחדש. בתהליך ההדפסה עצמו, החומר מתמצק או נקשר על מנת להפוך לאובייקט תלת מימדי, זאת באמצעות שיטות שונות, לדוגמה: על ידי מקור אור (בפוטופולימרים), על ידי חומר מקשר (דבק) או על ידי ייבוש באוויר.
נשמע פשוט, אז למה קיים בלבול בין סוגי ההדפסות השונות?
עיקר הבלבול נוצר בעקבות ריבוי טכנולוגיות שכולן מתבססות על חיבור בין אופי ומבנה של חומר גלם מסוים, לאופן המיצוק שלו בתהליך ההדפסה. אם נתבסס רק על הפרמטרים שהזכרנו קודם, נגלה במהירות שיש לא מעט דרכים אופציונליות למצק חומרים שונים. ברמה המעשית, בתכנון המדפסת עצמה, הדבר אף יותר מורכב ולכל אחת מהדרכים הללו יהיו פרמטרים נוספים שיש לקחת בחשבון הקשורים לתרכובות החומרים ולאפשרויות הטכנולוגיות לביצוע התהליך.
מסיבות אלו ועוד, מידי שנה יוצאות לשוק מגוון רחב של מדפסות הנבדלות זו מזו בפטנטים השונים למיצוק חומרים באמצעות הדפסה, ופעמים רבות פטנטים אלו שונים אחד מהשני רק במעט. מפאת התחרות בין שלל החברות ניתקל בהמון שמות שונים לטכנולוגיות אשר בבסיסן יכולות להיות מאוד דומות.
בשביל לשמור על כמה שיותר סדר ובהירות, בחרנו לסווג בספריית החומרים את הדוגמאות השונות של הדפסות תלת מימד לפי חמישה סוגי טכנולוגיה עיקריים:
להתיך חומר
כמו השם, בתהליך זה חומר מוזן לגוף חימום, מותך ומשוחל דרך ראש ההדפסה שכבה אחרי שכבה (ריבוד) ומתמצק שוב כשהוא מתקרר. לכן בשיטה זו משתמשים בפולימרים תרמופלסטים שלרוב מגיעים בצורת סליל ומותכים בתהליך ההדפסה ליצירת הצורה החדשה. ייתכן כי נתקלתם בטכנולוגיה זו לא מעט מכיוון שהיא נפוצה במיוחד במדפסות ביתיות ואף קיימת בגרסאות בקוד פתוח שניתן לבנות לבד.
במוזיאון העיצוב הוצגו לא מזמן בתערוכת מבט על (2017) לא מעט פריטים אשר השתמשו בשיטת הדפסה זו. ביניהם המשקפיים בעיצובם של שירה קרת ואיתי לניאדו שיצרו שילוב מעניין בין נצרים, חומר אורגני השייך לעולם הקראפט, למחברים פשוטים וחכמים שתוכננו במיוחד להתאמת הנצרים והודפסו בפלסטיק (PLA).
להזליף חומר
אם מקודם עסקנו בחומר תרמופלסטי שמוזן לגוף חימום על מנת שיוכל לעבור מחדש דרך הפיה של ראש ההדפסה (תהליך הנקרא שיחול), במקרה הזה כבר אין צורך בגוף חימום – מכיוון שבשיטה זו כל חומר במרקם משחתי היכול לעבור דרך פיה ובעל יכולת התמצקות באוויר, יהווה חומר גלם אופציונלי. אם נתקלתם לאחרונה בסרטונים של הדפסות בחמר, בשוקולד או הדפסה של בתים מבטון, או אולי קראתם על ניסיונות ופיתוחים של הדפסת חומרים ביולוגים – רוב הפיתוחים הללו מבוססים על שיטת השיחול במשחה.
המעצב הגרמני Daniel Wilkens, אשר עוסק בעיצוב מוצר וביולוגיה מולקולרית, יצר את Message in a Cake, וניצל את ההדפסה בשיחול ליצירת עוגות שיש המסתירות בתוכן תמונות המתגלות רק בעת פריסת העוגה. בסרטון שבלינק תוכלו לראות את האופן המעניין בו העוגה נוצקת לתוך תבנית האפיה בשיטה זו.
להדביק אבקה
בטכנולוגיה זו ראש ההדפסה מזליף נוזל מקשר (Binder) על חומר אבקתי הנמצא ב"אמבט" למיצוק הגוף התלת מימדי. האובייקט 'מצויר' שכבה אחרי שכבה דרך ראש ההדפסה והשכבות נדבקות אחת לשנייה ומתמצקות. הדפסה זו מאפשרת גם שימוש בספקטרום צבעים רחב כאשר הנוזל המקשר עצמו משמש לצביעת האבקה בדומה לתהליך המשמש במדפסת דיו צבעונית, ולכן שם נוסף לשיטה זו הוא Color Jet Printing.
דוגמא מעניינת לשיטת הדפסה זו היא סדרה של אובייקטים צבעוניים שהודפסו בגבס על ידי האמנית Maiko Gubler צבעו של כל אובייקט נקבע באופן אלגוריתמי על ידי מקרה ובכך מאיקו בוחנת את הצבע כייצוג ישיר של צורה תלת מימדית.
לגבש אבקה בלייזר
בדומה לטכנולוגיה הקודמת, גם טכנולוגיה זו מבוצעת ב"אמבט" אבקה, אך הפעם האבקה אינה מתגבשת באמצעות דבק, אלא באמצעות סינטור (דבקוק). מה זה סינטור? זהו תהליך ייצור בו מתיכים גרגירי אבקה ליצירת גוף מוצק. מדובר על התכה חלקית המספיקה על מנת לגבש את האבקה למוצק, ולא התכה מלאה למצב נוזלי וממנו בחזרה למוצק. בתהליך ההדפסה קרן לייזר אולטרה סגולה מתיכה ומגבשת פוטו-פולימר (פולימר המגיב לאור) במצב אבקתי, לאובייקט תלת מימדי.
"כיסא יהלום" העשוי פוליאמיד (ניילון), אשר הוצג במוזיאון העיצוב בתערוכה "ננדו – המרווח שבין לבין"בשנת 2016, מהווה דוגמה טובה ליכולות של הטכנולוגיה הזאת. בזכות תכונות החומר הכיסא מגיב ללחץ בכך שהוא סופג אותו ולא מתנגד לו, ומקבל גמישות כמו של איברים או שרירים אנושיים. הטכנולוגיה (SLS) אפשרה לתכנן ולייצר מבנה אוורירי עם עובי נוסף היכן שדרושה תמיכה למשתמש, ו'גילוף' של החומר לעובי דק וגמיש יותר במקומות בהם דרושה למשתמש נוחות. אפשרויות מבניות אלה כמעט ולא היו מתאפשרות בטכנולוגיות הייצור הסטנדרטיות, דוגמת הזרקת פלסטיק.
למצק נוזל באור
הדפסה המבוססת על פוטו-פולימר נוזלי, כלומר, פולימר נוזלי המתמצק על ידי חשיפה לאור, לעיתים על ידי קרני לייזר אולטרה סגולות ולעיתים באמצעות מקרן אור לבן. ניתן לחלק בצורה גסה את המדפסות מבוססות טכנולוגיה זו לשני סוגים עיקריים:
הסוג הראשון הוא למעשה טכנולוגיית ההדפסה התלת מימדית הראשונה (שהומצאה כבר בשנת 1984), בה המדפסת ממצקת פוטו-פולימר נוזלי הנמצא באמבט על ידי קרן אור. מכיוון שהאובייקט מתמצק מתוך אמבט המלא באותו הנוזל, טכנולוגיה זו מוגבלת לשימוש בסוג חומר אחד בכל הדפסה.
סטודיו בייקרי הישראלי ניצל את יתרונות הטכנולוגיה לעיצוב משקפיים העשויות מסגרת שקופה וחלולה המאפשרת למשקפיים להתקפל בדומה ליתדות של אוהל. ההדפסה אפשרה יצירת תעלות פנימיות שבהן מושחל כבל אלסטי המאפשר אופן קיפול חדש במקום הציר המסורתי. משקפיים אלו עוצבו ויוצרו במיוחד לתערוכה "מבט על" במוזיאון העיצוב חולון (2017).
הסוג השני הוא מדפסות המדפיסות חומר פוטו-פולימרי דרך ראש הדפסה המזין את החומר על גבי משטח. השימוש בראש הדפסה ("דיזה") מאפשר הדפסה סימולטנית במספר חומרים ועל ידי כך ייצור של אובייקט מורכב בעל איזורים ותכונות משתנות דוגמת צבע, דרגות קושי ושקיפות (לדוגמת Polyjet, MJP – Multi Jet Printing).
בשבוע האופנה של פריז, שנת 2013, הוצגה השמלה הראשונה בעולם שהודפסה בהדפסת תלת מימד ונולדה מתוך שיתוף פעולה בין החוקרת והמעצבת Neri Oxman, מעצבת האופנה Iris Van Herpen וחברת Stratasys אשר מתמחה במדפסות המאפשרות הדפסה סימולטנית ומדויקת במספר חומרים במקביל.
ייחודה של השמלה נעוץ בטקסטיל ממנו היא עשויה, אשר עוצב ותוכנן באופן דיגיטלי ולאחר מכן הודפס בתהליך רציף המשלב חומרים קשיחים ורכים החיוניים למרקם ולתנועה של הבגד. תוכלו לראות דוגמאות מהטקסטיל המודפס של שמלה זו בספריית החומרים.
הדפסת תלת מימד היא אמנם טכנולוגיית ייצור ולכן ניתן לשאול האם יש לה מקום בתוך אוסף של חומרים. מכיוון שיש לה השפעה ישירה ומשמעותית על אופי החומר המעובד בה ועל אופי התוצר ומכיוון שיש גם מגוון חומרים אשר פותחו ומפותחים במיוחד לשימוש בטכנולוגיה זו, בחרנו להכניסה לאוסף החומרים של הספרייה.
למרות המורכבות, קיימת חשיבות רבה להבנת סוגי ההדפסות השונים על מנת לפצח את השימוש המתאים מבחינת עיצוב, צורה, וחומר. עולם הדפסות התלת מימד מוביל לאין סוף אפשרויות מידול ויצור ופותח מגוון הזדמנויות חדשות בתחומים רבים, היכרות עם המגוון הקיים תאפשר לכם פיתוח, ייצור ושימוש יצירתי ויעיל בטכנולוגיות הקיימות. אתם מוזמנים להגיע לביקור בספריית החומרים ולהכיר את החומרים והדוגמאות השונות ממגוון הטכנולוגיות שהוזכרו בכתבה, ולהבין מהי הטכנולוגיה המתאימה ביותר למטרתכם.
לקבלת מידע מורחב אודות החומרים והטכנולוגיות שבאוסף הספרייה: פירוט תכונות, שימושים אפשריים וקישורים ליצרנים וספקים מתאימים – הנכם מוזמנים להיכנס למנוע החיפוש של ספריית החומרים ולהזין את השמות או המספרים הסידוריים (מק"טים) המוזכרים בכתבה.
עוד בנושא
