מדריך לחיבור חלקי הדפסת תלת מימד

כיצד נחבר בין שני חלקים מודפסים ? סקירה על השיטות השונות לחיבור חלקים מודפסים, באמצעות פין או דבק ובאמצעות מחבר גיאומטרי

אחד האתגרים בהדפסה תלת מימד הוא כאשר חלקים מודפסים נדרשים להיות מחוברים זה לזה לאחר ההדפסה בצורה יציבה ואמינה. במאמר זה נעסוק בשלוש שיטות פופולריות לחיבור חלקי הדפסת תלת מימד: מחבר פין, דבקים ומחברים גיאומטריים. לכל שיטה יתרונות וחסרונות כך שלעיתים נדרש לבחור דווקא בשיטה מסוימת ובמקרים רבים אף עדיף לצרף יחד שתי שיטות חיבור, לדוגמא שילוב בין הדבקה למחבר גיאומטרי.

אחד האתגרים בהדפסת תלת מימד הוא חיבור בין חלקים

מתי נדרש חיבור בין חלקי הדפסה ?

• גודל האובייקט: כאשר אובייקט גדול מידי להדפסה בבת אחת, ההדפסה מחולקת למספר חלקים קטנים. לאחר ההדפסה נדרש לחבר את החלקים יחד לכדי אובייקט אחד גדול.

• עיצוב מורכב: לעיתים עיצוב האובייקט מצריך עבודה עם כמה חומרים שונים, כאשר כל חומר מתאים לדרישות שונות של עמידות או אסתטיקה.

• תכונות חומר: בחומרים מסוימים, סיבות טכניות או כלכליות אינן מאפשרות הדפסה רציפה של חלק שלם ולכן יש לבצע חיבור בין חלקים מודפסים.

• העדפות הדפסה: לעיתים האובייקט כולל חלקים עדינים שדורשים הדפסה נפרדת לכל אחד. לעיתים עבור כל חלק וחלק נדרשות הגדרות ההדפסה שונות או שכיוון שכבות ההדפסה האידאלי משתנה בין החלקים.

• תיקונים ותחזוקה: אם חלק מהאובייקט נסדק או נשבר, חיבור מחדש יכול להיות פתרון יעיל, אם כי במקרה זה, האילוצים יצמצמו בפנינו את אפשרויות החיבור.

בעיות קו התפר ופתרונות

במקביל לתועלת המושגת בהדפסה במספר חלקים, יש לקחת בחשבון גם את החסרונות. מודל המורכב מחלקים יכלול קו תפר, אותו יש לתכנן באזור נסתר במודל כך שלא יפגע ויזואלית בתוצר המוגמר. במידה והתנאים אינם מאפשרים זאת, ניתן להסתיר את קו התפר על ידי צביעה של המודל או ציפוי לאחר ההדפסה וההרכבה.

לעיתים מתרחשים עיוותים מזעריים בתהליך ההדפסה כתוצאה מתגובת חומר הגלם לטמפרטורת ההדפסה או להשפעות כימיות של התהליך, כך שפערים בקו התפר ידגישו אותו במיוחד. ניתן לצמצם תופעה זו בעזרת שינויים בתמיכות, אך המומלץ יותר הוא לחשוב מראש על תהליך עדין של עיבוד וגימור באזור קו התפר כך שתתקבל תוצאה אופטימלית.

לעיתים עדיף לתכנן מראש את קו התפר בהערכת יתר ובמקרה בו התוצאה תכלול עודפים ניתן ללטש את השטח ולקבל תוצאה מדויקת. זאת בעיקר בהדפסים של SLA שהינם נוחים במיוחד לליטוש.

ולעיתים עדיף לתכנן מראש את קו התפר בהערכת חסר ובמקרה בו התוצאה תכלול חוסרים ניתן לבצע השלמות באמצעות חומרי מילוי שונים (חומרי הדפסה- בסיוע עט תלת מימד, או שפכטל לפלסטיק- בסיוע מרית). זאת בעיקר בהדפסים של FDM שהינם פחות נוחים לליטוש ובנוסף פני השטח שלהם מעט גסים כך שהשימוש בחומר מילוי או ציפוי הינו מעלה ולא חסרון.

מידע נוסף אודות צביעת דגמים וציפוי דגמים זמין בבלוג שלנו

ניתן לבצע השלמות באמצעות חומרי מילוי

---

חיבור באמצעות מחבר פין

מחבר פין הוא אמצעי פשוט אך יעיל לחיבור חלקים שונים של הדפסה תלת מימדית. בתור מחבר פין ניתן להשתמש בבורג מתכת או בפין פציל (המוכר בישראל בכינוי - פין שבת) או בפינים ייעודיים המיוצרים עבור ההדפסה מאותו חומר של המודל או מודפסים מחומר דומה אך חזק יותר. מחברים אלה מאפשרים חיבור מהיר וקל, תוך כדי שמירה על יציבות ואיכות החיבור.

פין מתכת יתפקד על ידי נעילה של הפין ופין מחומר מודפס יתפקד על ידי אחיזה בכוח הלחץ.

יתרונות וחסרונות

יתרון מרכזי של מחברי פין הוא הקלות שבה ניתן לפרק את החלקים במקרה הצורך. עם זאת, אם החלקים חשופים לעומסים מכניים, ייתכן שהחיבור לא יהיה חזק מספיק. החיסרון העיקרי במחבר פין הוא במקרה שהפין חודר במקביל לשכבות ההדפסה והוא עלול לגרום לשבירת החלקים על ידי היפרדות השכבות.

ניתן להשתמש בבורג או בפין פציל

כיצד ליצור מחבר פין ?

תכנון המודל: בעת תכנון המודל, יש לבחור את המקומות שבהם מתבקש חיבור בין חלקים שונים. יש ליצור במקומות אלו חורים מתאימים בגודל הפין.

הדפסת החלקים: יש להדפיס את החלקים עם הפינים המיועדים בתכנון. יש לוודא שהחורים לא קטנים מדי או גדולים מדי, כדי שהפין יתאים בצורה מושלמת.

הכנסת הפינים: לאחר סיום ההדפסה, יש להכניס את הפינים לחורים שנוצרו. הפינים יכולים להיות תפוסים למקומם בלחץ, או בהוספת מעט דבק באזור הפין.

---

חיבור באמצעות דבקים

דבקים הם פתרון יעיל נוסף לחיבור בין חלקים מודפסים בתלת מימד. ישנם מגוון של דבקים המתאימים לכך ויש לבחור דבק המתאים לחומר ממנו הודפסו החלקים.

יתרונות וחסרונות

יתרון החיבור בדבקים הוא שהחיבור יכול להיות חזק מאוד, כך שתימנע כל תזוזה בין החלקים. עם זאת, החיסרון הוא שקשה לפרק את החלקים במקרה הצורך.

גם בתהליך ההדבקה עצמו כמה מגרעות. התהליך גוזל זמן, דבקים מסויימים יכולים לגרום לנזק ויזואלי בפני השטח של הדגם ואף לגרום לו לעיוותים וכן להשאיר את סביבת העבודה מלוכלכת ולגרום לנזק לביגוד או לעור הגוף.

ישנם מגוון גדול של דבקים ויש לבחור דבק המתאים לחומר

המלצות לדבקים עבור כל חומר

הבחירה בדבק המתאים תלויה בסוג החומר המודפס. להלן רשימה של חומרי נפוצים ודבקים המומלצים עבורם.

• עבור PLA (Polylactic Acid):

  דבק מומלץ: דבק PVA (Polyvinyl Acetate).

  הנחיות: יש לוודא שהמשטח יבש ונקי. ניתן להרטיב את החומר קלות לפני ההדבקה כדי לשפר את האחיזה.

• עבור ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene):

  דבק מומלץ: דבק על בסיס אצטון.

  הנחיות: יש להשתמש באצטון במינון נכון כדי למנוע נזק לחומר. הדבק יוצר תהליך הממיס את פני השטח ומסייע בהדבקה חזקה.

• עבור PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol):

  דבק מומלץ: דבק אפוקסי או דבק סופר-גלו (Cyanoacrylate).

  הנחיות: נקו את פני השטח היטב לפני ההדבקה. דבק אפוקסי דורש זמן ייבוש, לכן יש לקחת זאת בחשבון.

• עבור ניילון (Nylon):

  דבק מומלץ: דבק פוליאוריתן (Polyurethane Glue).

  הנחיות: ניילון זקוק לשטח מחוספס להדבקה מיטבית, לכן יש לשפשף את פני השטח קלות לפני השימוש.

• עבור TPU (Thermoplastic Polyurethane):

  דבק מומלץ: דבק סופר-גלו (Cyanoacrylate) או דבק על בסיס גומי.

  הנחיות: יש לדאוג שהמשטח יבש ונקי. דבק גומי מציע גמישות, זהו נתון לך חשוב עבור חומרים גמישים.

מאפיינים של דבקים שונים

• דבק סופר-גלו (Cyanoacrylate)

  דבק סופר-גלו (Cyanoacrylate) הוא בחירה פופולרית להדבקת PLA ו-ABS. והוא מתאים במיוחד לחלקים קטנים. הוא מתקשה במהירות ויוצר קשר חזק מאוד. עם זאת, יש להיזהר בעת השימוש בו, מכיוון שהוא יכול לגרום להדבקה לא אחידה אם לא מיישמים אותו נכון.

• דבק פוליאוריתן (Polyurethane Glue)

  דבק פוליאוריתן הוא דבק חזק מאוד שמתאים להדבקת ABS. הוא דורש זמן ייבוש ממושך, אך הוא מספק יתרון נוסף של עמידות במים.

• דבק UV (UV Glue)

  דבק UV מתייבש על ידי חשיפה לאור UV. הוא מצוין להדבקה בין חומרים שונים כמו PLA ו-PETG, ומספק גימור שקוף וחלק.

• דבק חם (Hot Glue)

  דבק חם נחשב לאופציה פשוטה להדבקה. הוא מצוין עבור פרויקטים שאינם דורשים עמידות גבוהה, אך הוא לא מומלץ להדבקת חלקים שדורשים כוח רב.

הנחיות חשובות להדבקת חלקי הדפסה

1. ניקוי השטח: לפני כל פעולה של הדבקה, יש לנקות ולייבש את פני השטח של החלקים המודפסים. אבק לכלוך או שומן יפחיתו את יכולת ההדבקה. ניתן להיעזר באלכוהול.

2. חימום: בחלק מהמקרים יש לחמם את החלקים המודפסים לפני ההדבקה כדי לשפר את הידבקות הדבק. יש להיזהר לא לחמם יותר מידי כדי לא לפגוע בחומר.

3. יישום הדבק: יש למרוח את הדבק בצורה אחידה על פני השטח המיועדים להדבקה. יש להימנע מעודפי דבק שכן הדבר עלול לגרום להצטברות דבק באזורים אלו כך שתפגע איכות החיבור.

4. לחץ ועיגון: לאחר מריחת הדבק, יש להצמיד את החלקים המודפסים וללחוץ אותם יחדיו. במקרים מסוימים, ייתכן שיהיה צורך להשתמש באטבים או במלחציים להבטחת חיבור חזק.

5. גימור: לאחר ייבוש מלא של הדבק, ניתן ללטש את האזור להשלמת המראה.

---

חיבור באמצעות מחבר גיאומטרי

מחבר גיאומטרי הוא מחבר הקיים בתעשיית העץ המסורתית ומסייע לחיבור בין חלקי עץ ללא שימוש במתכות. לחומרים שונים ישנן תכונות פיזיקליות שונות והם מגיבים באופן שונה להשפעות שונות לאורך זמן כגון טמפרטורה ולחות. כאשר כל המרכיבים של החיבור הם בני אותו חומר התוצאה תהיה יציבה ועמידה יותר. גם בתעשיית הפלסטיק המחבר הגיאומטרי פופולרי מאוד וניתן למצוא אותו במשחקי הרכבה לילדים כמו לגו קנק'ס ועוד.

יתרונות וחסרונות

יתרון המחבר הגיאומטרי טמון בכך שאין צורך להיעזר בדבק או בפין מתכת העלולים לפגוע במראה החלק או להשפיע על עמידותו לאורך זמן. גם משימת החיבור עצמה מסתכמת בתהליך מהיר של הרכבת החלקים זה על זה בלבד. עם זאת, יש להקפיד על תכנון מדויק, שכן תכנון לקוי עלול להוביל לתקלות בהרכבת החלקים.

גם בתעשיית הפלסטיק המחבר הגיאומטרי פופולארי מאוד

סוגי מחברים גיאומטריים

קיימים כמה עיצובים של מחברים גיאומטריים, ככל שהמבנה שלהם מורכב יותר כך תתקבל תוצאה יציבה ועמידה יותר, אך עם זאת עיצוב המחבר ידרוש מאמץ תכנוני רב ודיוק גדול יותר.

בכל סוג של מחבר בו נשתמש, נעצב כמה מחברים זה לצד זה על מנת לקבל תוצאה יציבה יותר.

• מחבר חפיפה

  מחבר חפיפה הוא המחבר הפשוט ביותר, במחבר זה מעצבים את פני השטח באזור התפר בצורת מדרגה כך שנוצר מגע גדול יותר בין שני החלקים, מכיוון שמפרק חפיפה מגביל את תנועת החלקים רק בכיוון אחד ואיננו מגביל תנועה על פני יתר המישורים, יעילותו של מחבר זה היא בעיקר בכך שנוכל ליישם דבק על פני שטח גדולים יותר וכך נשפר את האחיזה.

  

  מחבר מסוג חפיפה

• מחבר רסן

  מחבר רסן הוא מחבר מורכב יותר, במחבר זה מעצבים חריץ בחלק אחד ולשון מתאימה בחלק האחר כך שהחלקים נאחזים זה לזה גם בהרכבה וגם בלחץ. מחבר רסן מגביל תנועה לשני מישורים ובמקרים בהם היישום הסופי איננו דורש עיגון נוסף, המחבר יספק מענה מושלם.

  בנוסף, מחבר רסן שתוכנן במידה מדויקת מסוגל לעגן את שני החלקים זה לזה בעזרת לחץ, כך שגם במישור הפתוח של המחבר תתקבל אחיזה בסיסית.

  

  מחבר מסוג רסן

• מחבר שגם ומגרעת

  מחבר שגם ומגרעת הוא מחבר מורכב יותר, המספק מענה מלא ומונע תנועה על פני כל המישורים, (מלבד תנועה לאחור). במחבר זה מעצבים זיז בולט בחלק אחד ונקב תואם בחלק האחר כך שהחלקים נאחזים זה לזה גם בהרכבה טובה יותר וגם בלחץ חזק יותר.

  

  מחבר מסוג שגם ומגרעת

• מחבר זנב יונה

  מחבר זנב יונה הוא המחבר המורכב ביותר לעיצוב ולתכנון, הוא מספק מענה דומה למחבר שגם ומגרעת ומונע תנועה על פני כל המישורים (מלבד תנועה לאחור על הצד). במחבר זה מעצבים זיז בולט בצורת טרפז בקצה אחד החלקים ונקב תואם בקצה החלק האחר, כך שהחלקים נאחזים זה לזה גם בהרכבה טובה וגם בלחץ חזק.

  במחבר זנב יונה הנקב לא מותאם במקביל לזיז אלא ניצב לו בזווית 90 מעלות, שכן השימוש במחבר זנב יונה הוא בעיקר כאשר החלקים אמורים להתחבר זה לזה בזווית.

  

  מחבר מסוג זנב יונה

כיצד לעצב מחבר גיאומטרי ?

ככל שהמחבר הגיאומטרי מורכב יותר כך יש להשקיע בתכנון בצורה טובה יותר.

מחבר שישמור על מידה מדויקת, יביא למצב בו שני החלקים לא יוכלו להיכנס זה לזה. לעומת זאת אם נספק קיזוז (Offset) גדול מדי יתקבל מחבר רופף שאיננו מספק חיבור מושלם.

במחברים גיאומטריים יש להתחשב ביתר שאת בכך שסטיות מזעריות מתרחשות בתהליך ההדפסה כתוצאה מתגובת חומר הגלם לטמפרטורת ההדפסה או להשפעות כימיות של התהליך ומומלץ לבצע הדפסת ניסיון אחת בטרם ביצוע פרויקט גדול.

---

סיכום

חיבור חלקי הדפסה תלת מימדית הוא תהליך חשוב שיכול להיעשות בדרכים שונות: מחבר פין, דבק ומחבר גיאומטרי. כל שיטה מציעה יתרונות וחסרונות, והבחירה ביניהן תלויה בדרישות הפרויקט ובתכונות החלקים המודפסים. חשוב לבצע תכנון מדויק ולהתאים את השיטה לחומרים ולשימוש המיועד כדי להשיג תוצאות אופטימליות.