פילמנט ניילון — המדריך המלא: PA6, PA12, לחות, ומה סיבי הפחמן משנים

ניילון הוא החומר של החלקים שזזים. גלגל שיניים שמסתובב אלפי פעמים ביום, ציר שנפתח ונסגר, תותב שמתחכך בציר מתכת, אזיקון שנמתח, ידית שסופגת מכה אחרי מכה — כל אלה חיים בניילון בתעשייה כבר שמונים שנה, ומאותה סיבה: הוא חלקלק, חסין, ואינו נשחק. הוא גם החומר שסופג לחות יותר מכל פילמנט אחר, שמתעקם על המשטח כמו ABS, ושמייצר יותר "למה זה לא עובד לי" מכל חומר בסדרה — עד שמבינים שכמעט כל הבעיות שלו הן בעצם בעיה אחת, והיא מים.

זה המדריך השביעי בסדרת הפילמנטים, וההמשך של מדריך הפוליקרבונט — השני מבין שני החומרים ההנדסיים הקשים. נסביר מה ניילון בכלל ומה המספרים שאחרי השם אומרים — PA6, PA66, PA12 — למה הוא סופג מים ומה זה עושה לחלק, איך מדפיסים אותו בפועל, ומה משתנה כשמוסיפים לו סיבי פחמן, כפי שב-PA12-CF שאנחנו מחזיקים. ההשוואה הרחבה בין החומרים הנפוצים נמצאת במאמר ההשוואה.

מה זה ניילון — ומה המספרים שאחרי השם

ניילון הוא השם המסחרי שהפך לשם גנרי של משפחת הפוליאמידים — פולימרים שהשרשראות שלהם מחוברות בקשרי אמיד, אותו סוג קשר שמחבר חומצות אמינו בחלבון. הקשר הזה הוא המפתח לכל התכונות: הוא מאפשר לשרשראות סמוכות להיצמד זו לזו בקשרי מימן חזקים, וזה מה שנותן לניילון את החוזק, את העמידות לשחיקה ואת נקודת ההיתוך הגבוהה. אבל קשרי מימן הם גם מה שמים יודעים לעשות היטב, ומולקולות מים נדחפות בין השרשראות ומרפות את האחיזה ביניהן — ומכאן הרגישות המפורסמת ללחות, שנחזור אליה.

המספרים שאחרי ה-PA מציינים כמה אטומי פחמן יש ביחידה החוזרת, וזה אינו פרט טכני אלא ההבדל בין חומרים שמתנהגים אחרת לגמרי במדפסת. PA6 ו-PA66 הם הניילונים הקלאסיים של הגרביים, הצמיגים והגלגלי שיניים בתעשייה: חזקים מאוד, עם נקודת היתוך של 220–260 מעלות, ורעבים למים — PA6 סופג עד 9–10 אחוזים ממשקלו, וחלק מודפס ממנו מתנפח, מתרכך ומשנה מידות תוך ימים באוויר לח. PA12, עם שרשרת ארוכה יותר ופחות קשרי אמיד לאורכה, סופג רק 1–2 אחוזים, מתעקם פחות, נמס בטמפרטורה נמוכה יותר — סביב 180, ומודפס ב-250–270 — ובתמורה מעט פחות חזק ועמיד בחום. זו הסיבה ש-PA12 הוא הניילון של הדפסת התלת־ממד: הוא זה שמתנהג במדפסת שולחנית, וזה שאנחנו מחזיקים. PA11, קרוב משפחה שמיוצר משמן קיק ולא מנפט, דומה ל-PA12 בהתנהגות ונדיר יותר בפילמנטים.

ניילון הוא חומר גבישי למחצה — חלק מהשרשראות מסתדרות במבנה מסודר בקירור — ומכאן שתי תכונות שמבדילות אותו מהחומרים האמורפיים כמו ABS ו-PC: הוא מתכווץ יותר ובאופן פחות צפוי, כי ההתגבשות עצמה תופסת נפח; והוא "מתעייף" הרבה פחות, כלומר סובל כיפוף חוזר אלפי פעמים בלי להיסדק — התכונה שהופכת אותו לחומר של צירים חיים ואזיקונים. הצפיפות, 1.01–1.15 גרם לסמ"ק לפי הסוג, היא מהנמוכות בענף, ולכן מגליל של קילוגרם יוצאים הרבה מטרים.

מגרבי הניילון למדפסת — היסטוריה קצרה

ניילון הוא הפולימר הסינתטי הראשון שנוצר כולו במעבדה, בלי חומר גלם טבעי, ומי שיצר אותו הוא אותו וולאס קרות׳רס מ-DuPont שפגשנו במדריך ה-PLA — שם הוא ייצר את הפולימר החלש שננטש, וכאן, ב-1935, את זה שהצליח. DuPont הציגה אותו לציבור ב-1939 ביריד העולמי בניו יורק, ובמאי 1940 יצאו למכירה גרבי הניילון הראשונות — ארבעה מיליון זוגות נמכרו ביומיים, וכשהייצור הופנה למלחמה, למצנחים ולחבלים, המחסור בגרביים הפך לאירוע חברתי שנגמר ב"מהומות הניילון" של 1945, כשנשים עמדו בתורים של אלפים לחנויות. במקביל, בגרמניה, פאול שלאק ב-IG Farben פיתח ב-1938 את PA6 תחת השם Perlon, ואחרי המלחמה שתי המשפחות — 66 האמריקאי ו-6 האירופי — הפכו לחומרי ההנדסה הנפוצים ביותר בעולם: גלגלי שיניים, תותבים, אזיקונים, בדי צמיגים, חלקי מנוע, מברשות, ואבקת הדפסה.

אבקת הדפסה — כי ניילון הוא גם החומר הראשון של הדפסת התלת־ממד התעשייתית, בטכנולוגיית SLS שבה לייזר מלחים אבקה שכבה אחר שכבה, ועד היום PA12 הוא החומר הנפוץ ביותר במכונות האלה. אל מדפסות הפילמנט הוא הגיע סביב 2012–2013, כשחברת Taulman3D האמריקאית הוציאה את הניילונים הראשונים לחובבים — 618 ו-645 — שדרשו 250 מעלות ומעלה בתקופה שרוב המדפסות בקושי הגיעו ל-240. הוא נשאר חומר למי שיודע מה הוא עושה, עד שהגיעו שני דברים: ראשי הדפסה שמחזיקים 270 בנוחות, ותוספת סיבי הפחמן, שהורידה את ההתעקמות ואת רגישות המידות ללחות עד שניילון הפך לחומר שאפשר להמליץ עליו — בתנאים.

היתרונות — ולמה הם קיימים

חלקלק, ולא נשחק. זו התכונה שבגללה קונים ניילון, וכל השאר משני. מקדם החיכוך של ניילון נמוך, וכשהוא מתחכך במתכת או בניילון אחר הוא פשוט מחליק; זו הסיבה שגלגלי שיניים בתעשייה עשויים ממנו בלי סיכה כלל, ושתותב ניילון על ציר פלדה מחזיק שנים. חלק מודפס יורש את זה: גלגל שיניים ב-PA12 מסתובב חלק ושקט, ומחזיק פי כמה מגלגל PETG, שנשחק ומצטבר עליו אבק פלסטיק.

חסינות למכה ועמידות לעייפות. ניילון סופג מכה בלי להיסדק, ומה שמייחד אותו הוא הכיפוף החוזר: ציר חי מניילון נפתח ונסגר אלפי פעמים, אזיקון נמתח ומחזיק, קליפס נתפס ומשתחרר שוב ושוב — היכן ש-PLA נשבר בפעם העשירית ו-PETG בפעם המאה. לחלקים עם תנועה חוזרת אין תחליף.

עמידות בחום ובכימיקלים. ניילון אינו החומר העמיד ביותר בחום בסדרה — פוליקרבונט עובר אותו — אבל הוא מחזיק היכן שרוב החלקים חיים: PA12 מחזיק 80–100 מעלות תחת עומס, ו-PA6 מעבר לזה; שניהם עמידים לשמנים, לדלק, לגריז ולרוב הממסים — ולכן ניילון הוא חומר של תא מנוע ושל מכונות. הוא רגיש לחומצות חזקות, וזה כמעט היוצא מן הכלל היחיד.

אפשר לצבוע אותו — בצבע לבד. תכונה ייחודית: ניילון סופג צבעי טקסטיל (מהסוג שצובעים בו בגדים) בתוך מים חמים, ומקבל גוון אחיד לעומק, לא רק על השטח. חלק ניילון בצבע טבעי אפשר להטביל לכל צבע אחרי ההדפסה, וזה חוסך את הצורך בגלילים בכמה צבעים. המנגנון הוא אותו מנגנון של הלחות — הצבע מומס במים, והמים נכנסים בין השרשראות ולוקחים אותו איתם — ולכן זה עובד רק על ניילון טהור ובצבע טבעי; PA12-CF, שחור ממילא וספוג פחות, אינו נצבע.

קל. הצפיפות הנמוכה, יחד עם החוזק, נותנת לניילון את יחס החוזק־למשקל הטוב ביותר בין הפילמנטים הלא־מחוזקים, ולכן הוא חומר של רחפנים, של רכבי RC ושל כל דבר שצריך להיות חזק ולעוף או להסתובב. חלק ניילון שוקל כ-15 אחוז פחות מאותו חלק ב-PETG, וזה, במשהו שמנוע צריך להניע, מורגש.

החסרונות — ומה עושים איתם

לחות, לחות, לחות. זה החיסרון, וכל השאר משני. ניילון סופג מים מהאוויר מהר יותר מכל פילמנט אחר — PA6 מגיע לאיזון עם אוויר לח תוך יום־יומיים, PA12 תוך כמה ימים — והמים עושים שני דברים. בראש ההדפסה הם הופכים לאדים ב-260 מעלות ומייצרים בועות, פצפוצים, חוטים ופני שטח מחוררים; ובחומר עצמו, בתהליך שנקרא הידרוליזה, הם קוטעים את השרשראות ומחלישים את החלק בפער שרואים בשבירה ולא בעין. גליל ניילון פתוח בקיץ ישראלי, בלחות של 70–80 אחוז, מתקלקל בתוך יום. הכלל שלנו לניילון אינו המלצה: ייבוש ב-80–90 מעלות למשך 8–12 שעות לפני כל הדפסה, והדפסה ישירות מתוך מייבש, כי גליל שהוצא מהמייבש ומונח ליד המדפסת סופג מחדש תוך שעות. הפירוט במדריך הלחות; ניילון הוא הסיבה שהמדריך ההוא נכתב.

וגם החלק המוגמר סופג. זה ההבדל מכל חומר אחר: חלק ניילון מודפס ממשיך לספוג לחות מהאוויר אחרי ההדפסה, ומשנה בעקבות זאת גם מידות וגם תכונות. PA6 מתנפח ב-2–3 אחוזים במידות ומתרכך באופן מורגש — חלק שהודפס בדיוק מתאים בקיץ עלול להיתקע בחורף; PA12 משתנה מעט מאוד, וזו עוד סיבה שהוא הניילון להדפסה. ובכיוון ההפוך, ומפתיע: ניילון עם מעט לחות חסין יותר למכה מניילון יבש לגמרי, כי המים מרככים אותו. גלגל שיניים ניילון שהתקשה בשמש חוזר לעצמו אחרי לילה במים.

התעקמות והידבקות. ניילון מתכווץ בהתקררות כמו ABS ויותר, וגם נדבק גרוע למשטחים הרגילים: PEI לא תמיד מחזיק אותו, זכוכית לא. הפתרונות המסורתיים הם מקל דבק PVP בשכבה עבה — ניילון נדבק ל-PVA היטב — או משטח מיוחד מסיבי זכוכית (Garolite) שניילון נאחז בו כמו בשום דבר אחר. תא סגור נדרש לכל חלק שאינו קטן, ומשטח ב-80–100 מעלות. PA12 עם סיבי פחמן פותר חלק גדול מזה, ונגיע אליו.

קשה לגמר ולהדביק. ניילון חלקלק מכדי שדבקים רגילים ייאחזו בו, אינו נמס באצטון, וקשה לשיוף. מה שמודפס הוא מה שיש, ולחיבור בין חלקים — ברגים ותותבים, לא דבק.

קיץ ישראלי — הבעיה מוכפלת. כל מה שנכתב על לחות נכון בכל מקום בעולם, אבל בארץ, ביולי־אוגוסט, בערים לחוף הים, הלחות היחסית בלילה עוברת 80 אחוז — ואלה בדיוק התנאים שבהם ניילון מגיע לרוויה במהירות המרבית. מה שאנחנו רואים בפועל: מדפיסים שהצליחו עם ניילון בחורף, כשהלחות בבית 40–50 אחוז ומזגן החימום מייבש את האוויר, נכשלים באותו גליל ובאותן הגדרות ביולי, ומחפשים את הבעיה בסלייסר. הבעיה באוויר. ובכיוון השני, זה גם אומר שחורף ישראלי — יבש יחסית, עם חימום — הוא העונה הנוחה ביותר להתחיל ניילון, ומי שמתחיל בקיץ צריך מייבש מהיום הראשון.

בריאות ואוורור

הפליטות של ניילון בהדפסה נמוכות יחסית ל-ABS — אין בו סטירן, והוא מודפס בטמפרטורה שבה החומר יציב — אבל PA6 משחרר קפרולקטם, המונומר שלו, שמריח ומגרה את דרכי הנשימה בריכוז גבוה; PA12 משחרר פחות. תא סגור ממילא נדרש בשביל החלק, וחלון פתוח או צינור החוצה משלימים. מה שכן דורש תשומת לב הוא הגרסאות עם סיבים: סיבי פחמן קצוצים בפילמנט אינם משתחררים לאוויר בהדפסה, אבל בשיוף או בקדיחה של חלק CF נוצר אבק דק של פחמן שמגרה ריאות ועור — מסכה, שיוף רטוב, ושטיפה אחר כך. והחלק המוגמר, בכל הסוגים, יציב לחלוטין; ניילון הוא חומר של מברשות שיניים וכלי מטבח, אם כי, כמו תמיד, לא נאמר על גליל שהוא מתאים למגע עם מזון בלי הצהרת יצרן.

שלוש עובדות שלא ידעתם על ניילון

השם הוא בדיחה פנימית של DuPont. אין ל"ניילון" משמעות כימית; ועדת השמות של החברה עברה על מאות הצעות, ולפי הגרסה המקובלת השם התגלגל מ-"no-run", כי הגרביים היו אמורות לא להיפרם — הבטחה שלא ממש התקיימה. השם נשאר, ההבטחה לא.

ניילון רטוב חזק יותר ממכה. בניגוד לכל אינטואיציה, גלגל שיניים ניילון שהושרה במים 24 שעות סופג מכות טוב יותר מאותו גלגל יבש — המים מרככים את החומר ומונעים ממנו להיסדק. בתעשייה יש חלקי ניילון שעוברים "התניה" במים בכוונה לפני שנכנסים לשימוש. במדפסת זה עובד הפוך: יבש לחלוטין לפני, לח מותר אחרי.

PA12 הוא חומר ההדפסה הנפוץ בעולם — רק לא בפילמנט. רוב החלקים המודפסים בתעשייה — במכונות SLS ו-MJF שמלחימות אבקה — עשויים PA12, וכשמזמינים "הדפסה תעשייתית" של חלק מקוון, זה כמעט תמיד מה שמקבלים. הפילמנט הוא הדרך הביתית לאותו חומר, בערך.

PA12-CF — מה סיבי הפחמן משנים

הניילון שאנחנו מחזיקים, PA12-CF של SUNLU, הוא PA12 עם סיבי פחמן קצוצים — קטעים באורך של עשיריות מילימטר, מפוזרים בתוך הניילון — ובחירה כזו אינה מקרית: הסיבים פותרים בדיוק את שני החסרונות הגדולים של ניילון במדפסת שולחנית. הם מקשיחים את החומר פי שניים־שלושה, כך שחלק שהיה מתכופף בניילון טהור נשאר ישר; והם מקטינים את ההתכווצות באופן דרמטי, כי הסיבים אינם מתכווצים והם "עוצרים" את הניילון סביבם — וכך PA12-CF מתעקם פחות מ-ABS, נאחז במשטח PEI רגיל, ומדפיס במדפסת סגורה בלי חימום תא בחלקים שניילון טהור לא היה שורד בהם. גם השינוי במידות מלחות אחרי ההדפסה קטן עוד יותר, כי הסיבים מחזיקים את המבנה.

המחיר של זה בשלושה מקומות. הפייה: סיבי פחמן שוחקים פליז כמו נייר זכוכית, ופייה רגילה מתרחבת ומתעוותת אחרי גליל אחד — פייה מפלדה מוקשית, ב-0.4 מ"מ לפחות ועדיף 0.5–0.6, היא תנאי. החסינות למכה: הסיבים מקשיחים, אבל חומר קשיח יותר גם נשבר במקום להתכופף, ו-PA12-CF חסין פחות למכה מ-PA12 טהור — עדיין הרבה יותר מ-PLA, אבל זה חומר לתושבות ולזרועות יותר מאשר לקליפסים. והמראה: שחור מט עמוק, כי הפחמן שחור — ולכן PA12-CF קיים בצבע אחד. על ההשפעה של סיבים על הצבע ועל ההבדל בין פחמן לזכוכית — במדריך המחוזקים בהמשך הסדרה.

הגדרות מומלצות — נקודת התחלה

המספרים מבוססים על מדריך החומרים של Simplify3D, על מדריך הניילון של MatterHackers ועל הנתונים של eSUN ל-ePA-CF, ומותאמים ל-PA12-CF. בניילון, ההגדרה שקובעת אינה בסלייסר: היא כמה שעות הגליל היה במייבש.

הערה על ה"הדפסה מהמייבש": מייבשי פילמנט ביתיים רבים מאפשרים להעביר את הפילמנט מתוכם ישירות אל המדפסת דרך פתח קטן, כך שהגליל נשאר ב-60–70 מעלות כל זמן ההדפסה. בניילון זה ההבדל בין הדפסה של שמונה שעות שיוצאת יפה עד הסוף, לבין הדפסה שהשעתיים הראשונות שלה נקיות ואחר כך מתחילות הבועות — כי הגליל שעל המדפסת ספג מספיק לחות בזמן הזה כדי לשנות את התנהגותו. אם אין מייבש עם מעבר, שקית אטומה גדולה עם סיליקה ג׳ל סביב הגליל שעל המדפסת היא הפתרון הזול.

עשה ואל תעשה

עשו:

• ייבשו לפני כל הדפסה, גם גליל "חדש" — האריזה נפתחה, והקיץ הישראלי לא חיכה. שמונה שעות ב-80 מעלות הן המינימום.
• הדפיסו קובייה ושברו אותה לפני החלק האמיתי. ניילון רטוב נראה בסדר ונשבר כמו ביסקוויט; הבדיקה הזו חוסכת לילה של הדפסה.
• תכננו גלגלי שיניים וצירים עם מרווח של 0.2–0.3 מ"מ יותר מהרגיל, ותנו לחלק יומיים באוויר לפני ההתאמה הסופית — הוא ישנה מעט את מידותיו.
• עברו לפייה מפלדה לפני הגליל הראשון של PA12-CF, לא אחריו. פליז שנשחק מייצר חלקים עבים ולא מדויקים בלי שתבינו למה.

אל תעשו:

• אל תשאירו גליל ניילון על המדפסת בין הדפסות, גם לא ללילה. הוא חוזר למייבש או לשקית, תמיד.
• אל תדפיסו ניילון טהור במדפסת פתוחה. הוא יתעקם, ינתק את עצמו מהמשטח, ויסתובב עם הראש. PA12-CF במדפסת סגורה — בסדר; טהור — תא חם.
• אל תשייפו PA12-CF יבש בלי מסכה. אבק סיבי פחמן אינו משהו שרוצים בריאות. רטוב, ובמסכה.
• אל תנסו להדביק ניילון בדבק מגע או באפוקסי רגיל. הוא לא ייאחז. ברגים, תותבים, או תכנון בחלק אחד.

מה ניתן למצוא אצלנו בחנות

בקטגוריית הניילון שלנו אנחנו מחזיקים בכוונה גרסה אחת: PA12-CF של SUNLU, בשחור. הבחירה ב-PA12 ולא ב-PA6 היא בגלל הלחות — PA6 בקיץ הישראלי הוא חומר שמאכזב גם מדפיסים מנוסים — והבחירה בגרסה עם סיבי פחמן היא בגלל ההתעקמות: זה הניילון שמדפסת סגורה ביתית מסוגלת לו בלי חימום תא, וזה מה שרוב מי שפונה אלינו בעצם צריך — גלגלי שיניים, זרועות, תושבות ומתאמים לרכב ולמכונות. אם אתם מחפשים ניילון טהור וגמיש לצירים חיים ולאזיקונים, זו שאלה שכדאי לכתוב לנו לפני שקונים, כי הדרישות מהמדפסת שונות. ובכל מקרה: מייבש קודם, גליל אחר כך. ומי שכבר מדפיס PA12-CF ורוצה לדעת מה הגליל הבא — התשובה תלויה במה נכשל: אם החלק נשבר במכה, PA12 טהור או PC; אם הוא התכופף תחת עומס, פוליקרבונט; ואם הוא נשחק בחיכוך, נשארים בניילון ומעלים את המילוי. זה סדר ההחלטות שאנחנו עוברים עם כל מי ששואל, ורוב הפעמים הוא נגמר באותו גליל שחור.

שאלות נפוצות על פילמנט ניילון

ניילון הוא החומר של החלקים שזזים, ובגרסת PA12-CF הוא גם חומר שמדפסת ביתית סגורה מסוגלת לו — בתנאי אחד שאינו ניתן למשא ומתן: יבש. מייבש, שמונה שעות, הדפסה מתוכו, ואז גלגל שיניים שמחזיק שנים. המדריך הבא בסדרה: פילמנט PVB — החומר שמדפיסים עכור ומחליקים לשקוף באלכוהול, ולמה הוא פותר בעיה שאף חומר אחר לא פותר.

אסף צבארי — בעלים של מייקר דיפו. רואה חשבון ומנהל כספים לשעבר שהפך תחביב של שנים לעיסוק מלא, ועוסק בעצמו בהזמנות, בפניות ובמציאת הפתרונות ללקוחות החנות.