לייזר על הדפסות תלת־ממד — סימון, חיתוך, ואיזה פילמנט לעולם לא

רוב האנשים שמחזיקים מדפסת תלת־ממד ומכונת לייזר מחזיקים אותן בשני צדדים של הסדנה, ולא חשבו לחבר. וזה חבל, כי הדפסה בתלת־ממד נותנת צורה בשלושה ממדים ומתקשה בפרטים דקים על פני השטח — ולייזר עושה בדיוק את ההפך. לוגו על קופסה מודפסת, מספר סידורי על חלק, מסמנת על לוח פיקוד, קצה ישר וחלק על פאנל שיצא מהמדפסת עם פסי שכבות — כל אלה הם מפגש בין שני הכלים.

ויש כאן מלכודת שכדאי לפתוח בה: לא כל פילמנט נכנס למכונת לייזר. ABS ו-ASA, שני החומרים ההנדסיים הנפוצים בהדפסה, נמצאים ברמה האדומה במדריך החומרים — ומה שבטוח במדפסת אינו בטוח בלייזר. המדריך הזה, האחרון בסדרה, עובר על מה שכן: PLA ו-PETG, ומה חמש המכונות — CO2 150W, CO2 80W, דיודה 20W, פייבר 30W ו-UV 5W — עושות עליהם. הקודמים בסדרה, מאקריליק ועד מתכת, מסודרים לפי חומר; כאן החומר הוא מה שאתם מדפיסים.

איזה פילמנט — ואיזה לעולם לא

PLA הוא החומר של המפגש הזה, מאותה סיבה שהוא החומר של ההדפסה: הוא נמס בטמפרטורה נמוכה, מגיב לחום בקלות, ואינו משחרר דבר מסוכן. הבעיה שלו היא גם היתרון — הוא נמס, לא מתאדה, ולכן כל מכונה שעובדת בחום משאירה עליו קצה מומס ומעוגל. PETG דומה, עם נקודת התכה גבוהה מעט ופחות נטייה להימרח.

ו-ABS — כבר אמרנו, וחוזרים. הרכיב האקרילוניטרילי מכיל חנקן, ובפירוק תרמי הוא משחרר ציאניד מימני. גם ASA, קרוב משפחה, גם HIPS. לא "בזהירות", לא "עם שאיבה" — לא. ומי שאינו בטוח מאיזה פילמנט הודפס חלק שהגיע אליו — לא מכניס. חלק מודפס ללא תווית הוא חומר לא מזוהה.

PETG — הפאנל. מי שמדפיס לוחות שטוחים לחיתוך מעדיף PETG: הוא מתעוות פחות מ-PLA בהדפסה, נמס בטמפרטורה גבוהה מעט, ונותן קצה חיתוך מבריק. החיסרון — הוא סופג לחות, ולוח PETG לח מבעבע תחת הקרן. אותו כלל שמוכר מפילמנט ולחות: לוח שהודפס מגליל לח יראה את זה בלייזר. והדפסות שרף — SLA — הן סיפור נפרד: פולימר אקרילי שנקשה באור, לרוב בהרכב שהיצרן אינו מפרט. UV מסמן אותן יפה, מאותה סיבה שהוא מקשה אותן; CO2 ודיודה חורטים בעשן ובריח חריף, בהרכב לא ידוע. הדפסת שרף ממקור שאינו מפרט את החומר — כמו כל חומר לא מזוהה.

ויש קטגוריה שנועדה בדיוק למפגש הזה: פילמנט לסימון לייזר. יצרנית colorFabb משווקת PLA עם "תוסף רגיש ללייזר שמותאם לעבודה בטווח 980–1,064 ננומטר" — כלומר לפייבר — שמשנה צבע בנקודה שהקרן עוברת, בלי להסיר חומר: סימון קבוע, עמיד למים, לשחיקה ולחום. ובאותה נשימה היא כותבת: "PLA לסימון לייזר לא יעבוד עם לייזרי CO2." פילמנט שמיועד לפייבר, נקודה. מי שמדפיס מוצרים שצריכים מספר סידורי או לוגו קבוע — זה הפתרון שנועד לזה, וזה חומר שכדאי שיהיה בקטלוג של כל מי שמוכר פילמנטים.

טבלת התאמה — מה כל מכונה מסוגלת לעשות על PLA

הטבלה מספרת סיפור הפוך מזה של עץ ואקריליק: המכונות ה"קטנות" — UV ופייבר — הן הנכונות לסימון פלסטיק מודפס, ומכונות ה-CO2 החזקות הן הנכונות לחיתוך שלו. ComMarker, יצרנית מכונות פייבר ו-UV, מסכמת את סימון החלקים המודפסים כך: UV "שובר קשרים מולקולריים בפני השטח של הפלסטיק כמעט בלי אפקט חום, ולכן מונע המסה או שריפה", פייבר "משתלם יותר, אבל דורש שליטה קפדנית בפרמטרים בגלל החום", ו-CO2 ודיודה "מייצרים המסה, קצוות מטושטשים וחריץ בניגודיות נמוכה במקום חמצון או הקצפה". יצרנית שמוכרת UV תגיד את זה — אבל הפיזיקה מסכימה איתה, ומיד נראה מה זה אומר בפועל.

UV 5W — הסימון שנועד לפלסטיק

אם יש חומר אחד שבו UV הוא לא "המכונה לפרט" אלא המכונה הנכונה — זה פלסטיק מודפס. 355 ננומטר נבלעים ב-PLA וב-PETG בכל צבע, כולל לבן ושקוף שהדיודה והפייבר לא רואים, והפירוק הקר משנה את צבע השכבה העליונה — לרוב לכהה על בהיר, ולעיתים לבהיר על כהה — בלי להמיס את הפלסטיק שמסביב ובלי לעוות את פסי השכבות. התוצאה היא הדפסה שנראית כאילו הודפסה עם הכיתוב.

הנתונים ממדריך החלקים המודפסים של ComMarker, למכונות ה-UV שלה. המהירויות הגבוהות — אלפי מילימטרים לשנייה — הן של מכונת גלוו (ראש מראות), לא של מכונה שטוחה, ומה שחשוב בהן הוא היחס: PLA סובל 40% במהירות גבוהה מאוד; PETG דורש פחות הספק ומהירות נמוכה יותר. ומה ש-UV עושה ואף מכונה אחרת לא: ComMarker מציינת שהוא "יכול לעזור להפחית פסי שכבות נראים בחלקים מודפסים", בהעברה עדינה על פני השטח — ליטוש קר של ההדפסה.

המגבלה מוכרת מהמאמרים הקודמים: 5 ואט, שטח קטן, לא חיתוך. אבל בפלסטיק מודפס זו כמעט לא מגבלה — מה שמסמנים על חלק מודפס הוא כמעט תמיד לוגו, טקסט, מספר או קוד. בדיוק הגודל של UV.

למה הצבע משתנה, ולאיזה כיוון. שני מנגנונים עובדים בפלסטיק, ואיזה מהם קורה תלוי בפיגמנט ובהספק: פיחום — הפולימר מתפרק לפחמן ומתכהה, וזה מה שנותן כהה על בהיר; והקצפה — הפולימר משחרר גז ויוצר בועות מיקרוסקופיות שמפזרות אור, וזה מה שנותן בהיר על כהה. ComMarker מונה את שניהם, "שחור על לבן ולבן על שחור", כתוצאות של UV. באותו פילמנט, סף ההספק בין השניים צר, וטבלת הניסיון היא הדרך היחידה למצוא אותו — ולעיתים מגלים שאותו חלק נותן את שניהם, בשני הספקים, וזה עיצוב בפני עצמו.

פייבר 30W — פילמנט כהה, הספק נמוך, מהירות גבוהה

פייבר מסמן PLA ו-PETG צבעוניים — לא לבנים ולא שקופים, כי 1,064 ננומטר עוברים דרכם — והמנגנון שונה מ-UV: חום. הקרן מחממת את הפיגמנט בפני השטח ומשנה את צבעו, לרוב לבהיר על כהה. וכיוון שהמנגנון הוא חום, ההגדרות הפוכות מהאינסטינקט: הספק נמוך, מהירות גבוהה מאוד — כמה שפחות חום לנקודה.

הנתונים מאותו מדריך של ComMarker. שימו לב: 20–25% הספק. על מתכת אותה מכונה רצה ב-100%; על פלסטיק, כל מה שמעבר לזה מתיך. ההנחיה הכללית שלהם — "הספק גבוה ומהירות גבוהה, כדי לחמם את הפלסטיק כמה שפחות" — מדברת על יחס: אם מעלים הספק, מעלים מהירות באותו יחס, וזמן השהייה לנקודה נשאר קצר. פילמנט לסימון לייזר, עם התוסף, מגיב בהספק נמוך עוד יותר ונותן ניגודיות חזקה בהרבה מפילמנט רגיל — זה כל הרעיון שלו.

מה לא עובד בפייבר: לבן, שקוף, ופסטלים בהירים — הקרן עוברת. ואם מנסים "יותר הספק" כדי לפצות, מקבלים גומה מומסת בלי סימון. לחלקים בצבעים האלה — UV, או להדפיס את אזור הסימון בפילמנט כהה בהדפסה רב־צבעית.

ו-MOPA עוזר כאן יותר מאשר במתכת. ההבדל בין PLA שהשתנה צבע ל-PLA שנמס הוא הבדל של כמה ננו־שניות — כמה זמן כל פולס מחמם את הנקודה. מכונת MOPA, שבה רוחב הפולס נשלט בנפרד, מאפשרת פולסים קצרים ותדר גבוה: הרבה נגיעות זעירות שכל אחת מהן קצרה מכדי להתיך. ההגדרה של ComMarker ל-PETG — 200 קילוהרץ במכונת MOPA — היא בדיוק זה. בפייבר רגיל עם פולס קבוע הטווח בין "לא נראה" ל"נמס" צר יותר, ועדיין קיים; רק צריך לחפש אותו במדרגות של 5%.

דיודה 20W — כהה בלבד, ובזהירות

הדיודה הכחולה על PLA מתנהגת כמו על כל פלסטיק: נבלעת בכהה, עוברת דרך בהיר. PLA שחור נחרט — הקרן מחממת את פני השטח והם מתכהים ונמסים מעט; PLA כחול נותן תוצאות מעורבות, כי הכחול מחזיר כחול; PLA לבן ושקוף — כלום, בשום הגדרה. ומה שמתקבל על שחור אינו סימון צבע אלא חריץ מומס: הפלסטיק נדחף למעלה ולצדדים סביב הקו, והקצוות מטושטשים. לכיתוב גדול ופשוט זה מספיק; ללוגו עדין — לא.

הדרך לקבל תוצאה סבירה: הספק נמוך, מהירות גבוהה, ומעבר אחד — כמו בפייבר, מאותה סיבה. עדיף חריטה חלשה שאפשר להעמיק במעבר שני מאשר חריטה חזקה שכבר נמסה. ועזר אוויר חובה, לא בשביל האש אלא בשביל העשן: PLA שנמס מעלה אדים מתקתקים, ובמכונה פתוחה הם נכנסים לחדר. שאיבה או עבודה במקום מאוורר.

ואפשרות שכדאי להכיר: ההדפסה הרב־צבעית פתרה את בעיית הצבע מהכיוון השני. במקום לחרוט לוגו על חלק לבן, מדפיסים את הלוגו בשכבה העליונה בפילמנט אחר — ואז הלייזר אינו נחוץ בכלל. הלייזר נכנס כשהכיתוב משתנה מחלק לחלק — מספר סידורי, שם לקוח — או כשהוא עדין מכדי שראש הדפסה יעשה אותו. הרחבנו על הדפסה רב־צבעית במאמר נפרד.

CO2 — חיתוך פאנלים מודפסים, ומה אומר המחקר

ב-CO2 הסיפור מתהפך: לסימון הוא לא מתאים — PLA בולע את 10,600 הננומטר במלואם ונמס לפני שהוא משנה צבע, בעשן סמיך שמלכלך אופטיקה ומסננים — אבל לחיתוך הוא המכונה היחידה שעובדת. וזה שימוש שמעטים חושבים עליו: לוח שטוח שהודפס בתלת־ממד — פאנל, כיסוי, לוחית — יוצא מהמדפסת עם קצה שנושא את סימני השכבות ואת אי־הדיוק של ההדפסה. חיתוך לייזר של הקצה אחרי ההדפסה נותן קצה ישר, חלק ומדויק, בדיוק כמו באקריליק.

יש על זה מחקר שנבדק במערכת עמיתים, ומעטים החומרים בסדרה שזכו לכך. החוקרים חתכו לוחות PLA מודפסים בעובי 3.2 מ"מ במכונת CO2 של 60 ואט, בהספקים של 20–40 ואט ובמהירויות של 1–13 מ"מ לשנייה, ובדקו מה עושה מיקום המיקוד — מ-3.2 מ"מ מעל פני השטח ועד 3.2 מתחת. המסקנות:

שני דברים מהמחקר שווים יותר מהמספרים. הראשון: החוקרים כותבים שמיקום נקודת המיקוד "בעומק הלוח" נותן את האיכות הטובה ביותר — לא על פני השטח, כמו שרגילים באקריליק, אלא כחצי מילימטר בתוכו, כי PLA מומס נסגר מאחורי הקרן ומיקוד עמוק שומר על חתך ישר. השני: המסקנה שלהם היא ש"דיוק המידות של חלקי PLA מודפסים ניתן לשיפור על ידי חיתוך לייזר כשלב עיבוד" — כלומר הרעיון של להדפיס גדול במעט ולחתוך למידה הוא לא טריק, אלא שיטה שנבדקה.

ואיך זה מתורגם למכונות של הסדרה. 36 ואט ב-1.2 מ"מ לשנייה הם הרבה אנרגיה על לוח דק — ההפך מ"מהיר ונמוך". ב-CO2 80W נקודת ההתחלה היא 45% במהירות 3–5 מ"מ לשנייה, מיקוד חצי מילימטר פנימה, ועזר אוויר מלא; ב-CO2 150W — 25% במהירות דומה, ולא יותר, כי עודף הספק מרחיב את האזור המומס. הקצה יוצא מבריק ומעט מעוגל — לא מלוטש כמו אקריליק, כי PLA חצי־גבישי — ונקי מפסי שכבות. ובכל מקרה: לוח מודפס עם מילוי מלא (100%). לוח עם מילוי חלקי הוא כוורת פנימית, והקרן שעוברת דרך החללים נותנת חתך לא אחיד וכיסים מומסים.

וסימון ב-CO2? אפשר, במגבלה: חריטת רסטר רדודה מאוד, בהספק מינימלי ובמהירות מלאה, נותנת שקע מט על PLA — ניגודיות של מרקם, לא של צבע. זה מספיק לתווית על קופסה, ולא לשום דבר שצריך להיקרא ממרחק. השאיבה חשובה כאן יותר מבכל חומר אחר בסדרה: PLA מומס מעלה עשן דביק שמתיישב על העדשה ואינו יורד בניגוב רגיל.

ושני פרטים לחיתוך שהמחקר לא כיסה. ה-kerf ב-PLA — כ-0.27 מ"מ בהגדרה המיטבית של המחקר — רחב מבאקריליק דק, וחלק מודפס שאמור להיכנס לחריץ מודפס אחר צריך לקבל את הפיצוי בקובץ הלייזר, לא בקובץ ההדפסה. וגשרים: לוח PLA שנחתך לצורה קטנה ונופל דרך הרשת מתעקם בנפילה כשהוא עדיין חם — גשר של 0.3 מ"מ שנשבר באצבע מחזיק אותו במקום עד שיתקרר. PETG נחתך באותה שיטה, מעט לאט יותר, ובקצה מבריק יותר; הוא גם נוטה פחות להתעקם בהתקררות, וזו סיבה נוספת להעדיף אותו לפאנלים.

מה מדפיסים בשביל הלייזר — עיצוב שמתאים לשניים

המפגש בין שני הכלים עובד הכי טוב כשמתכננים אותו מראש, בקובץ ההדפסה.

אזור סימון שטוח ומוגבה. הלייזר צריך משטח שטוח במיקוד אחיד. חלק עם משטח סימון מתוכנן — שקע רדוד או משטח מוגבה בגובה שכבה אחת, שטוח לחלוטין — מקבל סימון נקי; חלק מעוקל דורש מתקן סיבובי או פיצול. ובאותו משטח, שכבה עליונה מלאה ואחידה: הגדרת השכבות העליונות בסלייסר ל-5 ומעלה, עם דוגמת מילוי עליון ישרה, כדי שהקרן לא תפגוש חללים ותיתן סימון מנוקד.

צבע לפי המכונה. מי שמסמן בדיודה או בפייבר מדפיס את החלק — או לפחות את משטח הסימון — בפילמנט כהה. מי שמסמן ב-UV חופשי לבחור. ומי שמדפיס בכמות לסימון קבוע — פילמנט לסימון לייזר, שמיועד לזה. ובכל מקרה, לשמור גליל אחד של אותו פילמנט לבדיקות: לוח בדיקה שהודפס מגליל אחר — גם באותו צבע ומאותו יצרן — יכול לתת תוצאה שונה.

פאנלים לחיתוך — להדפיס עם שוליים. לוח שמתוכנן להיחתך בלייזר אחרי ההדפסה מודפס גדול ב-2–3 מ"מ מכל צד, במילוי מלא, ומקבל בקובץ הלייזר את קו החיתוך הסופי. הקצה המודפס עם הפסים והעיוותים נחתך ונזרק, ומה שנשאר מדויק ברמה של הלייזר. לפאנלים עם חורים — להדפיס אותם סתומים ולחתוך: חור שנחתך בלייזר עגול ומדויק ממה שכל מדפסת מסוגלת.

ושילובים. קופסה מודפסת עם מכסה אקריליק חתוך בלייזר, שנכנס לחריץ שהודפס במידה; מסגרת מודפסת ללוח דו־שכבתי חרוט; חלק מודפס עם תג NFC מוטמע ולוגו חרוט מעליו. הכלים משלימים: ההדפסה נותנת את הנפח, הלייזר את הדיוק והמראה.

והשימוש שמשלם את עצמו ראשון: מתקני אחיזה מודפסים ללייזר. חלק שצריך לסמן בכמות — מאה תגים, שלושים מחזיקי מפתחות, סדרה של לוחיות — נוחת בכל פעם במקום מעט אחר, והלוגו זז. מדפיסים לוח עם שקעים בצורת החלק, במרווח קבוע, ומניחים אותו על משטח המכונה פעם אחת; מאז כל חלק נכנס לשקע שלו, והקובץ יורה על אותן קואורדינטות בכל סבב. זה עובד לכל חומר — תגי עץ, תחתיות צפחה, כוסות — ולא רק לחלקים מודפסים, וזו אולי התרומה הגדולה ביותר של המדפסת לסדנת הלייזר. מתקן מ-PLA אינו נכנס לקרן, ולכן שאלת ה-ABS לא עולה בו — אבל מי שמדפיס אותו מ-PETG מקבל מתקן שלא מתעקם מחום השאריות.

טבלת ניסיון לפלסטיק מודפס — על חלק שהודפס בשביל זה

הטבלה כאן היא לוח בדיקה מודפס: ריבוע 60×60 מ"מ ב-3 מ"מ, מילוי מלא, מאותו פילמנט ובאותן הגדרות הדפסה של החלק האמיתי. הדפסה של רבע שעה, שחוסכת חלקים — ושנשמרת בקופסה עם התוצאות, כמו כל שארית אחרת בסדרה.

1. UV / פייבר — רשת 4×4 של ריבועים 8 מ"מ, הספק 10–40%, מהירות מהגבוהה ביותר ומטה — לחפש את הראשון שנראה, לא את הכהה ביותר
2. דיודה — שורה בהספק 20–60% במהירות מלאה, מעבר אחד; לבדוק באצבע — ריבוע שמרגישים כבליטה כבר נמס
3. CO2 חיתוך — שלושה ריבועים 20 מ"מ במיקוד 0, −0.5 ו-−1 מ"מ באותה הגדרה — לראות מה המחקר ראה
4. לחכות עשר דקות — PLA ממשיך לזוז כשהוא מתקרר, וקצה שנראה ישר מיד אחרי החיתוך יכול להתעקם
5. לרשום פילמנט, צבע, ומכונה — PLA שחור של יצרן אחד ושל אחר אינם אותו פיגמנט

בעיות נפוצות ומה גורם להן

השורה על הריח היא הכלל שסוגר את הסדרה. PLA מריח מתקתק, כמו הדפסה; PETG — מתקתק־כימי חלש. ריח חריף, צורב, שונה מזה — פירושו שהחלק אינו ממה שחשבתם: ABS, ASA, או פילמנט מעורב. באותו רגע עוצרים, מאווררים, ולא ממשיכים "עד סוף החלק". חלק מודפס שהגיע ממקור לא ידוע הוא בדיוק כמו לוח שהגיע ממקור לא ידוע במדריך החומרים: לא נכנס עד שיודעים.

מהחנות — רלוונטי לכתבה

PETGפילמנט למדפסת תלת מימד – PETG – מבית eSUN79 ₪ PETGפילמנט למדפסת תלת מימד – High Speed Matte PETG – מבית SUNLU89 ₪ TPUפילמנט למדפסת תלת מימד – TPU 95A – מבית eSUN129 ₪ ASAבאנדל צבעוני 4 יחידות לבחירה – פילמנט למדפסת תלת מימד – ASA – מבית SUNLU319 ₪ 356 ₪

← בחזרה למרכז הידעלקטגוריית חיתוך בלייזר

שאלות נפוצות

אחד־עשר חומרים, חמש מכונות, וכלל אחד שחזר בכולם: לפני שמחפשים מספרים, לבדוק אם המכונה בכלל מתאימה לחומר. בפלסטיק מודפס זה בולט מכולם — המכונה הקטנה ביותר מסמנת הכי טוב, הגדולה ביותר חותכת, והדיודה שעושה כמעט הכול בעץ עושה כאן מעט. מי שקרא את הסדרה מהתחלה כבר יודע לקרוא את הטבלה הזו בעצמו — וזו הייתה המטרה. הסדרה כולה מתחילה במדריך החומרים האסורים והמותרים, ומשם, חומר אחר חומר.

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.