פילמנט TPU — המדריך המלא: 95A מול 90A, ולמה חייבים להאט

TPU הוא הפילמנט שמגלה לאנשים שמדפסת תלת־ממד יכולה לייצר גם דברים רכים: כיסוי לטלפון שסופג נפילה, גלגל עם צמיג שנאחז, אטם למכסה, רצועה, מגן פינה, סוליה, כפתור שנלחץ בנעימות, ציר חי שמתכופף אלף פעמים בלי להישבר. הוא גם הפילמנט שמכשיל את ההדפסה הראשונה של כמעט כולם — לא מפני שהוא דורש טמפרטורה מיוחדת או תא סגור, אלא מפני שהוא מתנהג כמו חוט גומי בתוך מנגנון שתוכנן לדחוף מקל קשיח, ומי שמנסה להדפיס אותו במהירות של PLA מקבל פקעת מסביב לגלגל ההזנה במקום חלק.

זה המדריך החמישי בסדרת הפילמנטים, אחרי PLA, PETG, ABS ו-ASA, והראשון שעוסק בחומר שאינו קשיח. נסביר מה TPU בכלל, מה המספר עם ה-A שאחרי השם אומר ולמה ההבדל בין 95A ל-90A גדול ממה שנדמה, איזה מנגנון הזנה מתאים לו, למה מהירות היא ההגדרה היחידה שבאמת חשובה, ומה מדפיסים בו בפועל. ההשוואה הכללית בין החומרים הקשיחים נמצאת במאמר ההשוואה; TPU אינו שם, כי הוא משחק במגרש אחר.

מה זה TPU — גומי שאפשר להמיס

TPU הוא ראשי התיבות של פוליאוריתן תרמופלסטי, ושתי המילים חשובות. פוליאוריתן הוא משפחה רחבה של פולימרים — הקצף במזרן, הלכה על הפרקט, הגומי בגלגלי הסקייטבורד, כולם פוליאוריתנים — שרובם תרמוסטיים: הם מתקשים פעם אחת בתגובה כימית, ומאותו רגע אי אפשר להמיס אותם שוב. TPU הוא החריג. הוא בנוי משרשראות שמכילות לסירוגין מקטעים קשיחים, שנצמדים זה לזה ומייצרים מעין רשת של נקודות עיגון, ומקטעים רכים וגמישים שמתפתלים ביניהם. בטמפרטורת החדר נקודות העיגון מחזיקות את המבנה, והמקטעים הרכים נותנים לו להימתח ולחזור — כמו גומי; בחימום ל-220 מעלות נקודות העיגון משתחררות, החומר זורם דרך פייה, ובקירור הן נתפסות מחדש. זה גומי שאפשר להדפיס, ולהדפיס שוב.

היחס בין המקטעים הקשיחים לרכים הוא מה שקובע כמה החומר רך, ואת זה מודדים בסולם Shore A — מד קשיות שבו מחט קפיצית נלחצת לתוך החומר, ומספר גבוה יותר פירושו חומר קשיח יותר. גומייה ביתית היא בערך 20A, סוליית נעל ריצה 50–60A, צמיג רכב 60–70A, גלגל של מזוודה 80–90A, וגלגל סקייטבורד קשה 95–100A. פילמנטים גמישים נמצאים ברובם בין 85A ל-98A, וכפי שנראה, המרחק בין 95A ל-90A — חמש נקודות בלבד — הוא המרחק בין חומר שרוב המדפסות מסתדרות איתו לחומר שדורש מנגנון הזנה מתאים. הצפיפות של TPU, 1.20–1.25 גרם לסמ"ק, דומה ל-PLA, ועמידות החום שלו סבירה — הוא מתרכך בהדרגה מעל 60–80 מעלות, בלי נקודת מעבר חדה כמו בחומרים הקשיחים.

מגלגלי הרולר בליידס למדפסת — היסטוריה קצרה

הפוליאוריתן

הפוליאוריתן הומצא ב-1937 בגרמניה בידי אוטו באייר, כימאי בחברת IG Farben — ולא, לא הבאייר של האספירין, למרות השם — שחיפש תחליף לגומי הטבעי שנעשה יקר ונדיר ערב מלחמת העולם השנייה. הגרסה התרמופלסטית, שאפשר להמיס ולעצב שוב, פותחה בשנות החמישים והשישים, וחברת B.F. Goodrich האמריקאית רשמה עליה פטנט ב-1959 והשיקה אותה תחת השם Estane. השימושים הגיעו מהר: גלגלים לרולר בליידס ולסקייטבורדים, שהחליפו את גלגלי הפלדה והחימר וממש יצרו את הספורט הזה בשנות השבעים; סוליות ומדרסים; צינורות רפואיים; כבלים גמישים; ובשנות התשעים — כיסויי הטלפון הרכים, שהם עד היום השימוש הצרכני המוכר ביותר של TPU, וגם החלק שרוב האנשים מדפיסים בו ראשון.

הפילמנט

אל המדפסות TPU הגיע סביב 2013–2014, כשחברת NinjaTek השיקה את NinjaFlex — הפילמנט הגמיש המסחרי הראשון שתפס — ב-85A, ובאותה תקופה גם Recreus עם Filaflex. שניהם היו רכים מאוד, ורוב המדפסות של אז, עם מנגנון הזנה מסוג Bowden שבו המנוע דוחף את הפילמנט דרך צינור ארוך אל הראש, לא הצליחו להדפיס אותם בכלל: החוט הרך התכופף בצינור במקום להידחף. הפתרון הגיע משני כיוונים — יצרנים שהוציאו TPU קשיח יותר, 95A, שסובל את המנגנון הקיים; ומדפסות שעברו להזנה ישירה, שבה המנוע יושב על הראש עצמו ודוחף את הפילמנט מרחק של סנטימטרים בודדים. היום 95A הוא הסטנדרט, 90A נפוץ, והזנה ישירה היא ברירת המחדל בכמעט כל מדפסת חדשה — וזו הסיבה ש-TPU הפך מחומר לחובבים עם ניסיון לחומר שכל אחד יכול להדפיס, בתנאי שהוא מוכן להאט.

95A מול 90A — חמש נקודות שמשנות הכול

שני המספרים האלה הם רוב מה שתפגשו בחנות, ואנחנו מחזיקים את שניהם בדיוק כי הם אינם תחליף זה לזה. 95A הוא "גמיש קשיח": חלק ב-95A עם דופן של מילימטר או שניים מתכופף ביד בקלות, אבל חלק מלא בעובי של סנטימטר מרגיש כמו גלגל של מזוודה — קשה ללחיצה, מעט קפיצי. הוא מתאים לכיסויי טלפון, לגלגלים, למגני פינה, לאטמים קשיחים, לרצועות ולתפסים, וכמעט כל מדפסת עם הזנה ישירה מדפיסה אותו בלי מאמץ; גם מדפסות Bowden רבות מסתדרות איתו במהירות נמוכה. 90A רך יותר באופן שמורגש מיד: אותו חלק מלא נלחץ באצבע, דופן דקה מתכופפת כמו גומי אמיתי, והחומר מתאים לאטמים שצריכים להתהדק, לכפתורים, למגני מכשירים שסופגים נפילה גבוהה, לסוליות ולכל מה שצריך "לתת" ולא רק "להתכופף". המחיר: 90A דורש הזנה ישירה כמעט ללא חריגים, מהירות נמוכה עוד יותר, ורגישות גבוהה יותר ללחות.

הדרך שאנחנו מציעים לבחור: אם החלק צריך להתכופף — 95A. אם הוא צריך להילחץ — 90A. אם אתם מדפיסים TPU בפעם הראשונה — 95A, בלי קשר לחלק, כי ההצלחה הראשונה מלמדת יותר מכל מדריך. ומי ששואל על 85A או רך ממנו: זה קיים, זה דורש ניסיון ומדפסת שהותאמה לזה, ולרוב מה שאנשים חושבים שהם צריכים בו, 90A מספיק.

היתרונות — ולמה הם קיימים

גמישות אמיתית, וזיכרון צורה. חלק TPU נמתח ב-300–500 אחוז לפני שהוא נקרע, וחוזר לצורתו. זה לא "קצת גמיש" כמו PETG אלא גומי לכל דבר, והמשמעות היא שאפשר לתכנן חלקים שעובדים דרך העיוות שלהם — ציר חי, קליפס שנתפס, אטם שמתהדק, רצועה שנמתחת — במקום דרך הקשיחות.

חסינות למכה ולשחיקה יוצאת דופן. TPU סופג אנרגיה של מכה כמו שאף חומר קשיח אינו מסוגל — הוא פשוט מתעוות וחוזר — ועמידותו לשחיקה היא הסיבה שגלגלי רולר בליידס עשויים ממנו: גלגל TPU מודפס יחזיק על רצפת בטון הרבה אחרי שגלגל PLA נשחק לשטוח.

עמידות כימית ולשמנים. פוליאוריתן עמיד לשמן, לגריז, לדלק ולרוב הממסים — ולכן הוא חומר מצוין לאטמים ולחלקים בסביבת מכונות. הוא גם עמיד ל-UV טוב יותר מ-PLA ומ-ABS, אם כי בשמש ממושכת גוונים בהירים מצהיבים.

הידבקות מושלמת בין השכבות — וכמעט אפס התעקמות. וזה היתרון שמפתיע אנשים: TPU הוא בין החומרים הקלים ביותר מבחינת המשטח. הוא כמעט אינו מתכווץ, נדבק היטב ל-PEI ולזכוכית, ואינו דורש תא סגור, משטח חם במיוחד או דבק. השכבות שלו מתמזגות זו עם זו כך שחלק מודפס נראה ומרגיש כמו חלק שנוצק. כל הקושי של TPU הוא בדרך מהגליל אל הפייה — לא במה שקורה אחריה.

החסרונות — ומה עושים איתם

ההזנה. זו הבעיה, וכדאי להבין אותה במקום רק לעקוף אותה. מנגנון ההזנה של מדפסת הוא גלגל שיניים שלוחץ על הפילמנט ודוחף אותו קדימה, ובחומר קשיח הדחיפה עוברת ישר אל הפייה. בחומר רך, כל התנגדות בפייה — טמפרטורה נמוכה מדי, מהירות גבוהה מדי, סתימה חלקית — גורמת לפילמנט להתכופף במקום להידחף, ואם יש בדרך רווח כלשהו בין גלגל ההזנה לתחילת הצינור, החוט מוצא אותו, יוצא הצידה, ומתלפף סביב הגלגל. זה מה שנקרא "פקעת", והוא נגמר בפירוק ראש ההדפסה. הפתרונות, לפי סדר החשיבות: הזנה ישירה, שבה המרחק בין הגלגל לפייה הוא סנטימטרים בודדים ואין לחוט לאן לברוח; מסלול סגור — במדפסות רבות אפשר להדפיס או לקנות חלק קטן שסוגר את הרווח שליד גלגל ההזנה, ורק זה הופך מדפסת שנכשלת למדפסת שמצליחה; מהירות נמוכה, כי כל האטה מקטינה את ההתנגדות בפייה; ולחץ הזנה מופחת — הקפיץ שלוחץ את הגלגל על הפילמנט משוחרר מעט, כדי שהחוט לא יימעך ויתרחב.

ריטרקשן — או ליתר דיוק, היעדרו. ריטרקשן היא משיכת הפילמנט אחורה לפני תנועה, כדי למנוע חוטים, וב-TPU היא כמעט חסרת תועלת ולעיתים מזיקה: החוט הרך נמתח במקום לזוז אחורה, ובמשיכה חזקה הוא מתעוות ונתקע. התוצאה היא שב-TPU חיים עם קצת stringing, ומטפלים בו אחר כך במקדח חם או במספריים. ריטרקשן קצר — 0.5–1 מ"מ באיטיות — בהזנה ישירה עם 95A; כלום ב-90A; ובכל מקרה, לתכנן חלקים כך שיהיו כמה שפחות תנועות באוויר.

לחות — הרבה. TPU הוא היגרוסקופי, סופג מים בקלות, ובקיץ ישראלי גליל שנשאר פתוח שבוע כבר מראה את זה: בועות ופצפוצים בפייה, פני שטח מחוספסים, חוטים שלא נעלמים, ובמקרה גרוע — חומר שיוצא מוקצף ומאבד את חוזקו. הכלל שלנו ל-TPU נוקשה יותר מלכל חומר אחר: הגליל חי בשקית אטומה עם סיליקה ג׳ל, ומוצא ממנה רק להדפסה. ייבוש ב-50–60 מעלות למשך 4–6 שעות, לפי מדריך הלחות, ולא גבוה יותר — הגליל יידבק לעצמו.

איטי. 20–40 מ"מ לשנייה, לעומת 60–250 בחומרים קשיחים, פירושו שחלק שלוקח שעה ב-PLA לוקח שלוש ב-TPU. אין דרך לעקוף את זה; מדפסות שמתגאות במהירות מדפיסות TPU בדיוק באותה איטיות כמו כולן. וזה גם אומר שחלקים גדולים ב-TPU הם פרויקט של לילה.

דיוק מידות נמוך יותר. חומר רך נמעך מעט תחת משקל השכבות שמעליו, השכבה הראשונה מתפשטת הצידה ("רגל פיל"), וחורים יוצאים קטנים מהמתוכנן ב-0.2–0.4 מ"מ כי הדפנות הרכות נשפכות פנימה. לחלק שצריך להתאים למשהו — אטם לחריץ, כיסוי לטלפון, גלגל על ציר — מדפיסים קודם חלק ניסיון קטן ומודדים, ומתקנים בעיצוב: חורים גדולים ב-0.3 מ"מ, פאזה בשכבה הראשונה, ודופן חיצונית אחת נוספת. TPU סולח כמעט על הכול, חוץ מציפייה לדיוק של חומר קשיח.

תמיכות — לא. תמיכות ב-TPU נדבקות לחלק בעוצמה של החומר עצמו, ולהסיר אותן פירושו לקרוע. מתכננים חלקי TPU בלי תליות, או עם תליות קצרות שהחומר סולח עליהן, או מדפיסים תמיכות מחומר אחר — PLA למשל — במדפסת עם שני ראשים, כי TPU ו-PLA כמעט אינם נדבקים זה לזה.

בריאות ואוורור

TPU נחשב לחומר עם פליטות נמוכות בהדפסה, בטווח של PLA ו-PETG, ובלי סטירן — ולכן חלון פתוח וחדר שאינו חדר שינה מספיקים. שני דברים ראויים לציון. הראשון: התגובה שיוצרת פוליאוריתן מערבת איזוציאנטים, חומרים שמסוכנים בשאיפה — אבל בפילמנט המוגמר הם כבר הגיבו במלואם, וההדפסה אינה משחררת אותם; הסיכון הזה שייך למפעל, לא למדפסת. השני: בחימום יתר, מעל 240–250 מעלות, TPU מתחיל להתפרק ולהשחיר, ואז הוא גם מריח וגם פולט יותר; זו סיבה נוספת להישאר בטווח המומלץ. החלק המוגמר יציב ואינו משחרר דבר, וזו הסיבה שאפשר להדפיס בו כיסוי לטלפון שמחזיקים ביד כל היום.

וכמו בכל חומר: TPU עם תוספי אפקט או צבעים זוהרים מתנהג אחרת, ואת שאלת המזון — "אפשר להדפיס אטם לקופסת אוכל?" — אנחנו עונים כמו תמיד: לא בלי הצהרה מפורשת של היצרן, וגם אז לא למגע ממושך.

שלוש עובדות שלא ידעתם על TPU

ה-A במספר הוא סולם, ויש גם D. Shore A מודד חומרים רכים; Shore D — קשיחים. TPU של 98A או של 60D כבר כמעט אינו גמיש ומתנהג כמו פלסטיק קשיח וחסין, ויש יצרנים שמוכרים אותו כ"TPU קשיח" לחלקים שצריכים חסינות למכה בלי גמישות. מספר בלי אות הוא מספר בלי משמעות.

גלגלי הרולר בליידס יצרו את הספורט. עד שנות השבעים, גלגיליות התגלגלו על גלגלי פלדה או חימר שהחליקו וטרטרו. גלגל הפוליאוריתן הראשון, שיצא ב-1970, נאחז באספלט ונתן שליטה — ומשם התפוצצו הסקייטבורד והרולר בליידס. הגלגל שמדפיסים לרובוט ב-TPU 95A הוא נכד ישיר.

TPU נדבק ל-TPU ולא לכמעט שום דבר אחר. תכונה שהיא גם בעיה וגם פתרון: תמיכות ב-TPU בלתי אפשריות להסרה, אבל TPU על PLA מתקלף בקלות — ולכן במדפסת עם שני ראשים אפשר להדפיס גוף PLA עם אחיזה רכה ב-TPU, וגם להשתמש ב-PLA כתמיכה ל-TPU. וכן, TPU נדבק גם למשטח PEI חלק חזק מאוד — עוד סיבה לגובה שכבה ראשונה נדיב.

הגדרות מומלצות — נקודת התחלה

המספרים מבוססים על מדריך החומרים הגמישים של Prusa, על Simplify3D ועל הנתונים של eSUN ל-eTPU-95A. ב-TPU, יותר מבכל חומר אחר, ההגדרה הקובעת היא המהירות, ואם משהו לא עובד — מאטים לפני שנוגעים בכל דבר אחר.

הערה על ה-flow, כי זו ההגדרה השנייה בחשיבות: מכיוון שהפילמנט נמעך מעט בגלגל ההזנה ונמתח בדרך, בפועל מגיע לפייה מעט פחות חומר ממה שהסלייסר חושב, וחלקים יוצאים עם דפנות דקות מהמתוכנן. הגדלת ה-flow ב-3–8 אחוזים, אחרי בדיקה על קובייה בדופן אחת, פותרת את זה. ועל המהירות, שוב: 25 מ"מ לשנייה אינו "איטי בשביל להיות בטוח" — זה הקצב שבו TPU 95A מדפיס יפה, וכל ניסיון להעלות אותו נגמר בפקעת או בדפנות רועדות.

ודבר אחרון על העיצוב, כי ב-TPU הוא חלק מההגדרות: ציר חי — רצועה דקה שמחברת שני חלקים ומתכופפת במקום ציר מכני — הוא הדבר היפה ביותר שאפשר להדפיס בחומר הזה, והוא עובד רק כשמדפיסים אותו בשכיבה, כך שהכיפוף נעשה לאורך הקווים ולא בין השכבות, ובעובי של 0.8–1.2 מ"מ. אותו כלל תקף לרצועות, לתפסים ולכל דבר שצריך להתכופף שוב ושוב: הכיוון שבו הפילמנט הונח הוא הכיוון שבו החלק חזק, וחלק TPU שנקרע בדרך כלל נקרע בין השכבות, לא לאורכן.

עשה ואל תעשה

עשו:

• סגרו את מסלול ההזנה. חלק מודפס קטן שממלא את הרווח ליד גלגל ההזנה הוא ההבדל בין הצלחה לפקעת — וברוב המדפסות אפשר להוריד אותו מהאינטרנט ולהדפיס ב-PLA.
• התחילו מ-25 מ"מ לשנייה ומ-95A, גם אם החלק "צריך" 90A. הצלחה ראשונה ואז שדרוג.
• תכננו לגמישות: דפנות של 1–2 קווים במקום שצריך להתכופף, מילוי gyroid ב-10–20 אחוז לחלק "ספוגי", 100 אחוז לגלגל או לאטם קשיח. ב-TPU המילוי הוא הגדרת הקשיות.
• הוציאו את הגליל מהשקית רק להדפסה, והחזירו מיד. TPU ולחות בקיץ ישראלי הם השילוב שמייצר את רוב ההודעות שאנחנו מקבלים.

אל תעשו:

• אל תדפיסו TPU בפרופיל של PLA "רק כדי לראות". פקעת סביב גלגל ההזנה היא התוצאה הכמעט ודאית, ופירוק הראש הוא מה שבא אחריה.
• אל תגדילו ריטרקשן כדי להילחם בחוטים. ב-TPU זה מעוות את החוט ותוקע אותו. חיים עם קצת חוטים ומסירים אחר כך.
• אל תדפיסו תמיכות מ-TPU על חלק TPU. הן לא יורדות. תכננו בלי תליות, או PLA כתמיכה בשני ראשים.
• אל תחממו מעל 240. TPU מתפרק, משחיר, מריח, וגם סותם את הפייה בשאריות שרופות.

מה ניתן למצוא אצלנו בחנות

במדף ה-TPU שלנו שתי המשפחות שתיארנו, ובכוונה. eTPU-95A של eSUN — הגמיש־קשיח, זה שאנחנו מציעים לכל מי שמדפיס TPU בפעם הראשונה ולרוב החלקים הפונקציונליים — בשחור, לבן ואפור, הצבעים שרוב הגלגלים, הכיסויים והאטמים צריכים. ו-TPU 90A של SUNLU, הרך יותר, בשבעה גוונים — אדום, אפור, ירוק, כחול, כתום, לבן ושחור — גם בבאנדל של שני גלילים לבחירה, כי TPU הוא חומר שמדפיסים ממנו הרבה חלקים קטנים וכדאי שיהיה גם צבע וגם שחור. אם אתם מתלבטים: החלק צריך להתכופף — 95A של eSUN; החלק צריך להילחץ — 90A של SUNLU; ואם המדפסת שלכם היא Bowden ישן — 95A, לאט, ובלי ציפיות לפרטים עדינים. ועוד עצה מהניסיון: גליל TPU הוא גליל שמדפיסים ממנו לאט ומעט בכל פעם, ולכן הוא נשאר על המדף חודשים — קנו אחד, שמרו אותו אטום, ותגלו שהוא מספיק להרבה יותר חלקים ממה שחשבתם.

מהחנות — רלוונטי לכתבה

TPUפילמנט למדפסת תלת מימד – TPU 90A – מבית SUNLU98.1 ₪ 109 ₪ TPUפילמנט למדפסת תלת מימד – TPU 95A – מבית eSUN129 ₪ TPUבאנדל 2 יחידות לבחירה – פילמנט למדפסת תלת מימד – TPU 90A – מבית SUNLU199 ₪ 318 ₪

← בחזרה למרכז הידעלקטגוריית הדפסת תלת מימד

שאלות נפוצות על פילמנט TPU

TPU הוא החומר שדורש מכם לשנות הרגל אחד — להאט — ובתמורה פותח קטגוריה שלמה של חלקים שאף חומר קשיח אינו מסוגל להם. הזנה ישירה, מסלול סגור, 25 מ"מ לשנייה, גליל יבש — וזהו. המדריך הבא בסדרה: פילמנט פוליקרבונט (PC) — החומר החזק והעמיד בחום ביותר שאפשר להדפיס במדפסת שולחנית, והתנאים הלא פשוטים שהוא דורש.

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.