בחירת חומרים בתכנון אב טיפוס בלייזר

אב טיפוס הוא דגם לבחינה של מוצר עתידי או להמחשתו. דגמים משמשים בתהליכי פיתוח לבדיקה ולאיתור של כשלים או טעויות תכנון. אבי טיפוס משמשים למגוון מטרות וצרכים שונים כמו: בחינת היבטים של ניראות, להדגמה דינמית (היתכנות של מנגנון או פונקציונליות של מרכיב במערכת גדולה יותר), לתכנון הנדסת אנוש מתבקשת, לבחינת כדאיות שיווק (דגמים לקבוצות מיקוד), לקידום מכירות (מודלים אדריכליים) ולאיתור כשלים בתכנון ובביצוע. דגמים מורכבים ונבנים בדר"כ בעבודה ידנית, תוך שימוש בחלקים שמיוצרים במגוון שיטות וטכנולוגיות כמו לייזר, עיבוד שבבי, כיפוף ומשיכת וואקום ומורכבים למכלול המבצע את הפעולה הנדרשת.

בהתאם לסוג הדגם, משתמשים לעיתים, בבנית הדגם, בחומרים שונים מהחומרים הסופיים מהם יהיה מיוצר המוצר הסופי. ההחלטה על סוג החומר המתאים משפיעה על תיפקוד הדגם, המראה שלו ומחיר  הדגם. בחירת חומרים נכונה תלוייה בכמה גורמים:

דימיון לחומר הסופי – בחלק מהדגמים יש חשיבות גדולה להמחיש בדגם את המראה הסופי ולשלב בו את החומר הסופי. קיימים חומרים בעלי תכונות דומות לחומר הסופי אך במחיר זול יותר.

תכונות הפיזיות – בדגמים שעומדים בבחינות תיפקודיות, יש חשיבות גדולה לבחור בחומרים שיוכלו לדמות את החומר הסופי בהיבטים של תכונות החומר – עמידה בכפיפה, חוזק למתיחה וכדומה.

יכולת העיבוד – חומרים שמצריכים עיבוד זול יהיו זולים בהכרח, לעומת חומרים שמצריכים עיבוד במכונות יקרות ונפוצות פחות. פרמטר זה משפיע גם על זמינות החלק שכן הוא תלוי בתהליך היצור.

עלות החומר – מכיוון שהחומר הוא לא סופי, עלות החומר בדגם יכולה להשתנות בהתאם לדרישה מהדגם. לדוגמה, שימוש בחומרים זולים (קרטון, נייר, עץ פלסטיק) בדגמים המשמשים לבחינת קנה מידה או מראה ושימוש בחומרים יקרים ביצור בודד של חלקים שביצור המוני יהיו זולים יותר.

זמינות – זמינות החומרים מאפשרת הפקה יחסית מהירה של דגם ומציאת חלופיות במקרים בהם יש לעשות שינוי בדגם במקרה של טעות או בעיה בתכנון הדגם. הזמינות הגבוהה של החומר, מאפשרת לוחות זמנים קצרים בהפקה ובתיקון הדגם.

גמישות – במקרים של שינויים בחומר או הוספת מרקמים. בעזרת הלייזר ניתן ברוב החומרים להוסיף מרקם בחריטה או בצריבה על פני השטח של החומר ובכך להגיע לדימוי קרוב יותר למציאות ש להמוצר הסופי.

חומרים מתאימים לתכנון אב טיפוס בלייזר:

פלסטיק – משפחה גדולה של חומרים בעלי מגוון תכונות ומראה שונה ברמות גימור סופיות. קיימים פלסטיקים גמישים, הניתנים לכיפוף, קשיחים, בעלי מרקם חיצוני או שקופים, עמידים לתנאי חוץ, טמפרטורותצ משתנות או תנאי סביבה קשים. בין הפלסטיקים הניתנים לחיתוך וחריטה בלייזר ניתן למצוא:   אקריל (פרספקס), דלרין (POM), פוליפרופילן, PETG, HDPE, ABS, פורון, פוליאסטר, טפלון וחומרים מוקצפים כמו פוליאוריטן (פלציב). החומרים מגיעים במגוון צבעים ובמספר עוביים אותם ניתן לחתוך בלייזר.

עץ / MDF – חומרים זולים ופשוטים בעלי חוזק מבני ומשקל גדול יחסית המתאימים לתכנון אלמנטים גושניים ומודלים גדולים המצריכים יציבות. החומרים נחתכים בצורה אחידה, מהירה ובגימור טוב בלייזר ומעט מפייחים בקו החתך. דוגמאות לשימוש: פיתוח של ריהוט פנים וחוץ, מוצרי צריכה, משחקי שולחן ועוד.

נייר וקרטון – חומר זול וקל המשמש בעיקר בתכנון דגמים ויזואליים. ניתן לראות שימוש נרחב בחומרי נייר וקרטון במודלים אדריכליים המשמשים חברות קבלניות, ומאפשרים להתרשם ממראה הבניין המתוכנן, התכנון הסביבתי או השכונה המתוכננת.

גומי וסיליקון – חומרים בעלי גמישות גבוהה, אלסטיות, עמידה בזעזועים ותכונות המתאימות לאטימה. לרוב משמשים לבלימת זעזועים ושיכוך, לבידוד טרמי או חשמלי, להגדלת חיכוך, איטום או להשגת מרקם. גומי הוא חומר המגיע במגוון עוביים וקשיחויות, מפייח בקו החתך אך ניתן לניקוי בעזרת מטלית. סיליקון חומר יקר מגומי, נחתך בצורה טובה ומפייח מעט, לאחר שטיפה במים מתקבל קו חתך בגימור טוב.

בדים – מגוון חומרים המאפשרים תכנון מוצרים גמישים (תיקים, תרמילי נשיאה, מזוודות, טכנולוגיה לבישה). קיימים בדים סינטטיים או טבעיים. נחתכים בצורה מהירה, במדויק  ובאיכות גבוהה. ניתן לחתוך גזרות שונות של בדים ולהשתמש בהם בהרכבת הדגם באיזורים המיועדים.

מתכות – משפחה של חומרים מתכתיים בעלי תכונות כמו, חוזק, קושי ומוליכות טרמית או חשמלית.   בעזרת הלייזר ניתן לחתוך בצורה מדוייקת חלקי מתכת, לכופף אותם או לרתך למבנה תלת מימדי בעל חוזק סופי. בין החומרים שניתן לחתוך בלייזר: אלומיניום, נירוסטה, טיטניום, ברזל ופליז.

סיכום

אבי טיפוס הם מוצרים חוצי-תחום וניתן למצוא דגמים חתוכים בלייזר במגוון תעשיות בארץ כמו: תחום התעופה והחלל, התחום הביטחוני, תחום הרכב, ענף הביומד והפיתוח הרפואי, ענף הביוטק, עולם המיחזור, פרסום, נדל"ן ועוד. הגמישות הטכנולוגית הקיימת בחיתוך חומרים בלייזר, מספקת נוחות וזמינות למתכנן הדגם. כל שנשאר הוא להעביר שרטוט סופי של החיתוך ולקבל את החלק בהתאם לחומר ועפ"י המידות שהוגדרו.

בתמונה: "דגם של משאית מקרטון צבעוני. מידול, צילום וחיתוך: לייזרקאט4 – פתרונות חיתוך בלייזר"

כותב המאמר: רן מלמד, חברת לייזרקאט4 – פתרונות חיתוך וצריבה בלייזר.