מאת: יעל הלפמן כהן
תבניות יציקת פלסטיק בעלות גיאומטריה המחקה תהליכי קירור בטבע מדגימות שיפור ניכר בזמני המחזור של היציקה עקב תהליכי קירור יעילים יותר.
תבניות יציקת פלסטיק בעלות גיאומטריה המחקה תהליכי קירור בטבע מדגימות שיפור ניכר בזמני המחזור של היציקה עקב תהליכי קירור יעילים יותר.
הדפסת
תלת ממד מזוהה כאחת מהטכנולוגיות שישנו את עתידנו. בעבר כבר עסקנו בפוטנציאל הרב
הגלום בטבע ובגישה הביומימטית בפתרון אתגרים מרכזיים בתחום הדפסת תלת הממד בכלל,
ובתחום הייצור בפרט. בידיעה זו נסקור תיאור מקרה מעניין העוסק בפתרון ביומימטי
המשולב בהדפסה תלת ממדית לפתרון מקיים ויעיל של בעיית קירור בתהליכי יצור של תבניות.
חברת
Harbackהיא חברה אמריקאית העוסקת
בייצור חלקי פלסטיק. החברה מייצרת תבניות בשיטת
DMLS(Direct
Metal Laser Sintering), הדפסת תלת ממד תוך שימוש בלייזר להמסת אבקת
מתכת המשמשת "להצמחת" שכבה אחר שכבה. לאחר שהפלסטיק מוזרק לתבנית, ניתן
להוציא את החלק רק לאחר שהתקרר, ומכאן החשיבות הרבה לשילוב טכנולוגיית קירור,
שתאפשר הקטנת זמני המחזור, תוך שיפור היעילות הייצורית והתשומה האנרגטית הדרושה
לקירור.
בשיטת
הקירור המקובלת המכונה Conformal cooling מייצרים
קווי קירור כחלק מקווי המתאר של התבנית. קווים אלו מאפשרים קירור מהיר יותר ועקבי
יותר בחלקים היצוקים, הם מגבירים את שטח הפנים המקורר ואף מספקים קירור לחלל
התבנית הפנימי.
חברת
Harbackבעלת חזון מקיים ומודעות
סביבתית, זיהתה צורך בשיפור התכנון הנוכחי של קווי הקרור בתבניות ההזרקה, על מנת
לשפר את ביצועי הקירור, להקטין את זמני המחזור, ולחסוך באנרגיה הדרושה ליצור יחידת
פלסטיק. החברה פנתה לטבע ויישמה את הגישה הביומימטית בתכנון מחודש של התבניות
במטרה לייצר תבניות המשלבות עקרונות גיאומטריים
של מערכות קירור בטבע. בשלב ראשון, בחנה Harback מבנים
של מערכות קירור טבעיות דוגמת תעלות קפילריות בצמחים, תעלות אוורור בקיני
טרמיטים, עורקים באוזני בעלי חיים הפועלים
כרדיארטורים, ועורקים בעלים. החברה בחנה את יעילות פיזור החום
והנוזלים במערכות טבעיות אלו. החברה בחרה להתמקד במבנה העורקים של עלים ממשפחת הדו-פסיגיים
ותכננה תבנית המחקה מבנה עורקים זה. בתרשים המצורף ניתן לראות את השינוי במבנה
תעלות הקירור בתבניות. תבנית 4 היא התבנית הביומימטית שתוכננה בהשראת מערכת העורקים
של העלים ממשפחת הדו- פסיגיים. התמונה באדיבות חברת Harback
בניסוי
שנערך נבחן זמן הקרור של חלק יצוק בתבנית הביומימטית בהשוואה לזמן הקרור של אותו חלק בתבניות האחרות . נמצא שיפור של 20% בזמני המחזור של ייצור החלק בתבנית הביומימטית !
נראה
כי יש כאן שילוב מנצח בין ביומימיקרי (יישום עקרונות פיזור חום מן הטבע)
וטכנולוגית תלת הממד לייצור התבנית DMLS, שילוב המאפשר ייצור תבניות המיישמות את
העקרונות הגיאומטריים שנלמדו מהטבע.
חברת
Harback מדווחת כי תהליך החדשנות ארך כשנה וחצי של
שת"פ עם גופים נוספים דוגמת NYSERDA,
Cornell,
RIT, Terrapin
Bright Green,
