תבניות יציקת פלסטיק, בעלות גיאומטריה המחקה תהליכי קירור בטבע, מדגימות שיפור ניכר בזמני המחזור של היציקה עקב תהליכי קירור יעילים יותר.
מאת: יעל הלפמן כהן
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 Harback היא חברה אמריקאית העוסקת בייצור חלקי פלסטיק. החברה מייצרת תבניות בשיטת DMLS (קיצור של – 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 Harback בעלת 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.
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.
עוד בנושא באתר הידען:
