ייצור מתווסף – (Additive Manufacturing), כלומר התהליך של בניית מוצר ע”י יישום שכבות רציפות של חומר גלם כמו אבקת מתכת או פולימר פלסטי – קיים כבר יותר מ- 30 שנה, ומוכר גם כהדפסה בתלת-ממד (3D Printing).
מה שחדש הוא ש-AM עובר מבניית אב טיפוס ומודלים לייצור תעשייתי ולטכנולוגיית ייצור, מחליף תהליכים קונבנציונליים במספר הולך וגדל של יישומים בתעשיות תעופה, חלל וביטחון (A&D), כמו גם בתעשיות אחרות. פראט אנד וויטני (Pratt & Whitney) היא החלוצה של חקר גבולות ה-AM, ועוזרת לכתוב את הסטנדרטים אשר ינחו חברות אחרות באופן השימוש בו, תוך הבטחה שהמוצרים יעמדו בדרישות המחמירות ביותר עבור מטוסים ורכבי חלל. החברה משתמשת ב-AM להאצת הפיתוח של מנועים יעילים יותר בצריכת דלק, כולל שילוב חלקים שהודפסו בתלת-ממד במנועים בפס הייצור. “זהו ציון דרך משמעותי מאוד”, אומרת לין גמביל, מהנדסת ראשית להנסת ייצור ושירותים גלובליים בחברה.
ייצור מתווסף – היכולת לתכנן ולייצר חלקים שלא ניתן בדרך אחרת
חלוצה אחרת היא GE Aviation, אשר מדפיסה ב-3D חרירי דלק עבור אחדים ממנועי הסילון שלה, ומצפה לייצר מדי שנה 45,000 יחידות כאלה לפי אותו תכנון. הטכנולוגיה מאפשרת ל-GE לייצר את הרכיב בחתיכה אחת במקום להרכיב אותו מ-20 חלקי יציקה נפרדים, תוך הורדת עלויות ייצור בכ-75%. לבואינג יש יותר מ-200 מספרי מוצר של חלקי AM בעשרה מטוסים בייצור – מסחריים וצבאיים. איירבוס לוטשת עין לזמן בו ניתן יהיה להדפיס גוף מטוס שלם. יש אפילו יחידת AM ניסיונית בתחנת החלל הבינלאומית, הנערכת לקראת היום בו צוותי רכבי חלל יבנו את הכלים הדרושים להם, וימחזרו אותם להזנה עבור צרכים עתידיים. כפי שאומר צ’רלי בולדן מנאסא: “AM היא טכנולוגיה משבשת, שתגרום למהפכה בדרך בה אנו מייצרים מוצרים בתעופה וחלל”.
יש טכנולוגים המותחים קו מקביל בין הנקודה בה AM התפתח והמקום בו היה האינטרנט באמצע שנות ה-90. אז, רק מעט אנשים, אם בכלל, יכלו לדמיין את עומק ההשפעה שתהיה לרשת מחשבים מקושרים גלובלית על המסחר והחיים בעשר השנים שלאחר מכן. בבחינת הסטטוס של AM היום, נראה כי הוא הגיע לנקודת מפנה, המובילה משקיפי תעשייה רבים להאמין כי התפתחותו תהיה דרמטית באותה מידה.
חדשנות מואצת
אחד המקדמים הכמעט ודאיים לכך, יהיה קצב החדשנות בקרב ממציאים. לפני עשור הוענקו רק 80 פטנטים לחומרי AM, תוכנה וציוד, בלי למנות פטנטים כפולים שנרשמו בארצות רבות. נכון ל-2013 היה המספר 600 פטנטים לא כפולים, אותם הובילו שתי חברות: Stratasys ו-3D Systems. 2015 הייתה השנה בה החל שלב חדש של חדשנות, כאשר פג תוקפם של מספר פטנטים במדפסות לייזר. הדפסת לייזר, המסוגלת להדפיס עצמים מפלסטיק, מתכת וקרמיקה ברמות גבוהות של פירוט ודיוק, משמשת לעתים קרובות למוצרים מוגמרים ולא רק לאבות טיפוס.
“פטנטים להדפסת 3D שפקעו, גם יאפשרו לסטארט-אפים חדשים למנף את הטכנולוגיה”, אומר ג’ף סמית, מנהל מעבדת הרעיונות של חברת דאסו סיסטמס לתעופה, חלל וביטחון. “אנו רואים הרבה פעילות סביב השקת תהליכים חדשים יעילים יותר, כמו גם טכנולוגיות חדשות. זה התחום בו יתחוללו מרבית החידושים המרגשים ביותר והמשנים את המשחק”.
טכנולוגיה משלימה
מה ש-AM לא יעשה – לפחות במשך זמן ארוך זה להחליף טכניקות ייצור מסורתיות. לא כל רכיב יהיה מועמד ל-AM ויקטוף את יתרונות הפחתת מחיר, שיפורי ביצועים, או שניהם גם יחד. לכן, חברות חייבות לוודא שהן מבינות את המאפיינים העוזרים לקבוע איזה רכיבים יהיו המועמדים הטובים ביותר. באופן טיפוסי, חלקים כאלה יכללו אלמנטים עתירי עלויות עבודה, כמו תהליכי עיבוד משניים; דרישות כלים מורכבות או כמות ייצור קטנה יחסית ולפיכך עלויות גבוהות; קצבי התיישנות או גריטה גבוהים, וחלקים שלא ניתן לייצר אותם במיכון קונבנציונלי בגלל תכנונם המסובך. “AM היא טכנולוגיה משבשת, אך לא בהכרח מהווה תחליף לכל שיטות הייצור המסורתיות”, אומרת לין גמביל מפראט אנד וויטני. “AM צריכה להיחשב כטכנולוגיה משלימה, שעליה לפלס דרכה לתוך כלל תהליכי התכנון והייצור. גם ליציקות וגם לחישולים יהיה תמיד תפקיד ביישומי A&D מסוימים”.
אפילו חלקים המיוצרים בהדפסת 3D ידרשו גימור מסוים, ויתכן אפילו שימוש במיכון, בהתאם להתממשקותם עם רכיבים אחרים. “בעוד שייצור מתווסף הוא טכנולוגיה משבשת, זה אינו פתרון של ‘מידה אחת מתאימה לכולם’, ולא יאפיל על דברים אחרים”, מוסיפה גמביל. אם ניתן לייצר משהו באפן קונבנציונלי ובעלות סבירה, והכמות גדולה יחסית, אז לעתים קרובות הטוב ביותר הוא ללכת בדרך זאת, כפי שאומר טארי וולרס, יועץ ראשי ונשיא Wholers Associates.
עדיין, זה אינו מפחית מהיתרונות הייחודיים של AM – החל בעובדה שהדפסת 3D מאפשרת למתכננים לדמיין צורות שפשוט אי אפשר ליצור אותן בטכניקות ישנות יותר. “עם התפתחות טכנולוגיות AM, זה יפתח את הדלת ליכולות שאפילו איננו יכולים לחלום עליהן היום”, אומר ג’ף סמית מדאסו סיסטמס, חברת ה-3DEXPERIENCE. הוא צופה כי טכנולוגיות רובוטיקה ותוכנה המתפתחות במהירות, ימלאו תפקיד מרכזי ביכולות AM סקלאביליות והיברידיות, היכולות לשמש לבניית כמעט כל דבר.
יתרונות מסוימים
סמית מדאסו סיסטמס מוסיף, כי יתרונות אחרים של AM כוללים את היכולת לבנות חלקים לפי דרישה עם תכנונים כמו חללים פנימיים ומבני שבכה מחוברים, העוזרים להפחית משקל בלי להתפשר על ביצועים מכניים. חלקים מכניים מסובכים ייוצרו בלי הרכבות. תהליך ה-AM יוצר פחות פסולת לעומת כלי מיכון מסורתיים – יתרון קריטי כאשר משתמשים בחומרים יקרים כמו טיטניום. יש חוקרים שמאמינים כי AM יכול לקצר תהליכים מסוימים בשיעורים גבוהים ביותר. השפעת AM על כלכלת גודל והיקפים עושים אותו לטבעי בתעשיית כמו A&D המכווננת לייצור מותאם לדרישות וללקוח. ועם כל היתרונות, AM נמצא עדיין בשלבי ילדות, והשאלה לגבי תעשייה כמו A&D היא איך לנצל את מלוא יתרונותיו של הייצור המתווסף.
סמית מדאסו סיסטמס אומר על כך: “AM יתקדם באופן אקספוננציאלי היכן שניתן לייצר חלקים בעלי ערך גבוה לטיסה. האתגר דומה מאוד לזה שעברו חומרים מרוכבים כדי לזכות לקבלה נרחבת עבור יישומי תעופה וחלל אזרחיים”. מנקודת המבט של גמבל, המפתח יהיה הוכחת יכולת חזרה בכל ההיבטים על תהליך הבנייה של AM.
דאסו סיסטמס, בשיתוף עם המכון הלאומי למחקר תעופה בארה”ב, מפתחים פתרונות לבעיות אלה במרכז חדשנות הנמצא בבנייה, אותו יפעילו שני הארגונים בקמפוס אוניברסיטת המדינה של וויצ’יטה בקנזס, החל מסוף 2016.
קצבי אימוץ גדלים
מגבלה אחרת שחובה לטפל בה, היא צירוף יותר ספקים שישלבו את הטכנולוגיה לתוך פעילויותיהם. “אם יהיו לנו מספיק ספקים שמתחילים להשתמש ב-AM, התעשייה תהיה מסוגלת להפיק יתרונות רבים יותר מ-AM מנקודת המבט של מחזור חיי מוצר”, אומר סמית. בסוף 2015 דיווחה חברת הייעוץ דלויט, שרק מספר קטן של ספקי Tier1 ו-Tier2 ארגנו באופן פרואקטיבי את יכולות הייצור שלהם, כך שיהיו מסוגלות למנף AM עבור יישומים בזרם המרכזי. זה לא מפתיע בהתחשב בגישה השמרנית של חברות בנוגע ללקיחת סיכונים. גמבל מדגישה כי פראט אנד וויטני מעודדת ספקים להשתמש ב-AM, ומציינת: “אנחנו רואים שהם מאמצים AM ברצון”.
גם אם מספרם של משתמשי AM אינו גבוה עתה, דבר אחד בטוח: מנהלים יצטרכו לקבוע האם הם יכולים להרשות לעצמם לחכות שטכנולוגיה זאת המתפתחת במהירות, תגיע לבשלות לפני שישקיעו בה, או האם הסיכון של המתנה הינו גדול מדי. יהיו להם תשובות שונות בנושא, אך עתה הוא הזמן לחשיבה אסטרטגית. מנהלים חכמים לא מחכים לפיענוח כל הלא ידוע. תחשיב סיכון/תגמול שלהם אומר להם כי AM ישנה את הדרך בה מוצרים מתוכננים, מיוצרים, נרכשים ומסופקים, כך שהם משלבים AM לתוך פעילויותיהם.
ככל שיותר חברות ילכו בדרך זאת, הן יעמדו בפני אפשרות הצורך לשנות את כל המודלים העסקים הנוכחיים שלהן, משום שאלה עלולים לא להתאים לציפיות לקוחותיהם או להזדמנויות העסקיות אותן AM יספק כמעט בוודאות, כולל היכולת להשתמש ב-AM כגורם בידול תחרותי. לדוגמא, ספקים צריכים לשאול איך ההיצע שלהם יוכל להשתפר, בין אם בעצמם או ע”י מתחרים. ייצור של חלק בהוספה של שכבה על גבי שכבה, על פי תכנית דיגיטלית המוטענת למדפסת מבוקרת מחשב, מאפשר התאמה ללא מגבלות ותכנונים קלי משקל ומורכבים יותר.
חסכון נוסף
חסכון נוסף בעלויות מלאי, הובלה ומתקנים מחזק את הטיעון לטובת AM. “דמיינו שאתם יכולים להגדיר מוצר באופן דיגיטלי”, אומר אלן מולאיי, מי שעמד בראש תחום המטוסים המסחריים בבואינג, ולאחר מכן היה נשיא ומנכ”ל פורד. “כך שבמקום שיהיו לכם מחסנים עמוסים במלאים או חלקים שיתכן כי תזדקקו להם, אתם מייצרים את החלק כשאתם צריכים אותו. הדפסת 3D באמת הולכת ליצור הבדל גדול בהתקדמות במונחי פרודוקטיביות והמלאי הכולל שאותו אתם מממנים”.
פרשנים אומרים כי חברות רבות שוקלות את השימוש בטכנולוגיה זאת כדי לבצע ניתוח פיננסי של הזדמנויות להכניס ציוד ותכנוני AM היכן שאלה יכולים להפחית עלויות או להוסיף ערך. עם זאת רווח גדול יותר יגיע, כאשר הן ירחיבו את הניתוחים שלהם וישקלו עלויות מחזור חיים מלא, כולל תקורות. גבולות מסורתיים יטושטשו, מה שאומר שמנהלים יצטרכו להבין טוב יותר את תפקיד החברה שלהם בשווקי הליבה שלה, כדי להחליט איזה משאבים ישקיעו ב-AM. ככל שהטכנולוגיה ומדע החומרים עבור AM מתפתחים, כמעט וודאי שהיישומים יתפתחו גם הם.
