מתכת עם כל דבר

אם מישהו חשב שההדפסה בתלת מימד היא רק טרנד חולף, המתבסס ברובו על מכונות ביתיות שיודעות להדפיס בעיקר גאדג’טים קטנים, הרי שהמציאות מוכיחה כי מדובר בטכנולוגיה שתשפיע על אינספור מגזרי תעשייה מסורתיים ותוביל למהפכה שתקיף את כל המערך היצרני, מהמפעלים הקטנים ועד חברות העל הגלובליות. וכמו תמיד, מי שיידע לקפוץ על הקטר בזמן, יהיה זה שיוביל את כל החבורה

אם עד לא מזמן נתפסה הדפסה בתלת מימד (

תמונה 1: המדפסת של חברת XJet הישראלית. הדפסת מתכת בטכנולוגיית ננו

3DP) בעיקר כטכנולוגיית “פנאי” המשמשת יצרנים ביתיים קטנים להדפסת תכשיטים, צעצועים או גאדג’טים קטנים, הרי שעם התרחבות רשימת החומרים והטכנולוגיות המשמשות להדפסה, התעשייה המסורתית כבר החלה להבין את הפוטנציאל הטכני והכלכלי העצום הגלום בהדפסת תלת מימד. כיום, הדפסה תלת מימדית משמשת להדפסה של מנעד רחב של תוצרים – מחלקים למנוע סילון ומכוניות פורמולה 1, דרך גשרים על תעלות באמסטרדם ועד כלי נשק ושיניים. מדובר בתחילתה של מהפיכה בייצור, שתקיף את כל המערך היצרני, מהמפעלים הקטנים ועד חברות העל הגלובליות. על פי ההערכות השמרניות ביותר, שוק ההדפסה בתלת מימד יגיע עד שנת 2020 להיקף של 15 מיליארד דולר, עלייה משמעותית משוק של 2.2 מיליארד דולר בשנת 2012. על פי דו״ח חברת המחקר Wohlers, היקף השוק בשנת 2017 הגיע כבר ללמעלה מ-5 מיליארד דולר, , מה שאומר שבהחלט ייתכן שההערכות זהירות מדי. למקבלי ההחלטות כבר ברור כיום שלא מדובר בטרנד חולף, המתבסס ברובו על מכונות ביתיות שיודעות להדפיס מעמדים לאייפון, או בובות בדמות המדפיס, אלא בטכנולוגיה שתשפיע על אינספור מגזרי תעשייה מסורתיים.

מי דמיין אי פעם עידן בו הייצור יכול להתבצע ללא מפעלים? מאז שחר המהפכה התעשייתית, ״ייצור״ היה שווה ערך למפעלים, למכונות גדולות, פסי ייצור או קווי הרכבה. אבל כיום, אנחנו כבר רואים כיצד ההדפסה בתלת מימד מתחילה לאט להטביע את חותמה. היצרנים מתחילים להפנים את הרעיון שהשינוי יכלול לא רק את הדרך בה מייצרים את המוצר הסופי, אלא יביא עימו אינספור מוצרים חדשים ומסעירים, זולים, חזקים, קלים ולעתים קרובות, מותאמים אישית למשתמש הקצה. בהווה בו מדפסות תלת מימד כבר יכולות להדפיס לא רק בפלסטיק, אלא בבטון, מתכת, חומרים קרמיים ותאים אנושיים, נראה שהאנשים שמאחורי עסקים יצרניים, מפעלים ובתי חרושת, קטנים כגדולים, צריכים להתחיל ולהיערך בהתאם, או להישאר מאחור.

חברת המחקר הגלובלית PwC שיצאה לבחון את ההיערכות של 100 חברות תעשייתיות יצרניות, לעידן החדש, גילתה כי בשני שליש מהחברות מתבצעים ביום מהלכים להטמעת טכנולוגיית הדפסה בתלת מימד בעסק. ״יש סימנים ברורים לכך שמדובר בטכנולוגיה שעוברת במהירות מהשוליים לזרם המרכזי״, אומרים בחברה. על פי הבדיקה שערכו בשטח, חברות המשקיעות בחומרת 3DP ובאנשים שיידעו להפעיל אותה, מגלות שקצב השקת המוצרים החדשים עלה אצלן וכי יש יתרון תחרותי גדול ביצירה של מה שנקרא ׳הרצות קצרות׳ (היכולת להפיק מספר מצומצם של מוצרים בהתאמה אישית). ״מעבר לכך, יש גם שינוי הצפוי בשרשרת האספקה״, מעריכים ב-PwC. ״הרבה יותר פשוט לשנע קבצי מחשב עם תוכניות של מוצרים להפקה, מקצה אחד של העולם לקצהו השני, ל׳חוות הדפסה׳ גדולות, מאשר להניע מכולות מלאות ציוד באוניות”. בכ- 70 אחוז מהחברות היצרניות שנדגמו בסקר, מאמינים שבחמש השנים הקרובות, 3DP  יהיה אחראי להפקה של לא מעט מוצרי קצה, כשבדרך הם מעריכים כי ייחסכו הרבה מאוד חומרי גלם, שעות כח אדם ועלויות שינוע, בהשוואה לתעשייה המסורתית של היום.

האבא של המוצר

אחד התחומים שבו מקומה של ה-

תמונה 2: עזרי השמיעה של widex מודפסים בחלקם בתלת מימד

3DP כבר מבוסס היטב הוא תחום יצירת אבות הטיפוס. זהו כיוון שאינו חדש ליצרנים והוא מאפשר להם לעקוף תהליכים מסורתיים של בניית מודלים, חוסך זמן ונותן זריקת מרץ לתהליך ההכנסה של מוצרים חדשים לשוק. למעשה, סקר PwC מגלה כי זהו אחד התחומים שכבר אומצו בקנה מידה רחב יותר על ידי התעשייה המסורתית: כ-25 אחוז מהיצרנים משתמשים כיום ב-3DP להפקת אבות טיפוס של מוצרים שונים לעומת אחוזים בודדים שגם מדפיסים את המוצר הסופי במדפסות תלת מימד.

כבר היום 3DP הוא חלק בלתי נפרד מתהליך היצור של כמה מהיצרנים הגדולים בעולם. כך לדוגמה, GE מפעילה כיום רשת של 600 מהנדסים העוסקים בתחום טכנולוגיית ה-3DP. על פי הערכות החברה, כיום לכעשרה אחוזים ממוצריה יש ׳נגיעה׳ בהדפסת תלת מימד ועד 2020 המספר יגדל למעל מ-50 אחוז. בחברת הרכב פורד, מייצרים כיום בטכנולוגית תלת מימד את אבות הטיפוס של כמה ממכלולי הרכב – כולל ייצור כמה מראשי הצילינדרים – אביזרים מורכבים שקשה ביותר לייצר להם תבניות ליציקה. לדברי פורד, מדובר במהלך שחסך להם חודשים של עבודה בכח אדם יקר. קבוצת הרכב BMW משתמשת בטכנולוגיה באינספור תחומים, החל ככלי ארגונומי בהליכי ההרכבה של המכוניות, המגן על עובדים מפני מאמץ של מפרקי האגודלים, ועד חלקי משאבות מים במכוניות המרוץ היוקרתיות DTM  הכוללים חלקי אלומיניום.

אתגר המעבר לייצור

ואכן, המהלך המשמעותי של תחום ה-3DP כיום הוא המעבר מייצור מודלים ואבות טיפוס לייצור של מוצרים של ממש. הסיבות למעבר לייצור עצמו די ברורות: חסכון ניכר בחומרי הגלם ואפשרות לייצור אובייקטים שלא ניתן לייצר בשיטות רגילות. בנוסף, ההליך מאפשר להוסיף חוזק, להוריד משקל ולמקסם פונקציונליות. על פי יצרנית מדפסות התלת מימד הגדולה בעולם, חברת סטרטסיס, מרבית  המכירות שלה כיום היא ליצרנים המשתמשים במדפסת למוצרים ׳סופיים׳ – דוגמת המוצר עצמו או תבניות ליצירה.

אחד התחומים הבולטים ביישום טכנולוגיית ההדפסה בתלת מימד הוא תחום הרפואה והמכשור הרפואי, שם נעשה שימשו אינטנסיבי ב-

תמונה 3: בחברת הענק GE כבר מדפיסים
חלקי מנועי סילון במתכת

3DP להדפסת מסתמים ללב, פרוטזות מתקדמות ואף רקמות חיות. חברת Widex ההולנדית, לדוגמה, מדפיסה עזרי שמיעה בהדפסת תלת מימד מזה שנים. על פי דיווחיה, למעלה מ-10 מיליון משתמשים כיום בעולם כבר עברו סריקה של תעלת האוזן שלהם והותאמה להם אישית מערכת שמיעה.

בתחום השיניים, ובשילוב של סריקות תלת מימד, מעבדות שיניים ברחבי העולם יכולות כיום להדפיס בדיוק רב כתרים, גשרים ומגוון מוצרים אורתודנטיים, במהירות ובקלות. שילוב בהדפסה של חומרים הידידותיים לגוף האדם, מאפשרים כיום לייצר מגוון מוצרי קצה המחליפים לא פעם חלקי גוף

מהפיכה אמיתית

אבל אולי אחת הבשורות החשובות ביותר בתחום הדפסת תלת המימד, והיא זו שאפשרה לכניסתה לזירת הייצור להיות מהפכה אמיתית היא האפשרות להדפיס במתכות. אם עד עתה היה יתרונה המובהק של טכנולוגיית ה- 3DP ביצור אבות טיפוס וחלקים מורכבים בכמויות קטנות, הרי שאם התאפשרות ההדפסה במתכות נחשף שוק הייצור כולו לפוטנציאל העצום שלה. חלקי מתכת שבעבר דרשו הרכבה של מספר רב של חלקים, או יצירת תבנית מורכבת יכולים כעת להיות מודפסים ישירות בהתערבות אנוש מינימאלית ובדיוק מקסימאלי. ככל שהטכנולוגיות השונות להדפסה תלת מימדית הולכות ומתפתחות, ימצאו לה יותר ויותר שימושים בתעשיית הייצור.

אצלנו ב-XJet  פיתחנו טכנולוגיה ייחודית (NanoParticle Jetting) שלהערכתנו עשויה לשנות את תחום הייצור. מדובר בטכנולוגיה המשתמשת בננו-חלקיקים של מתכת ו/או חומר קרמי בתרחיף נוזלי, לצורך ייצור מוצרים תלת מימדיים (בניגוד למתחרים העובדים על בסיס “הלחמה” של אבקה). הטכנולוגיה מהווה פריצת דרך בהדפסה תלת מימדית במתכת ובקרמיקה, ומאפשרת ייצור מדויק ומלא בפרטים של חלקים מורכבים מאוד בהשוואה לטכנולוגיות הקיימות. בנוסף להזרקה של חומר ההדפסה (מתכת, או קרמיקה) המערכת מדפיסה גם חומר תמיכה – חומר שנשטף לאחר סיום ההדפסה בקלות. הצורך בתמיכות הוא מהותי בהדפסה תלת מימדית. בכל הטכנולוגיות האחרות להדפסה במתכת ו/או בקרמיקה התמיכות נוצרות מאותו החומר ממש, ולכן הסרתן בסיום תהליך ההדפסה היא מסורבלת וצורכת משאבים רבים. פעמים רבות, ישנן גיאומטריות שלא ניתן להדפיס, משום שלאחר מכן לא ניתן יהיה להסיר את התמיכות הנדרשות כי אין גישה אליהן – כמו למשל לייצר חרירים קטנים מאוד. משום שחומר התמיכה של XJet מתמוסס, ניתן להדפיס את אותן גיאומטריות מורכבות ובלתי אפשריות.

היכולת להדפיס בדיוק רב וביעילות גיאומטריות מורכבות, הופך את הפתרונות של XJet לאידיאליים עבור תעשיית הרכב, רפואה/רפואת שינים, כלים, חלל ורובוטיקה, בהם יש צורך בחלקים מורכבים וייחודיים.  הצורך יכול להיות לעתים בייצור של חלקים בסדרות קטנות, אך גם יכול להיות תוצאה של צורך בחלק בודד (לא ניתן לייצור בתבנית), ובנוסף, יכול להיות תוצאה של צורך בחלק מאוד מאוד מורכב, למשל, על מנת לשפר יחס של חוזק חומר למשקל.

. בניגוד לעבר, כשלחברות בתעשייה לא היה כל כך ברור מה ניתן לעשות בהדפסות תלת מימד, כיום אנו פוגשים לא מעט חברות שיודעות בדיוק מה הן צריכות ומה הן רוצות לעשות עם הטכנולוגיה והן צריכות מערכת כמו שלנו שמחד היא פשוטה ובטוחה להפעלה ומאידך יש לה יכולת הדפסה של גופים מורכבים.

דו”ח מקיף של Wohlers מראה שתחום ההדפסה התלת ממדי במתכת גדל בשנה שעברה בקצב שנתי של 80%. אנחנו מעריכים המשך צמיחה דומה בעתיד. ההדפסה בתלת ממד במתכת אומצה על ידי מספר רב של חברות פורצ’ן 100 ובכוונתן להגדיל את היקפי היישומים (בעיקר בתחום התעופה, הרכב והרפואה) בצורה משמעותית עם המעבר לייצור של סדרות קצרות במדפסות תלת מימד.

מבט לעתיד

הצרכנים של היום רוצים יותר. גישת המוצר האחד המתאים לכולם והמוצרים היורדים במאות אלפיהם מפסי הייצור במזרח אסיה כבר לא מושכת אותם. היצרנים כבר החלו לפתח את הרגישות הזאת לצורך של הצרכן במוצר מותאם אישית, וכבר היום אנחנו רואים את התמורה בכל תחומי הייצור. החל מנעליים הניתנות לעיצוב אישי, דרך הדפסת מדרסים ושתלים קטנים ואפילו עד הסמארטפון שלנו שלומד את הרגלי השימוש שלנו ומתאים את עצמו אלינו. האקלים הצרכני הנוכחי בשילוב עם היכולות ההולכות ומשתכללות של שוק הייצור לספק מוצרים מותאמים אישית, מסמנים כנראה את מהפכת הייצור הבאה – מוצרים חכמים.

השילוב של הליכי יצור יעילים, מהירים ומותאמים אישית שמספקת טכנולוגית

תמונה 4: חברת הרכב פורד עושה
«
שימוש במדפסת ה- Infinite של סטרטסיס
כדי להדפיס חלקי מכונות גדולים

3DP וכוחות מחשוב חזקים וזמינים מאפשרים ליצרנים לייצר מוצרים שהולכים ומתאימים את עצמם לתפקיד שעליהם לבצע. בחסות טכנולוגיית תלת המימד והתקשורת האלחוטית – האפשרויות הן אינסופיות. עתיד הייצור צועד לעבר מוצרים מצוידים בחיישנים שיוכלו לשלוח פידבק בזמן אמת מהצרכנים למחשבי העל האחראיים על חוות הדפסת תלת המימד. הפידבק יעובד על ידי המחשב ויתורגם לשינויים והתאמות למוצר בזמן אמת.

התהליך כולו לא יקרה בן לילה, אבל, נראה שהמשולש הקדוש: מהירות הדפסה, טכנולוגיות הדפסה חדשניות במיוחד וחומרי הדפסה חדשים, ש׳התיישר׳ על קו אחד, יכול בהחלט לדחוף את כל התעשייה קדימה. כבר כיום ניתן לקבל מוצרי קצה קלים, מורכבים וחזקים במיוחד שבעבר לא ניתן היה לייצר כמותם ובמספר תעשיות, דוגמת הרכב, התעופה והחלל והרפואה, כבר מתחילים לחשוב ברצינות על הצעדים הבאים. אם מוסיפים ל׳חבילה׳ את כוח המחשוב, הכמעט אינסופי בענן, את קישוריות ה-IoT, את הביג דאטה ואת הרובוטים מהדור החדש עמוסי החיישנים, ברור שאנו בפתחו של עידן חדש, עידן התעשייה 4.0. עידן שבו מפעלי על ינהלו את עצמם, יסתגלו ויעבדו סביב השעון, כשבליבם פועם מנוע ההדפסה בתלת מימד.