כשמדובר בהדפסה תלת ממדית עולם האלקטרוניקה נמצא כיום בתחילת הדרך, אבל הוא מתקדם במהירות. מרחפנים ולוויינים, עד מחשבים נישאים וטלפונים חכמים, השפעתם של מוצרים טכנולוגיים על חיינו הולכת וגוברת, ותפקוד מוצלח של המוצרים הללו, תלוי לא מעט ברכיבים אלקטרוניים, כמו: מעגלים מודפסים, אנטנות, חיישנים ועוד.
ההדפסה התלת ממדית מגדירה מחדש את הדרך בה ניתן לתכנן את הרכיבים הללו. היא מאפשרת פיתוח מהיר יותר של מוצרים, לצד גמישות תכנונית גדולה, בעיקר בתחום המעגלים המודפסים הרב שכבתיי
Nano Dimension שבסיסה בישראל, מובילה את תחום ההדפסה התלת ממדית של רכיבים ומעגלים אלקטרוניים. החברה, שנוסדה בשנת 2012, פיתחה טכנולוגיה ייחודית – DragonFly Pro System המסוגלת להדפיס באופן סימולטאני מתכות ופולימרים מבודדים, ומאפשרת ייצור של אבי טיפוס, במהירות גבוהה ובעלויות נמוכות.
שוחחנו עם עמית דרור מנכ”ל החברה ואחד המייסדים של Nano Dimension, אודות צמיחת תחום הדפסות התלת מימד בעולם האלקטרוניקה והדרך אותה סוללת החברה עבור האפליקציה הייחודית הזו.
ספר לנו קצת על Nano Dimension
Nano Dimension מציעה טכנולוגיה ייחודית להדפסה תלת ממדית, עבור תחום האלקטרוניקה. עד היום, מהנדסי אלקטרוניקה לא יכלו לבדוק את הרעיונות שלהם באמצעות הדפסות תלת מימד. בנוסף, האפשרות להדפיס מעגלים אלקטרוניים בתלת מימד משחררת את המפתחים מהצורך להיעזר בספקים חיצוניים. הפתרון שלנו מציע את החופש, הגמישות, הביטחון ושאר היתרונות של ההדפסה התלת ממדית, שמוכרים מההקשרים המכאניים, גם בתחום האלקטרוניקה.
עמית דרור מנכ”ל ננו דיימנשן
אילו ערכים חדשים מציעה המערכת שלכם?
תאר לעצמך שאתה מהנדס אלקטרוניקה שצריך לתכנן מעגל מודפס עבור מוצר חדש. הדבר הראשון שתעשה זה לברר מה צריך לעבוד במוצר, ומהם הרכיבים והחיישנים הדרושים לכך. זוהי, באופן בסיסי, הדרך לתכנון מעגל מודפס, שמתבצעת באמצעות מערכת EDA (Electronic Design Automation)- בעיקרון סביר שתשתמש במערכת תכנון מתוחכמת ולעיתים קרובות תבצע לא מעט סימולציות לפני שתשלח את התוכניות לייצור על ידי חברה חיצונית.
מה שאנחנו מאפשרים למהנדסי אלקטרוניקה לעשות, הוא במקום להוציא הזמנת עבודה ליצרן חיצוני ולחכות למוצר לפעמים גם כמה שבועות, לעצב ולהדפיס בתלת מימד מעגל פיזי, לבדוק אותו, להבטיח שהוא תוכנן כראוי, ולעלות על טעויות, השמטות או נקודות הדורשות שיפור.
בעזרת הטכנולוגיה שלנו, אפשר להגיע מרעיון ועד להדפסה תוך מספר שעות. היו לנו לקוחות שהצליחו לדחוס שישה שבועות עבודה ליום אחד, הודות לכך שהם יכולים להדפיס מעגלים במקום ולבדוק אותם בעצמם.
כשאנחנו משחררים חברות מהצורך במתווכים כדי לייצר אבי טיפוס, אנחנו מאפשרים להן להעיז יותר במהלך התכנון. מהנדסים יכולים לבחון יותר רעיונות בתדירות גבוהה יותר, ובביטחון. היכולת לפתח במהירות ובעלויות נמוכות, מפחיתה את מחיר הטעויות ובכך מפחיתה גם את החשש מהתנסות בתפיסות חדשניות. אחת הסיבות לכך שחברות רבות העוסקות בתחומים צבאיים מתעניינות בנו, היא שבמקרים רבים הן לא יכולות להוציא כל עבודה לכל ספק. חברות אלה צריכות לשקול לעומק לפני שהן מוציאות עבודה החוצה ולפעמים הן לא מורשות לעשות את זה.
הטכנולוגיה שלנו מאפשרת לעשות בעולם האלקטרוניקה, חלק גדול ממה שהדפסות תלת מימד מסורתיות מאפשרות לעשות בעולמות המכאניים.
אילו יתרונות נוספים אתם מציעים לעולם האלקטרוניקה?
הדפסות תלת מימד מאפשרות לעצב צורות וגיאומטריות שאינן אפשריות באף דרך אחרת. עבור מהנדסי אלקטרוניקה, שרגילים לעבוד בסביבה בינארית, הדפסה של מעגל רב שכבתי, היא לא פחות ממדהימה.
תחום האלקטרוניקה פחות סלחן מאשר התחום המכאני בו ניתן לפתור בעיה בדרכים שונות, בכפוף לכמות קטנה יחסית של אילוצים. מהנדסי אלקטרוניקה לא נהנים מיותר מדי חופש. האפשרויות שלהם מוגדרות בדייקנות על ידי תהליכי הייצור הקיימים, והרכיבים הדרושים, לכן בכל מה שקשור לתכנון וייצור, הם מוצאים את עצמם כבולים.
הדפסות תלת מימד מציעות המון אפשרויות תכנון חדשות למהנדסי אלקטרוניקה, ומצמצמות משמעותית את המגבלות. עד היום, אנשים לא העלו על דעתם לתכנן אחרת, בגלל שהם לא היו מסוגלים לייצר אחרת.
הגישה שלנו היא דו-ראשית: מצד אחד אנחנו רוצים לתת לאנשים אפשרות לייצר את המעגלים המסורתיים ואת רכיבי ה- RF אותם הם מייצרים היום, בדרך יעילה ועצמאית יותר. מצד שני אנחנו רוצים לאפשר לאנשים להתחיל לעשות דברים אחרים ולא רק לעשות דברים אחרת. זה החזון שלנו, לשנות את תהליכי הייצור ולהפוך אותם למשהו שיכול לקרות בתחומי החברה, עם הרבה יותר חופש תכנוני וייצורי.
מהם האתגרים שמציבה הדפסה תלת ממדית של רכיבים אלקטרוניים?
אנחנו מדפיסים מתכות ופולימרים באותו זמן לכן, זהו תהליך מאוד מורכב. מתכות מודפסות היטב בטמפרטורות גבוהות, וכדי להדפיס אותן צריך לעמוד במערכת דרישות שונה לחלוטין מזו של הדפסת פולימרים. המשמעות מבחינתנו היא כמות גדולה של אתגרים בנוגע לחומרים, תהליכים ורזולוציות, כאשר אנחנו מנסים לגרום למתכות ופולימרים להסתדר אחד עם השני – דבר שהם לא עושים באופן טבעי.
המדפסת DRAGONFLYPRO
מהו מעמדן הנוכחי של הדפסות תלת מימד בתחום האלקטרוניקה?
הדפסות התלת ממדיות של רכיבים ומעגלים אלקטרוניים הן תחום חדש, שמעט מאוד חברות עוסקות בו כיום, אבל אנחנו רואים איך הוא מתפתח בדומה לדרך בה התפתח תחום הדפסות התלת מימד המסורתיות. החברות שמאמצות אותו ראשונות הן במקרים רבים אותן חברות שלא חששו להתנסות ראשונות בהדפסות תלת מימד, לפני כעשור.
התעשיות שאימצו ראשונות את ההדפסות התלת ממדיות הן התעשיות שמתקדמות עכשיו אל ההדפסות של הרכיבים האלקטרוניים. ארגונים בתחומי התעופה והחלל, ההגנה המחקר והפיתוח הם הראשונים לאמץ את המערכות שלנו. מדובר בטכנולוגיה חדשה ומרגשת ורוב החברות שרואות קדימה ומשקיעות במחקר ופיתוח, מאמצות אותה.
איך תשפיע הטכנולוגיה החדשה על התפתחות האלקטרוניקה בשנים הקרובות?
הסביבה ממש מרגשת. אנחנו רואים איך העולם המכאני והעולם האלקטרוני מתקרבים זה לזה יותר מאי פעם. חלק מרכזי במסע הוא מערכות לתכנון מכאני כמו Autodesk, Solid Edge ו-SolidWork. רוב יצרני המערכות הללו מתקדמים למצב בו הם יציעו גם מערכות לתכנון אלקטרוני. מערכות שיאפשרו למהנדסים לתכנן רכיבים אלקטרוניים וחלקים מכאניים בדרך אינטגרטיבית יותר.
אם אנחנו חושבים על סוגי המוצרים שנראה בעתיד, אני מניח שנראה יותר ויותר תכנונים שמשלבים באלגנטיות בין דרישות מכאניות לדרישות הנובעות מפונקציונאלית אלקטרונית. תקשורת או חישוביות למשל.
בטלפונים הגמישים לדוגמא, אנחנו רואים שהתכונות המכאניות מתפתחות במהירות. משמעות הדבר היא שהיכולות האלקטרוניות צריכות להתפתח לצידן. בוא נסתכל על תחום המוצרים הלבישים – לא קל לשלב בהם רכיבים אלקטרוניים, ורבים מהמוצרים הלבישים שמוצעים כיום, רחוקים מלהיות אופטימאליים בכל מה שנוגע לתכנון המעגלים המודפסים המשולבים בהם.
כך בין אם מדובר במוצרים לבישים ובין אם במוצרים אחרים, העולם המכאני והעולם האלקטרוני הולכים ומתקרבים זה לזה, ונדרשים לבצע יותר ויותר פעולות זה לצד זה. בסופו של דבר הם יצטרכו להתאים את עצמם למטרות ולצרכים של הלקוחות והמשתמשים. מגמת ה- IoT מציבה גם היא דרישות חדשות למפתחים, שנדרשים להתאים רכיבים אלקטרוניים לחלקים שעד היום נחשבו ל-‘טיפשים’.
בטווח הארוך, אנחנו מאמינים שמדפסות תלת ממד ידפיסו יותר ויותר מוצרים סופיים, כולל כאלה שמיוצרים כיום בנפרד על ידי מכונות שונות. הן יכסו את הפן האלקטרוני, הפן המכאני, ההרכבה ואפילו האסתטיקה, על ידי אותן מכונות, שיפיקו מוצרים מורכבים וגמישים במיוחד.
בטווח הקצר אנחנו מאמינים שהתחום יתפתח בדומה לתחום ההדפסה התלת ממדית. בעשור האחרון, אנשים דיברו בעיקר על הדפסה של אבי טיפוס ורק חברות מעטות אימצו את ההדפסה התלת ממדית כטכנולוגית ייצור. ההדפסה התלת ממדית הייתה נגישה בעיקר באמצעות לשכות שירות.
הדפסת רכיבים אלקטרוניים נמצאת כיום במקום דומה – פחות או יותר היכן שהדפסת התלת מימד המסורתית נמצאה לפני חמש שנים. אבל אנחנו נדביק את הפער במהירות הודות למודעות הגוברת: מהנדסי אלקטרוניקה לא מגיעים להדפסות תלת ממדיות כשהם חסרי ידע לחלוטין. הם ראו מה עומד לרשות העמיתים שלהם בתחום המכאני, וראו מה הם מסוגלים לעשות. אנחנו נראה את הטכנולוגיה שלנו הופכת לפתרון מעשי מהר יותר מאשר ההדפסות התלת ממדיות המסורתיות.
כיום, מדובר בעיקר בהדפסה מהירה של אבות טיפוס, אבל סביר שבעוד מספר שנים נוכל לראות הדפסה סדרתית של רכיבים ומעגלים אלקטרוניים. זה יקרה, בין השאר, בגלל שכמעט כל מה שמיוצר כיום כולל רכיבים כאלה: מכוניות, מחשבים אישיים, בתים, טלפונים, ועכשיו הודות להתקדמות של ה- IoT, כולם ידברו עם כולם. רוב המוצרים יהיו אלקטרוניים בדרך כזאת או אחרת, לכן הם יצטרכו להיות בעלי יכולות תקשורת ואפילו יכולות חישוביות בהיקף מסוים.
המגמות הללו מובילות את תחום האלקטרוניקה לעולמות שהוא לא היה בהם מעולם: מזון, אריזות, מכוניות, התקנים רפואיים כמו שתלים ועוד. כל המוצרים הללו עומדים להשתנות, ולהעלות את הדרישה לשיטות ייצור טובות יותר עבור רכיבים קטנים יותר, מורכבים יותר ופונקציונאליים יותר.
אנטנה מודפסת של חברת HARRIS COPRPORATION
עם אילו תעשיות אתם עובדים כיום?
התעשיות העיקריות הן ביטחון, תעופה וחלל, וייצור של אנטנות הן דוגמא מצוינת. בהדפסות תלת מימד של רכיבים אלקטרוניים, ניתן ליצור מעגלים מודפסים, אנטנות וחלקים נוספים שהם גם אלקטרוניים וגם מבניים, אבל אנטנות הן יצורים מעט מסתוריים. כאשר מתכננים אותן, אי אפשר לדעת בדיוק אין הן יעבדו. זה דורש מהמתכננים הרבה מאוד בדיקות, ניסויים וטעיות לפני שהם יודעים שהם הגיעו לתוצאות הטובות ביותר.
לאחרונה עבדנו עם חברת Harris Corporation בה הצלחנו להגיע לפריצת דרך מרגשת. החברה רצתה ליישם את הטכנולוגיה שלנו בתחום האנטנות והבדיקות – זה לא היה התחום שהצענו להם, אבל הם עזרו לנו להבין שאנחנו מציעים פתרון יעיל במיוחד גם לחברות שמתמקדות בפיתוח אנטנות.
כמו כן, גילינו שאנטנות מודפסות בתלת מימד מתפקדות בדיוק כמו אנטנות שמיוצרות בשיטות המסורתיות. כך שזהו תחום אחד שרלוונטי במיוחד לתחומי התעופה וההגנה. תחומים שמתמקדים בייצור כמויות קטנות מאוד של מוצרים מורכבים מאוד, ומביאים את היתרונות של הטכנולוגיה שלנו לידי ביטוי.
עבור מי שמתעניין בייצור של מאות או מיליוני פריטים, הדפסה תלת ממדית היא עדיין לא הפתרון. לפחות לא עכשיו. היא ללא ספק פתרון עבור תחומים שבהם אין דרישה לייצור המוני, אלא לפתרונות אמינים שמסוגלים להתמודד עם אתגרים מורכבים.
מדוע תחומי ההגנה והתעופה משמעותיים כל כך? כי חברות בתחומי ההגנה צריכות לשמור על רמות גבוהות של סודיות. הן גם מוגבלות למספר הספקים החיצוניים איתם הן יכולות לעבוד ותהליך החשיפה מידע לחברות צד שלישי, הוא מסובך מאוד. בחברות מהסוג הזה אפשר למצוא שילוב בין דרישות אבטחה גבוהות וייצור בכמויות קטנות, שמאפיינים עבודה בסודיות מוחלטת על פרויקטים רבי ערך. וכאן ההדפסה התלת ממדית יכולה להמריא גם בצדדים המכאניים.
לאילו אתגרים צריך לצפות כשמדפיסים רכיבים בתלת ממד?
מי שרוצה להשתמש בטכנולוגיה שלנו כדי לייצר מעגלים מודפסים מסורתיים, מרובעים, מלבניים ושטוחים, יכול להשתמש בתוכנות תכנון אלקטרוני.
כשם בעולם התלת מימדי משתמשים בתוכנות CAD בעולם האלקטרוני ניתן להשתמש בתוכנות EDA. במידה ואתה משתמש בתוכנה הזו כדי לתכנן מעגל מודפס, התוכנה שלנו תתממשק לתוכנת התכנון שלך כדי לבצע הדפסה תלת ממדית. מדובר במהלך העבודה הרגיל, שמשתמש בפורמטים קיימים של קבצים ולא דורש מאף אחד לעשות משהו שהוא לא עשה בעבר.
האתגרים בתחום התוכנה מתחילים כאשר מסתכלים על מה שנקרא מעגלים רב ממדיים, או במילים אחרות: מעגלים שאינם שטוחים. לדוגמא, במקום שלוח המעגלים יהיה מלבני, הוא יכול להיות בצורת פירמידה או קובייה, כי הצורה הזו מתאימה יותר לחלל ספציפי.
כשמסתכלים על תכנון של מעגלים רב ממדיים שלא מסתמכים על העיצוב המסורתי, רואים עד כמה המהנדסים של היום הם מוגבלים. הם יכולים לתכנן אך ורק לוחות שטוחים, בגלל הדרך המסורתית בה הם מיוצרים. עיצוב של לוחות משופעים יכול להיות מאוד יעיל. כיום, אם מהנדס מעוניין לתכנן משהו שונה, משהו שמשוחרר ממגבלות, כמו מעגל רב שכבתי, יהיה עליו להשתמש בתוכנה לעיצוב מוצרים מכאניים, שמיועדת למהנדסי מכונות.
כיום, המדפסות שלנו מסוגלות להדפיס מעגלים רב ממדיים, אבל אין תוכנת EDA שמסוגלת לתכנן אותם. לכן אנחנו פונים לחברות כמו Siemens או Dassault Systèmes כדי לחבר בין עולם התכנון האלקטרוני לעולם התכנון המכאני. כמו כן, פיתחנו תוסף למערכת SolidWorks שמתחברת ישירות למערכת ההדפסה התלת ממדית שלנו.
זה דומה להדפסה תלת ממדית המכאנית. אם נחזור עשר שנים אחורה ונשאל אנשים באיזו תוכנת CAD הם השתמשו כדי לייצר חלקים צבעוניים, לא בטוח שהייתה להן תשובה. נכון, היו אז מדפסות שהיו מסוגלות להדפיס בצבע, אבל זה לא היה פשוט בכלל. בדומה לכך גם בעולם האלקטרוניקה. המדפסות כבר מדפיסות, אבל נצטרך להמתין עוד כמה שנים לפני שהתוכנות יגיעו למלוא הפוטנציאל שלהן.
ותוכנות התכנון משיגות את חומרה?
כן, בהחלט. במיוחד בתחום הרב מימדי. הגיאומטריה הרב ממדית החדשה דורשת תוכנות עיצוב חדשות שנמצאות בפיתוח.
במונחי הדפסה תלת ממדית, מה האתגרים המהותיים שעדיין עומדים בפני התעשייה?
הדפסה תלת ממדית עומדת בפני אתגר: לא להיכנע לגל השני של ההייפ. כולנו זוכרים את בועת התלת ממד הגדולה בסביבות 2010, שנופחה על ידי הייפ, ציפיות מוגזמות ותעשייה שנלכדה בסיפורים שהיא סיפרה לעצמה. מה שאנחנו רואים עכשיו זה סוג של הילוך חוזר עם אנשים שמשתמשים בביטוי additive manufacturing במקום הדפסות תלת ממד.
השאלה היא האם המערכות יספקו את הסחורה או שמדובר בעוד גל של הייפ? והאם הטכנולוגיה תמשיך להתפתח לכיוון הייצור הסדרתי?
הייצור בתלת ממד מתקדם אל עבר תפקיד משמעותי בייצור הסדרתי. נשאלת השאלה איזה תפקיד הוא יתפוס בתחום העסקי. בעבר הדפסה תלת ממדית הייתה כלי לייצור מהיר של אבי טיפוס, אבל כיום ייצור בתלת מימד הוא טכנולוגיה שניתנת לאימוץ כמו כל שיטת ייצור אחר. מה שאנחנו רואים זה סוג אחר של מערכות ייצור בתלת ממד, שמשתלב בקווי יצור מסורתיים. התפקיד הוא לעבור משלבי תכנון מוקדמים להשתלבות בקווי הייצור.
בנוסף תחום ההדפסה התלת ממדית זקוק לחומרי גלם נוספים. הדפסת תלת ממד, באופן תיאורטי, מאפשרת לייצר חלקים מורכבים ופונקציונאליים, בין אם הם מכאניים, ביולוגיים או אלקטרוניים. אבל כדי שזה יקרה, יש צורך במספיק סוגי חומרים. הפולימרים הולכים מתחזקים, יותר מתכות ניתנות כיום להדפסה ועבור הדפסות של רכיבים אלקטרוניים, חומרים מבודדים הם חיוניים במיוחד.
לצד חומרי הגלם, נשאלת גם שאלת התקנים. כדי שתעשייה תתבגר כמו שצריך, היא צריכה תקנים שיכובדו על ידי כולם. היא זקוקה לתהליכים מגודרים, כמו מעקב אחרי המוצרים ואבטחה של מידע. עבור התעשייה מדובר בפחות עיסוק בזוהר ובתהילה ויותר התעמקות בפרטים הבסיסיים שיהפכו את הטכנולוגיה לאפקטיבית יותר
אתה משוכנע שהטכנולוגיה לא תיכנע לגל השני של ההייפ?
התקווה שלי מבוססת על כך שחברות גדולות יותר מתחברות הפעם לטכנולוגיה, ואנחנו רואים אסטרטגיות אמיתיות במקום רק התרגשות. אני חושב שכן, יש מספיק חברות גדולות ומספיק אנשים מנוסים בתעשייה כיום, כדי שזה יקרה. זו הזדמנות טובה. לא נטולת אתגרים סיכונים, אבל אני חושב שההדפסה התלת ממדית תקיים את ההבטחה.
מה תציע למי שרוצה לאמץ את הטכנולוגיה אבל לא יודע איפה להתחיל?
לחברות חסרות ידע בנושא, אני ממליץ קודם כל להבין שלעבור לייצור מהסוג הזה הוא לא החלטה טריוויאלית. מדובר בעולם מורכב עם הרבה סוגי מדפסות, חומרי גלם ועוד, ולא כל טכנולוגיה שתבחנו היא בהכרח הנכונה.
אתם צריכים לדעת בדיוק מה אתם רוצים לעשות ולהיות מוכנים לעקומת למידה. לא פעם מהנדסים שמקבלים את המערכת לא בהכרח מבינים לעומק מה לעשות איתה. אנחנו ממליצים לאנשים ללמוד יותר, בשלב מוקדם אפשר להתחיל לעבוד עם לשכת שירות כדי להכיר את הטכנולוגיות השונות, ללמוד מה ניתן לעשות ולהבין איך טכנולוגיות שונות וחומרים שונים יכולים לספק את צרכי הארגון.
יש המון אפשרויות והכי טוב לחקור אותן באופן שיטתי ולהיות מוכנים ללמוד.
תכננו מראש, היעזרו בלשכות שירות הבינו את ההבדלים העצומים בין הגישות השונות. אין דבר כזה “הדפסה תלת ממדית” אלא רק אילו חומרים ואילו מכונות הם הטובים ביותר בשבילכם.
לבסוף מה מחכה לכם בשנת 2019?
אנחנו מקווים שהיא תהיה טובה כמו 2018. למרות שאני לא יכול להצביע על שום דבר ספציפי, אנחנו נמשיך להשיק את הטכנולוגיה שלנו כמו מה שעשינו בשנה שעברה. בסך הכול אנחנו מאוד בטוחים שהדפסת תלת ממד של מעגלים אלקטרוניים, תתקבל כמו הדפסת תלת ממד של רכיבים מכאניים ומקווים שאפילו יותר.
מי מעניק שירות ותמיכה למערכות שלכם בישראל?
היות והדפסת תלת מימד של מעגלים אלקטרוניים הינה תחום חלוצי, היה לנו חשוב שהשותף הישראלי שלנו, בנוסף ליכולות מוכחות בתחומי התמיכה והשירות, יהיה בעל גישה חלוצית. גוף שאינו חושש מטכנולוגיות חדשות. בסופו של תהליך המיון בחרנו
בחברת SU-PAD כנציגה שלנו בישראל. מדובר באחת הספקיות הוותיקות והמנוסות ביותר בתעשייה הישראלית בתחום התלת מימד. לשמחתינו העובדה שאנו מקומיים בשילוב עם הבחירה במפיץ מנוסה תוכל לעזור לנו לספק לשוק הישראלי את הפתרונות החדשניים ביותר הן בהיבט המוצר והשירות והן בהיבט היישומי.
