עתיד הדפסת תלת ממד: מעבר ל-2020

רבים לא מודעים לכך שהדפסת תלת ממד קיימת מאז סוף המאה העשרים, כשצ’רלס “צ’אק” האל המציא סטריאוליטוגרפיה בשנת 1984. עם זאת, כמעט אף אחד לא ידע על כך במשך שנים, מכיוון שהטכנולוגיה התחפרה מאחורי פטנטים רבים. כשפג תוקפם של פטנטים אלו, טכנולוגיית הדפסת התלת ממד הפכה ליותר נגישה  וקהילת ההדפסה התלת-ממדית של הצרכנים נולדה.

“מדפסות תלת הממד הולכות אחורה עד לאמצע שנות השמונים, אז הייצור שלהן נעשה בגראז׳”, מסביר רז דרבי, מנכ״ל חברת מפעיל, המשווקת פתרונות טכנולוגיים להדפסה בתלת ממד. ״בשנת 2007 הייתה קפיצת מדרגה בטכנולוגיה שקידמה את הייצור, ויצרה התעניינות בינלאומית בתחום. באותה שנה, מחיר של מדפסת בסיסית עמד על כ- 10,000 דולר. כיום מחיר מדפסת, עם אותן היכולות, עומד על פחות מ-10,000 ₪”.

קשה לכתוב על הדפסת תלת-ממד בלי ליפול לקלישאות הרגילות שמאפיינות כתיבה על נושאים טכנולוגיים מן הסוג הזה. קשה להימנע מכותרת כמו “המהפכה התעשייתית הבאה” או “עתיד הייצור כבר כאן”, ובכל זאת, אי-אפשר להתעלם מהשלכותיה של אופציית ההדפסה התלת-ממדית שהפכה בשנים האחרונות, ובמיוחד בחצי שנה האחרונה בעקבות מגפת הקורונה, לנושא חם ביותר על מפת הטכנולוגיה, הכלכלה ואולי גם תרבות הצריכה העולמית.

הדפסת תלת ממד היא אחת הטכנולוגיות המתפתחות והמוטמעות ביותר לייצור וליישומים אחרים על ידי תעשיות שונות. על פי מחקר של חברת Report Linker, עד שנת 2027 תעשיית התלת ממד העולמית צפויה להגיע ל- 46 מיליארד דולר. הדפסת תלת-ממד מתאפשרת בזכות שילוב של מרכיבי תוכנה, חומרה, וידע ממגוון תחומים. מעורבים בה תהליכים ושיטות מעולם הכימיה, כימיקלים חדשניים, סדרות של תגובות מורכבות מעולם האינטראקציה בין קרינה לחומר, ואפילו ידע מקיף בתחום המיפוי והתרגום של מוצרים לקוד מכונה.

תעשיות ותחומים רבים לרבות בריאות, רכב, תעופה וחינוך הושפעו רבות מבחינה עסקית בעקבות השילוב של הדפסת תלת ממד בתהליכי הייצור שלהם. ”אחד היתרונות הרבים של הדפסת תלת ממד הוא החוסר תלות של חברות בספקים חיצוניים” כך אומר אנדרס אידסס, מנהל תחום התלת ממד בחברת מפעיל, “במיוחד במקרים של משבר כמו עכשיו משבר הקורונה, בו השמיים נסגרו וכתוצאה מכך נעצרה שרשרת האספקה וחברות רבות נאלצו לעצור קוויי ייצור”. במקרים כאלו, הדפסת תלת ממד הינה הפתרון שמעביר את השליטה לייצור מקומי. דוגמא טובה לכך היא הדפסת מסכות ההגנה והחלקים של מכונות ההנשמה בשיא משבר הקורונה שהודפסו ברחבי העולם על ידי אנשים פרטיים עם מדפסות כמו גם ארגונים שנרתמו למטרה.

“דמוקרטיזציה” של ייצור

ההתפתחות של הדפסת תלת ממד מאוד דומה להתפתחות האינטרנט, במיוחד מבחינת ההשפעה. בסוף שנות התשעים, אנשים חשבו שהאינטרנט הוא רק דבר “טרנדי” – ניסוי לחנונים שלא ישנה שום דבר. עכשיו בשנת 2020 מעטים האנשים שחולקים על גודל השינוי שהאינטרנט חולל בעולם. האינטרנט בעצם הוביל ל”דמוקרטיזציה” של המידע. כל אחד יכול להקים עסק מקוון או ליצור תוכנית טלוויזיה. אך מה שיותר חשוב, כל אחד יכול למצוא תשובות לכל דבר (כמעט) תוך 5 שניות.

אותה השפעה תהיה להדפסת תלת ממד בעתיד הקרוב: הכוח לייצר יעבור “דמוקרטיזציה”, כלומר, יותר אנשים יוכלו לייצר יותר דברים. בדיוק כמו עם האינטרנט- לא יהיו הגבלות, וכמות השינויים והאפשרויות יהיו הן אינסופיות. ההשפעה הגדולה ביותר של דמוקרטיזציה של הייצור נעוצה בדברים החדשים שהיא תאפשר ליצור, ולא רק במה שהיא תחליף. צורות מסוימות של ייצור לא ייעלמו בקרוב אלא יתפתחו וייצרו אפשרויות חדשות לחדשנות.

כדי להמחיש את הדרכים בהן הדמוקרטיזציה של הייצור עשויה להשפיע אנחנו נבחן מספר תעשיות עיקריות: חינוך, רפואה ורכב ותעופה.

הדפסת תלת ממד בתעשייה הרפואית

השימוש של הדפסת תלת ממד ברפואה הוא רחב. אחד השימושים הוא ל-Bioprinting, זה בעצם הדפסה של איברי גוף. נכון להיום, Bioprinting, משמשת לייצור רקמות אנושיות פשוטות יחסית, כמו סחוס או עור, ובעיקר למטרות מחקר. עם זאת, בעתיד הקרוב ככל הנראה יתאפשרו מבנים מורכבים יותר. שימוש נוסף, הוא בהדפסת תותבות, בין אם זה בתחום האורתופדיה או רפואת השיניים. לא רק שהייצור מהיר, אלא שהוא מותאם אישית במהירות ומספק את התמורה הטובה ביותר לחולים.

בנוסף, בשנים האחרונות הייתה התפתחות בתחום הדפסת תלת ממד של תרופות. בשנים האחרונות, חוקרים מנסים לייצר תרופות לצריכה עצמית באמצעות מספר טכנולוגיות כמו SLA, SLS והדפסת הזרקת דיו. האפשרות להתאמה עצמית הוא אחד היתרונות הבולטים של הדפסת תלת ממד בתחום הרפואה.

אך אחד השימושים העיקריים בתחום הרפואה הוא בהדפסת ציוד נלווה לבתי חולים ומרפאות. כמו מסכות מיגון, חלקי חילוף למכונות רנטגן, או מכונות הנשמה ועוד. לדברי אידסס: “במדפסות התלת ממד של חברות כמו HP, Ultimaker, MiniFactory ו-Sinterit ישנה אפשרות להדפיס כמויות גדולות, במהירות ועם חומרים שכבר מאושרים על ידי ה-FDA. כך שזמן ההגעה לשוק קצר – ברגע שמוצרים יוצאים מהמכונה ועוברים בדיקת איכות, ניתן להשתמש בהם בחדרי ניתוח, טיפול נמרץ וכו’, זה יתרון מדהים, במיוחד בתחום הזה, שכל דקה יכולה להציל חיי אדם”.

שיעור בתלת ממד

הדפסת תלת ממד בתחום החינוך, צוברת תאוצה משמעותית בשנים האחרונות והיא הפכה לכלי פדגוגי לכל דבר. יותר ויותר בתי ספר ומורים כאחד משתמשים במדפסות על מנת להמחיש ו”להחיות” קונספטים ונושאי לימוד וכן לפתח יצירתיות בקרב התלמידים.

הדפסת תלת ממד פותחת בפני התלמידים הזדמנויות למידה רבות, ומאפשרת לתלמידים בגילאים שונים לחוות את הלמידה באופנים שונים. בנוסף, היא מספקת לתלמידים הזדמנות להתנסות אישית, לפיתוח חשיבה ורעיונות שמאתגרים את היצירתיות. סביבת למידה שהיא חזותית משפרת משמעותית את יכולת הניתוח ותפיסת מצבים. אידסס מדגיש “בעזרת טכנולוגיות התלת ממד שאנחנו מספקים לבתי ספר, אנחנו עוזרים לתלמידים לפתח מיומנויות שיתמכו בהשתלבותם בעולם העבודה העתידי, מכשירים אותם לחשיבה טכנולוגית ומקדמים אותם למאה ה-21”.

לימוד הדפסה בתלת ממד מתחיל כבר בכיתות הצעירות ג’-ד’ כשעיקר הלמידה מתרכזת בהנגשה  ויצירת ‘ניצוץ’ לתחום, ופחות התעסקות עם המדפסת עצמה. בכיתות אלו חשוב לחבר את התלמידים לסביבה הטכנולוגית שיכירו את תוכנות העיצוב, יחשבו בתלת ממד, ושירגישו נוח בסביבה שהיא גם עברית וגם אנגלית; לספק להם חוויה טובה על מנת לייצר זיקה כך שירצו לחזור ולהעמיק בתחום. ואילו, עם התלמידים בכיתות ה’-ו’ ניתן,  להעמיק, להפוך אותם למשתמשים חכמים המייצרים תוצרים בעצמם, כדי שבחטיבת ביניים ובתיכון זה כבר ישמש אותם ככלי עבודה לכל נושא שירצו לחקור.

“אחת המדפסות המומלצות שנמצאות בשימוש בבתי ספר רבים בארץ ובעולם, היא Ultimaker (אוליטמייקר). מדפסות אלו עונות לכל הצרכים של המורים בבתי הספר, קלות שימוש, ואמינות מה שמקל על המורה בבואו ללמד כיתה של 30 ילדים”, אידסס מוסיף, “הדפסת תלת ממד משנה את הדרך בה ילדים לומדים. עם המוצר הנכון ועם התמיכה והליווי הנכונים מדפסת בתלת ממד בכיתה, מחדשת ותורמת לפדגוגיה ומכשירה את התלמידים לעתיד לבוא”.

ייצור חלקים לתעשיית הרכב והתעופה

תעשיית הרכב היא אחת הראשונות לאמץ חדשנות טכנולוגית, וזה המקרה גם בהדפסת תלת ממד. זוהי טכנולוגיה שכבר זמן רב נמצאת בשימוש על ידי יצרני רכב רבים ברחבי העולם.

בעולם הרכב, הדפסת תלת ממד באה לידי ביטוי במספר שלבים. קודם כל בשלב הייצור (אב-טיפוס, פיתוח מוצר), לאחר מכן בשלב ההרכבה (הדפסת כלים מיוחדים- JIGS, להרכבה ידנית) ובשלב השלישי להדפסת חלקים סופיים (רפידות בלם, גלגלים). כבר היום ניתן לייצר חלקים פונקציונליים באמצעות מדפסות תלת ממד, כך שניתן רק לדמיין את האפשרויות שייפתחו בעתיד.

אחד השווקים בהם ההשפעה של הדפסה תלת ממדית היא הדרמטית ביותר היא שוק התעופה מאחר ותעשיות התעופה עוסקת בפיתוח וייצור מוצרים מורכבים, ומשקיעה משאבים ניכרים בכל השלבים הללו, לכן, המדפסות בעצם הופכות להיות מחזה יותר שכיח הן בשולחנות המהנדסים, והן ברצפות הייצור.

לאור הדרישות המחמירות הקיימות בשוק התעופה קיים מגוון עשיר של טכנולוגיות הדפסה וחומרי גלם שונים ומגוונים, אשר מאפשרים יצור חלקים. בשל המגוון הרחב, כל חברה יכולה להתאים לעצמה שיטת הדפסה בהתאם לדרישותיה, להגדיר סדרי עדיפויות כגון נפחי בניה, סוג חומרים, דיוקים ורזולוציות, פשטות תפעול ועוד. השימוש במדפסת תלת ממד בשילוב סורקים ותוכנות מתקדמות, מאפשר למהנדסים ולמעצבים לחסוך זמן פיתוח יקר אשר מתורגם בסופו של דבר לכסף ותקציבים. אידסס מדגיש: “עלויות הדפסת מודל בתחומי תעופה נמוכות ומהירות בהשוואה לייצור בטכנולוגיות אחרות. מהנדסים ומעצבים יכולים לייצר דגמים רבים במהלך תהליך הפיתוח, לנסות רעיונות, ולגלות טעויות שהיו עולות הרבה מאוד כסף במידה והיו מתגלות בשלב מאוחר יותר” .

כמו בכל מהפכה תעשייתית קודמת,  הדמוקרטיזציה ההמונית של הדפסת תלת ממד בדרך, זה רק עניין של זמן. התהליך כבר החל, בין אם על ידי אנשים החובבים את התחום או מקצוענים שהשכילו והחלו לאמץ ולהטמיע את המדפסות מוקדם יותר, מדפסות התלת ממד כאן כדי להישאר.

 

---

תמונת שער: מדפסת אולטימייקיר
קרדיט: באדיבות מפעיל