אספקה וייצור בימי מלחמה: מדוע (ואיך) הפכה ההדפסה בתלת-ממד לאחד התחומים היותר החמים בתעשייה

׳נוף׳ הייצור עובר שינוי מהותי עם המשך הבשלת טכנולוגיית ההדפסה בתלת-ממד. וזו אינה קביעה מהשרוול. זו תמונת מצב של הקורה באינספור מפעלים ועסקים בחו״ל, כמו גם בישראל. וכן, ככל שטכנולוגיית הייצור התוספי (AM) מתפתחת, השפעתה על ניהול שרשרת האספקה והייצור התעשייתי הולכת ונעשית עמוקה יותר. הדפסה בתלת-ממד, שבעבר הלא רחוק הודבקה לה תגית של ׳כלי שמיועד לייצור אבות טיפוס בקנה מידה קטן׳, הפכה בשנתיים האחרונות לחלק בלתי נפרד מהייצור התעשייתי. העלויות ירדו, הסטנדרטים השתפרו וחומרים נוספים ומתקדמים שניתן להדפיס איתם הפכו ליותר זמינים. לתופעה המתפשטת תרמו גם מגמות של ייעול תהליכים, מוצרים בהתאמה אישית ואוטומציה, שאחרי שוך הקורונה וכיום בימי מלחמה, הפכו לצו השעה.

אנשי מפעל ICL רותם, לדוגמה, בעידן הקורונה, מצאו את עצמם עם בעיה של חלקי חילוף בגלל תקלות  בשרשרת האספקה. תוך שימוש במדפסות מתקדמות וחומרים פולימריים תעשייתים, הם הבינו שהם יכולים לייצר חלקים ספציפיים שהם צריכים – ובקלות. חומר גלם עמיד בשחיקה כימית בשם PEKK שמותאם להדפסה בתלת-ממד החליף  חלקים סטנדרטים בהם נהגו להשתמש כשהתוצאות מפגינות עלות נמוכה יותר בעשרות אחוזים.

במבט מקרוב ובראי העתיד, ההתקדמות הטכנית והתפעולית בהדפסה בתלת-ממד היא כבר בשורה של ממש, ומחוללת מהפכה במהירות, גמישות, יעילות ועלויות בייצור ופעילות שרשרת האספקה. על פי ההערכות של חברת המחקר ARC,שוק ההדפסות בתלת-ממד בעולם יחצה את רף ה-41 מיליארד דולר עד 2026 ועל פי סקר של Jabil, נמצא ש-87% מהחברות מצפות שהשימוש שלהן בהדפסת תלת-ממד יכפיל עצמו בשנתיים הקרובות וכמעט 40% מצפים שהשימוש בהן יגדל פי חמישה או יותר.

תמונה Tritone :1 . טכנולוגיה
שמבשרת קפיצת מדרגה משמעותית
לשוק הייצור )קרדיט: טריטון(

אז, מה בדיוק קרה וקורה ב׳שטח׳?

מאיצים את הייצור

ייצור מסורתי מתמודד לעתים קרובות עם האתגר של לוחות זמנים צפופים ובמיוחד בשוק הסובל מעצירות לא רצויות של שרשראות האספקה (מגיפה, מלחמה וכיו״ב). כתוצאה מכך זמני אספקה ארוכים יותר עבור רכיבי מכונה חיוניים, מהפשוטים והבסיסיים ביותר ועד לחלקים המורכבים יותר. אוניית משא אחת שלא נפרשת בגלל שביתה של נהגי משאיות באיטליה, או סגירת שערי המדינה, כמו בישראל, יכולה לגרור אחריה שובל ארוך וקטלני של נזק מתמשך ללא מעט תעשיות. טכנולוגיית הדפסת תלת-ממד מציעה פתרון לצוואר בקבוק זה על ידי הפעלת ייצור לפי דרישה, נתון המשפיע באופן יישור על זמני ההובלה והמענה לדרישות השוק.

עסקים רבים מגלים כי בנסיבות הנכונות, בעוד שמדפסת תלת-ממד תעשייתית היא השקעה משמעותית בכסף, מהצד שני היתרונות שמתקבלים כמו ייצור גמיש, העדר הצורך בתבניות והעדר הצורך בעיתוד מלאי מחפים על עלויות המדפסות.

ההתקדמות במדעי החומר היא נדבך טכני נוסף התורם למהירות הייצור. מדפסות כמו Origin One, שנועדו להתגבר על אתגרי זמן ייצור חלקים, משתמשות בטכנולוגיית P3 כדי להשיג גימורים מרשימים (ומפתיעים ביותר) וזמני ההדפסה כבר מאפשרים לייצר סדרות משמעותיות יותר של חלקים עד כדי אלפי מוצרים.

גם בתוך החברות עצמןֿ אלה העוסקת בתחום ההדפסה בתלת-ממד, הטכנולוגיה זירזה את תהליכי הפיתוח. “במהלך הייצור של מדפסת התלת-ממד H350 שלנו, חלקי זיווד אלקטרוניים  לא היו זמינים עקב עיכובים בשרשרת האספקה,” מספר אלדד יצחק, מנהל המוצר של סטרטסיס בישראל. “צוות ההנדסה שלנו השתמש בטכנולוגיה שלנו עצמנו ובמדפסות שלנו, כדי להדפיס את החלק בתלת-ממד, מה שאפשר להם להמשיך לשלב הבא של הפיתוח. זהו פתרון in-house קלאסי. כשמדברים איתי על חזון עתידי שמדפסות ידפיסו יום אחד את עצמן, אני יכול להעיד שהעתיד כבר כאן…”

תמונה 2: טכנולוגיית הדפסת תלת-ממד מאפשרת ייצור של גיאומטריות מורכבות
שלעיתים קרובות בלתי אפשרי או יקר מדי לייצור בשיטות מסורתיות )קרדיט: סטרטסיס(

חדשנות בתחום

טכנולוגיית הדפסת תלת-ממד מאפשרת ייצור Just-in-Time – מודל ייצור שבו פריטים נוצרים כדי לענות על הביקוש במקום – ומראש. כך היא מאפשרת לחברות לייצר את המספר המדויק של החלקים שהם צריכות, ובכך לבטל את העלויות הכרוכות בכלי עבודה ולהפחית את הוצאות העבודה. היכולת להדפיס לפי דרישה לא רק מפחיתה את עלויות המלאי אלא גם ממזערת בזבוז, מה שהופך אותה לבחירה בת קיימא מבחינה פיננסית וסביבתית.

וגם וחשוב לא פחות: הדפסת תלת-ממד היא חסכונית במיוחד עבור הזמנות קטנות, ומציעה גישה חסכונית יותר בהשוואה לשיטות ייצור מסורתיות, שלעתים קרובות כרוכה בעלויות עבודה ומשלוח.

ברמת העיצוב עצמו, טכנולוגיית הדפסת תלת-ממד מאפשרת ייצור של גיאומטריות מורכבות שלעיתים קרובות בלתי אפשרי או יקר מדי לייצור בשיטות מסורתיות. חופש עיצוב זה מוגבר עוד יותר על ידי יכולת הטכנולוגיה לאיטרציה ובדיקות מהירים.

יתרון טכני נוסף הוא הפחתת ה-BOM – כתב חומרי ייצור המפרט את כל החומרים והרכיבים הדרושים לייצור מוצר ספציפי. ייצור מסורתי דורש לרוב חלקים מרובים שיש להרכיב, מה שמגדיל גם את ה-BOM וגם את הזמן הנדרש להרכבה. טכנולוגיית הדפסת תלת-ממד מאפשרת לבנות חלקים אלה כמקשה אחת, מה שמפשט את תהליך הייצור.

החלפת חומרים כבדים בפולימרים מתקדמים

שיטות ייצור מסורתיות כמו CNC משתמשות לרוב בחומרים כגון פלדה, או אלומיניום. הדפסה בתלת-ממד מציעה את הגמישות לשימוש בפולימרים קלים ועמידים יותר, כמו High Yield PA11. בנוסף, קטלוג החומרים הרחב הזמין עבור טכנולוגיות הדפסת תלת-ממד מאפשר ייצור של חלקים עם דרישות משתנות – החל מחלקים גמישים עם ר׳יבאונד׳ גבוה ועד לחלקים קלים ובעלי חוזק גבוה.

טכנולוגיות הדפסה בתלת-ממד מציעות פתרון ייצור בר קיימא יותר על ידי הפחתת הצורך במשלוח ומזעור הפסולת. חומרים כמו אבקת פוליאמיד – PA11 מבוססת חומרי ביו, ניתנת למחזור, מה שמפחית עוד יותר את ההשפעה הסביבתית.

מקרי בוחן: DLP ו-Tritone

טכנולגיית ההדפסה מבוססת DLP היא דוגמא להתקדמות משמעותית בנוף ההדפסה בתלת-ממד. DLP עושה שימוש בקרינת UV להצלבת נוזל פוטופולימרי, מה שמאפשר יצירה מהירה ומדויקת של חלקים. טכנולוגיה זו מציעה יתרון משמעותי על פני הזרקה מסורתית בכמה דרכים.

טכנולוגיית DLP מספקת רמה גבוהה של גמישות בתהליך הייצור. בניגוד להזרקה, שבה שינוי בהרכב מצריך הכנת תבנית חדשה – מה שגוזל זמן וכסף כאחד – DLP מאפשר החלפת חומרים ושינויי  תכן מהירים. גמישות זו מועילה במיוחד לניהול שרשרת האספקה, מכיוון שהיא מאפשרת ליצרנים להסתגל במהירות לדרישות השוק או לשיבושים.

שי אינגבר, מנהל המכירות במחלקת מדפסות התלת-מימד בחברת SU-PAD, מסביר שטכנולוגיית DLP ידועה ברמת הדיוק הגבוהה ובגימור פני השטח המצוין שלה, המשתווים לאלה המתקבלים בתהליכי הזרקה. זה מושג באמצעות שמירה קפדנית על תנאי הייצור הנשלטים על ידי מערכי חיישנים מתקדמים ותוכנת משוב בלולאה סגורה. לדוגמה, מדפסת P3, המיועדת ל-DLP, משתמשת ביותר מעשרים חיישנים כדי לשלוט במדויק על תנאי תהליך שונים, מה שמבטיח שהמוצר הסופי עומד בתקני איכות מחמירים.

יתרה מכך, לטכנולוגיה קיימים פתרונות תוכנה משלימים כמו GrabCAD PRINT PRO, מה שמשפר עוד יותר את הדיוק של המוצר הסופי. התוכנה מאפשרת דיוק מוצר סופי של עד 50 מיקרון על ידי השוואת הסריקה של המוצר המוגמר לקובץ המקורי, ובכך ליצור קובץ עם עיוות מתוקן.

בנוסף, בשיתוף פעולה עם חברות גדולות כמו BASF, Henkel DSM ו-LOCTITE, זמינים מגוון רחב של חומרי הדפסה בעלי תכונות שונות – כגון עמידות גבוהה בטמפרטורה ותקנים ביולוגיים. זה פותח את טכנולוגיית DLP לעולמות ייצור תובעניים כמו תעופה, רפואה ותחום הרכב.

“טכנולוגיית DLP היא משנה משחק בתחום ההדפסה התלת-ממדית. המהירות, הגמישות והדיוק שלה הופכים אותה לבחירה אידיאלית עבור תעשיות הדורשות חלקים באיכות גבוהה בזמני אספקה קצרים יותר”,  אומר נדב ישי מנכ”ל חברת אינדוס 3D, המספקת שירותי תכנון והדפסה בתלת מימד. “על ידי מתן גמישות תהליכית גבוהה, דיוק יוצא דופן ומגוון רחב של אפשרויות חומר, טכנולוגיית DLP הופכת לאבן יסוד בעתיד של הדפסת תלת-ממד, במיוחד ביישומים הדורשים תפנית מהירה ופלטים באיכות גבוהה.”

כיוון אחר, מרשים לא פחות, לקחה Tritone, אחת החברות הישראליות המבטיחות בתחום. לדברי אוהד דולב, דירקטור לפיתוח עסקי ואפליקציות בחברה “הטכנולוגיה ש -Tritone מבשרת על קפיצת מדרגה משמעותית לשוק הייצור בייצור של מגוון מתכות וקרמיקות הנדסיות”. להערכתו, טכנולוגיות הדפסת המתכת הקיימות היום עדיין משאירות פערים בשוק – שכן מדפסות אבקה מייצרות בקצב איטי ומצריכות תהליכים משלימים של הסרת תמיכות וניקוי שאריות אבקה, ומכונות בטכנולוגיית  Binder Jetting מוגבלות לייצור חלקים קטנים בלבד. “אנחנו נכנסים בדיוק בפער הקיים בין שתי הטכנולוגיות ומספקים הדפסה מהירה המתאימה לייצור סדרתי תעשייתי, ללא תמיכות, ללא צורך בשאיבת אבקה, וללא הגבלה למוצרים קטנים. המכונות כבר פועלות בהצלחה בישראל וכן באירופה ובארה”ב”.

תמונה 3: מדפסות כמו Origin One נועדו להתגבר
על אתגרי זמן ייצור, משתמשות בטכנולוגיית P3 כדי
להשיג גימורים מרשימים. קרדיט: סטרטסיס

תהליך הייצור של Tritone נקרא MoldJet. בכל מחזור הדפסה של שכבת המוצר, הם מדפיסים למעשה שכבה דקה של תבנית החלק באמצעות חומר מיוחד דמוי שעווה שפותח ומיוצר אצלם. לאחר שמודפסת השכבה של התבנית, ממלאים אותה ב׳משחת׳ המתכת או הקרמיקה.המשחה מכילה ריכוז גבוה מאוד של אבקת מתכת, או קרמיקה ומעט חומר מקשר. כך, בתהליך מחזורי, מייצרים תבנית ולתוכה ממלאים את המשחה . עובי השכבות משתנה דינמית ונע בין 200-25 מיקרון. “בשיטת ייצור זו אנחנו זוכים לחופש עיצובי ותכנוני כמקובל בטכנולוגיות הדפסת תלת-ממד ומייתרים את הצורך בשימוש בתמיכות. בנוסף, אנחנו יכולים להדפיס חלקים בקומות, ללא צורך בקיבוע שלהם לבסיס. כל מה שצריך הוא לשמור על מרווח של כ-0.5 מ”מ בין המוצרים. כך לקוחותינו מנצלים את נפח ההדפסה באופן מקסימלי”.

מסתכלים קדימה

כשאנחנו מסתכלים לעבר העתיד, התפקיד של הדפסת תלת-ממד בניהול שרשרת האספקה ובייצור תעשייתי צפוי להתרחב משמעותית. הטכנולוגיה היא לא רק אלטרנטיבה לשיטות ייצור מסורתיות; זהו כוח טרנספורמטיבי המציע יתרונות שאין שני להם במהירות, עלות, גמישות עיצובית וקיימות.

להלן מספר מגמות שמצביעות על הכיוון שאליו מועדות הדפסת תלת-ממד:

התקדמות החומר: ככל שמתקדם ׳מדע החומר׳, אנו יכולים לצפות למגוון רחב יותר של חומרים שניתן להשתמש בהם בהדפסת תלת-ממד, מפולימרים בעלי חוזק גבוה ועד מתכות ומעבר לכך. זה ירחיב עוד יותר את היישומים של הדפסת תלת-ממד על פני תעשיות שונות.

אוטומציה ושילוב בינה מלאכותית: השילוב של אוטומציה ובינה מלאכותית בתהליכי הדפסה תלת-ממדיים ככל הנראה ייעל את הייצור עוד יותר, ויהפוך אותו ליעיל וחסכוני עוד יותר.

קיימות: עם התמקדות הולכת וגוברת בקיימות, טכנולוגיות הדפסה תלת-ממדיות המציעות חומרים ידידותיים לסביבה ומפחיתות את הפסולת יזכו לבולטות.

התאמה אישית: ככל שטכנולוגיית הדפסה בתלת-ממד תהיה מתקדמת יותר, רמת ההתאמה האישית שהיא מציעה תגדל, ומאפשרת פתרונות מורכבים ומותאמים יותר.

לוקליזציה של שרשרת אספקה: אחת ההשפעות המשמעותיות ביותר תהיה לוקליזציה של שרשראות אספקה, שכן הדפסת תלת-ממד מאפשרת ייצור באתר, ומפחיתה את הצורך בשילוח גלובלי ועיכובים נלווים.

בשנים הקרובות, אנחנו צופים שהדפסת תלת-ממד תעבור מטכנולוגיה משלימה לשחקן מרכזי בפתרונות ייצור ושרשרת אספקה בסקאלה חסרת תקדים. על ידי שמירה על מגמות אלו והמשך המיקוד בחדשנות, הדפסה בתלת-ממד אמורה להגדיר מחדש את הפרדיגמות של ייצור וניהול שרשרת אספקה. ככל שהטכנולוגיה מתבגרת והיכולות הטכניות שלה ממשיכות להתקדם, ההשפעה הטרנספורמטיבית שלה על תעשיות שונות רק תלך ותגדל, ותגבש את תפקידה כאבן יסוד בעתיד של פעילות הייצור.

תמונה 4: מדפסת התלת-ממד H350 של סטרטסיס. צוות ההנדסה
השתמש בטכנולוגיה כדי להדפיס חוסרים למדפסות עצמן…)קרדיט: סטרטסיס(

שרשרת אספקה גלובלית יכולה להיות בלתי צפויה. ההשפעה של אירועים גלובליים, או אזוריים, כמו המלחמה האחרונה, על שרשראות האספקה מורגשים בכל תעשייה. ההדפסה בתלת-ממד משנה את התמונה. ההיבט המשבש ביותר של הטכנולוגיה הזו אינו קשור למדפסות בפועל – אלא ההמרה של טופס דיגיטלי למוצר פיזי. הדפסה בתלת-ממד הופכת ערימות הקופסאות שתופסות שטח פיזי לקבצים דיגיטליים שניתן לאחסן בענן ובקלות נגיש בעת הצורך. בנוסף למלאי דיגיטלי הזה, היכולת להפיץ ייצור משנה גם את האופן שבו חברות משלבות את תהליך ההדפסה התלת-ממדית באסטרטגיות המוצר שלהן.

זיו שדה, מנכ”ל SU-PAD , נציגת
סטרטסיס בישראל
קרדיט: דוניצה

קרדיט תמונת שער: סטרטסיס