במשך שנים נתפסה הדפסת תלת־ממד בעיקר ככלי לאבטיפוס מהיר או לייצור גאומטריות מורכבות. כיום מתברר כי מאחורי הטכנולוגיה עומד מנוע משמעותי נוסף: קיימות. מצמצום דרמטי של פסולת חומרי גלם ועד להפחתת משקל במערכות תעופה ולקיצור שרשראות אספקה, הייצור התוספי הופך לכלי אסטרטגי עבור תעשיות המבקשות לעמוד ביעדי ESG מבלי להתפשר על ביצועים. על רקע מגמה זו, גם תחום ה-Additive Manufacturing נכנס בשנים האחרונות לשיח הקיימות התעשייתית העולמי ולמדדי ביצועים סביבתיים של יצרנים וספקי טכנולוגיה.
המעבר הזה אינו מקרי. עולם הייצור כולו מצוי בעיצומה של טרנספורמציה סביבתית, שבה שיקולי קיימות ו־ ESG נכנסים יותר ויותר לשיקולי תכן, רכש ותפעול. יצרנים גדולים בוחנים כיום לא רק עלות וביצועים, אלא גם טביעת רגל פחמנית, יעילות חומרית ושרשרת אספקה. בתוך ההקשר הזה, מתברר שלייצור התוספי יש יתרונות סביבתיים מובנים, לעיתים עמוקים יותר מכפי שנדמה במבט ראשון.
הכרה זו קיבלה לאחרונה ביטוי גם ברמה התאגידית. חברת Stratasys, מהחברות המובילות בעולם בתחום מדפסות התלת־ממד התעשייתיות, זכתה בדירוג זהב בתחום הקיימות במסגרת דירוג EcoVadis העולמי, הממקם אותה בין חמישה אחוזים בלבד מתוך כ־150 אלף חברות שנבחנו. החברה שיפרה את דירוגה לעומת השנה הקודמת, בעיקר בזכות התקדמות בניהול פליטות לאורך שרשרת הערך, הרחבת ניתוחי מחזור חיים של מוצרים וחיזוק מערכות הדיווח הסביבתי. מעבר להישג עצמו, הדירוג משקף מציאות חדשה שבה טכנולוגיות ייצור נבחנות גם לפי תרומתן הסביבתית.
פחות חומר, פחות פסולת
אחד ההבדלים הבסיסיים בין ייצור מסורתי לייצור תוספי קשור לאופן שבו חלקים נוצרים מחומר גלם. בתהליכי עיבוד שבבי, יציקה או עיצוב מכני, מתחילים בדרך כלל מגוש חומר גדול יותר מהחלק הסופי ומסירים ממנו חומר עד שמתקבלת הצורה הרצויה. במקרים רבים, אחוז משמעותי מהחומר המקורי הופך לשבבים או לפסולת, גם כאשר ניתן למחזר חלק ממנו.
בתעשיית התעופה נהוג למדוד זאת באמצעות היחס Buy-to-Fly, כלומר היחס בין משקל חומר הגלם שנרכש לבין משקל החלק המוגמר שטס בפועל. ברכיבי מתכת מעובדים, היחס יכול להגיע גם ל-10:1, כלומר עשרה קילוגרם טיטניום כדי לייצר חלק של קילוגרם אחד. בייצור תוספי היחס קרוב בהרבה ל-1.5:1, ולעיתים אף נמוך יותר. עבור מהנדסים ואנשי רכש מדובר בהבדל דרמטי, הן כלכלית והן סביבתית.
בייצור תוספי החומר מונח שכבה אחר שכבה רק באזורים שבהם הוא נדרש מבחינה גאומטרית. התוצאה היא יחס חומר לחלק גבוה בהרבה. כאשר משתמשים בפחות חומר גלם, נדרשת פחות כרייה, פחות עיבוד ראשוני ופחות אנרגיה במעלה שרשרת האספקה. בתעשיות שבהן החומרים עצמם עתירי אנרגיה לייצור, כמו סגסוגות טיטניום וניקל, כל שיפור בניצולת חומר הופך גם לשיקול סביבתי מובהק.
קל יותר, יעיל יותר
יתרון סביבתי נוסף של הדפסת תלת־ממד מתגלה דווקא לאחר שהחלק עוזב את קו הייצור. ייצור תוספי מאפשר למהנדסים לתכנן רכיבים קלים יותר מבלי לפגוע בחוזקם. באמצעות אופטימיזציה טופולוגית ומבני lattice ניתן להסיר חומר מאזורים שאינם נושאי עומס ולהשאיר אותו רק היכן שהוא נדרש. התוצאה היא חלקים בעלי יחס חוזק למשקל גבוה במיוחד.
הפחתת משקל במערכות מכניות משפיעה ישירות על צריכת אנרגיה בשימוש. בתעופה, כל קילוגרם שנחסך במבנה המטוס מתורגם להפחתת צריכת דלק לאורך אלפי שעות טיסה. גם ברכב, משקל נמוך יותר תורם ליעילות אנרגטית גבוהה יותר, בין אם מדובר במנועי בעירה ובין אם בכלי רכב חשמליים שבהם משקל משפיע על טווח נסיעה. לכן, כאשר רכיבים מודפסים קלים יותר מחליפים רכיבים מסורתיים, ההשפעה הסביבתית אינה מתמצה בתהליך הייצור, אלא נמשכת לאורך חיי המוצר כולו.
לייצר רק כשצריך
הדפסה תלת־ממדית משנה גם את האופן שבו תעשייה חושבת על מלאי. בייצור מסורתי נהוג לייצר סדרות גדולות יחסית, לאחסן חלקים במחסנים ולהפיץ אותם לאורך שנים. מודל זה כרוך בייצור עודף, בשטחי אחסון, בלוגיסטיקה ולעיתים גם בהשמדת מלאי שאינו נדרש עוד.
בייצור תוספי ניתן לשמור את החלק כקובץ דיגיטלי ולהדפיס אותו רק כאשר מתעורר צורך אמיתי. המעבר ממלאי פיזי למלאי דיגיטלי מפחית ייצור עודף ומקטין את הסיכון לפסולת מוצרים. הוא גם מאפשר ייצור של חלקי חילוף שנים לאחר פיתוח המוצר, ללא צורך בהחזקת מלאי מתמשך. מודל זה מתאים במיוחד לתעשיות כמו תעופה, ציוד רפואי ותעשייה כבדה, שבהן נדרש לעיתים לספק חלקים בכמויות קטנות לאורך זמן רב.
ייצור קרוב יותר לשטח
אחת התכונות המעניינות של ייצור תוספי היא האפשרות לייצר חלקים קרוב יותר לנקודת השימוש. מדפסות תעשייתיות יכולות לפעול במרכזי שירות אזוריים, במפעלי לקוח ולעיתים אף באתרי שימוש מרוחקים. בכך מתקצרת שרשרת האספקה, ומצטמצמת התלות בשינוע בינלאומי של רכיבים.
מודל זה, המכונה לעיתים ייצור מבוזר, Distributed Manufacturing, קיבל תנופה בשנים האחרונות גם בהקשר של חוסן שרשראות אספקה. משברים גלובליים, החל ממגפת הקורונה ועד שיבושי שיט בינלאומיים, המחישו את הפגיעות של ייצור ריכוזי ותלות לוגיסטית ארוכה. ייצור מקומי או אזורי באמצעות הדפסה תלת־ממדית מאפשר לצמצם מרחקי הובלה, להפחית פליטות תחבורה ולהגביר זמינות. לכן, שיקולי חוסן תפעולי ושיקולי קיימות נפגשים כאן באותה נקודה.
קיימות הופכת לשיקול רכש
היבטי הקיימות של ייצור תוספי אינם נשארים עוד בתחום ההנדסי בלבד. יותר ויותר ארגונים תעשייתיים משלבים שיקולי ESG בהחלטות רכש, ולעיתים דורשים מספקים נתונים סביבתיים ודירוגי קיימות. דירוגים כמו EcoVadis משמשים כלי השוואה מקובל בין ספקים בשרשראות אספקה גלובליות.
כאשר חברה כמו Stratasys מדורגת ברמת זהב, המשמעות אינה רק תדמיתית. עבור לקוחות תעשייתיים, זהו אינדיקטור לניהול סביבתי מתקדם, לשקיפות וליכולת להשתלב בשרשרת אספקה אחראית. כך הופכת הקיימות לחלק מהצעת הערך העסקית של ספקי טכנולוגיה תעשייתית. במקרה של הדפסת תלת־ממד, החיבור בין יתרונות הנדסיים ליתרונות סביבתיים מחזק עוד יותר את מעמדה של הטכנולוגיה במקרים שבהם היא מתאימה יישומית.
למדוד את ההשפעה המלאה
כדי להבין באמת את תרומת הייצור התוספי לקיימות, התעשייה משתמשת יותר ויותר בניתוח מחזור חיים של מוצרים Life Cycle Assessment או במילים פשוטות LCA, מדובר במבט מהעריסה ועד הקבר של המוצר, כלומר בחינת ההשפעה הסביבתית שלו משלב חומרי הגלם, דרך הייצור והשימוש ועד סוף חייו.
לעיתים, תהליך הדפסה מסוים צורך יותר אנרגיה מתהליך ייצור מסורתי חלופי. אך כאשר בוחנים את התמונה הכוללת, הכוללת חיסכון בחומר, הפחתת משקל או קיצור לוגיסטיקה, מתקבלת השפעה סביבתית כוללת נמוכה יותר. ניתוחים כאלה מאפשרים לזהות היכן לייצור התוספי יש יתרון סביבתי ברור והיכן היתרון מצומצם יותר. עבור מהנדסים ויצרנים, LCA הופך לכלי החלטה הנדסי ולא רק לדוח סביבתי.
גם לאתגרים יש מקום
לצד היתרונות, חשוב להכיר בכך שייצור תוספי אינו פתרון סביבתי מושלם לכל יישום. תהליכי הדפסה מתכתית, למשל, כרוכים לעיתים בצריכת אנרגיה גבוהה, במיוחד בתהליכים מבוססי לייזר. גם ייצור אבקות מתכתיות וחומרים ייעודיים דורש אנרגיה ומשאבים. בנוסף, חלק מהחלקים המודפסים דורשים עיבוד משלים, הסרת תמיכות או גימור, המוסיפים שלבים לתהליך.
התעשייה מתמודדת עם אתגרים אלה בכמה כיוונים. פיתוח מדפסות יעילות יותר אנרגטית, שיפור ניצולת חומרים ומחזור אבקות הם חלק מהמאמץ. במקביל מתבצע פיתוח של חומרים ממוחזרים או מבוססי ביומסה ושיפור מדדי קיימות של חומרים קיימים. גם כאן, מדידה באמצעות LCA מאפשרת להעריך שיפור ולהכווין פיתוח.
מעבר מיתרון הנדסי ליתרון סביבתי
הדפסת תלת־ממד עברה דרך ארוכה מאז ימיה הראשונים כאמצעי אבטיפוס. היא הפכה לטכנולוגיית ייצור לגיטימית, וכעת מתבססת גם ככלי להפחתת השפעה סביבתית בתעשייה. היכולת לייצר רק את הנדרש, להפחית משקל, לקצר שרשראות אספקה ולאפשר ייצור לפי דרישה מעניקה לה יתרון מובנה בהיבטים סביבתיים מסוימים.
כאשר יתרונות אלה מגובים במדידה, בדיווח ובניהול סביבתי שיטתי, הם הופכים משיקול טכני לשיקול אסטרטגי. עבור יצרנים גלובליים המאמצים יעדי הפחתת פליטות ושימוש יעיל במשאבים, ייצור תוספי אינו רק טכנולוגיה חדשנית, אלא גם כלי ליישום מדיניות קיימות.
המשמעות היא שיותר ויותר החלטות ייצור ייבחנו לא רק דרך פריזמה של עלות וביצועים, אלא גם דרך פריזמה של השפעה סביבתית. במקרים שבהם ייצור תוספי עומד בדרישות הטכניות והכלכליות, יתרון הקיימות שלו עשוי להכריע. כך הופכת הדפסת תלת־ממד בהדרגה מהבטחה הנדסית לכלי תעשייתי רחב, שגם הצד הירוק שלו הופך לגורם תחרותי ממשי.
