מעצבי מוצרים, חברות הזנק, יזמים, אומנים ועוד – רבים עושים כיום שימוש בסוג מיוחד במינו של טכנולוגיית ייצור, והוא הדפסת התלת ממד. להדפסה בתלת ממד יש הרבה שימושים, ואחד הבולטים שבהם הוא הדפסת מודלים. בייצור של מודלים ומוצרים שונים אפשר לקחת גוש חומר גלם ולהוריד ממנו חלקים בהדרגה (subtractive manufacturing, או הוספת חומר באופן הדרגתי, עד שמתקבל התוצר המבוקש (additive manufacturing) – והגישה השנייה היא הבסיס להדפסת התלת ממד.
הטכנולוגיה מאחורי הדפסת תלת ממד
מדפסת תלת ממד עוברת על משטח העבודה וממלאת אותו בצורה נקודתית בחומרים מיוחדים המתקשים לאחר ההדפסה, וכך היא עושה שכבה אחר שכבה עד לסיום הייצור של המודל או המוצר. פעילות המדפסת נשלטת על ידי תוכנה ולכן היא אוטומטית, גמישה באפשרויות ומסוגלת להפיק תוצרים מדויקים מאוד. לא מדובר על הדפסה במובן הרגיל של הפקת תוצרים שטוחים – שיטת הדפסה כגון דפוס משי (או דפוס רשת) המפיקה תוצרים עם עובי מסוים וטקסטורה מיוחדת של פני השטח לא מספיקה כדי ליצור מודל תלת ממד.
הטכנולוגיה המיישמת בפועל את שתי הגישות לייצור התפתחה במקביל, אך הגישה שמוסיפה חומר לשם ייצור התבררה כמאתגרת יותר, לפחות מבחינת יישום ממוכן ושליטה בעזרת מחשב. הרי פשוט יותר ולרוב גם מהיר יותר לקחת אובייקט קיים גדול ולהסיר ממנו חתיכות ושבבים. זהו למעשה עיבוד שבבי, והיו עוד בעבר מכשירים שאפשרו לבצע אותו באופן בסיסי אך די יעיל. חריטה דרשה פתרון להחזקת האובייקט, לסיבובו על צירו במהירות וכן מכשיר קשיח שייצמד אליו ויסיר ממנו חתיכות. מקור הכוח יכול היה להיות דוושת רגל, תנועת מים מהנחל הסמוך ועוד. אך ייצור בשיטה של הוספת חומרים דורש בדרך כלל עבודה מאתגרת, מורכבת וממושכת יותר.
שיטות הדפסה
מבין השיטות השונות שהתפתחו להדפסה בתלת ממד, יש שתי שיטות בולטות במיוחד:
- FDM – שיטה נפוצה מאוד בתחום של הדפסת תלת ממד היא שיטת Fused Deposition Modeling. בשיטה זו מוזן למכונת ההדפסה ברצף חומר גלם בצורת חוט. החוט מותך בתוך המכונה ובעזרת הנוזל שמתקבל מבוצעת ההדפסה, שכבה אחר שכבה. FDM מתאימה במיוחד למי שזקוק להדפסות תלת ממד זולות ופשוטות עם מגוון חומרים
- SLA – מודל תלת ממד ניתן לייצור גם בשיטת ה-stereolithography, אשר עושה שימוש בקרן לייזר ובחומר גלם נוזלי. קרן הלייזר מקשיחה את חומר הגלם לשם יצירת תוצרי ההדפסה השונים. שיטת SLA מתאימה במיוחד כשהדיוק של המודל חשוב, וגם אם דרוש מודל שקוף. יש גם גרסה לכך בשם Selective Laser Sintering, אך היא מיועדת יותר להדפסה בכמויות ופחות למודלים
חומרי הגלם המשמשים להדפסה
חומרי הגלם עבור הדפסת תלת ממד מכונים Filaments, והם תחום מחקר ופיתוח חשוב מאוד בייצור מסוג זה. כיום רואים בכך התפתחויות מרשימות ומבטיחות מאוד, כולל בנישות כמו בטון לייצור מבנים בהדפסת תלת ממד. דוגמה מפתיעה במיוחד שממחישה את התחכום הנוכחי היא שימוש בחומרי גלם ביולוגיים לשם הדפסת איברים.
מבחינת חומרים הקרובים יותר לדרישות הייצור הנפוצות יותר, מדפסות תלת ממד עושות שימוש רב בפלסטיק כחומר גלם (למעשה בפולימרים, שהם המרכיב המרכזי בפלסטיק). הפלסטיק הוא חומר רב-תכליתי ובמקרים רבים הוא מספיק בהחלט עבור הדרישות של הדפסת מודלים. במידת הצורך, מודל תלת ממד עשוי להיות מודפס גם באמצעות כמה חומרים אחרים כמו מתכת או חומרים קרמיים.
הדפסת תלת ממד בתעשייה
הדפסת תלת ממד מיושמת כיום בתעשיות רבות, בהן התעשיות הרפואיות, תעשיית המזון, באדריכלות, בעולם התחבורה, בייצור תכשיטים, פריטי אופנה ועוד. עולם התכנון של מוצרים ומכונות דורש בנייה של מודלים, והדפסת תלת ממד מתאימה לכך מאוד, וזוהי למעשה השיטה המדויקת, המהירה והזולה ביותר למטרה זו.
הדפסת תלת ממד שימושית בעולם התעשייה כבר בשלב של יצירת ציוד ומכונות מסוגים שונים עבור תהליכי ייצור. בניית מכונות לתעשייה היא עולם טכני רחב ומורכב, ובמסגרתו ההליך של תכנון וייצור מכונות סדרתיות עשוי להביא בחשבון גם הדפסת מודלים לניסיון. לשם כך, אפשר יהיה ליצור במהירות מודל תלת ממד בעזרת מדפסת 3D.
הדפסת תלת ממד במפעלים
זה שנים רבות שיש מגמה מתמשכת ומצליחה של הטמעת רובוטיקה בקווי ייצור. הרקע לכך הוא שמפעלים הם סביבות עבודה מבוקרות ומסודרות, שבהן מושקעים משאבים רבים לשם ייעול מתמיד. זה אומר שהן סביבות שבהן חידושים עשויים להיות מוטמעים בזריזות אם הם אכן מוכיחים עצמם כמועילים.
עם זאת, כל מפעל מתמחה בתחומו ומכך נגזר גם אופי הטכנולוגיות שהוא מיישם. רובוטים הם מכונות רב שימושיות, אך רובוטים מסוגים שונים מתאימים יותר עבור משימות שונות – וכך גם מוצרי הדפסת תלת ממד. זוהי טכנולוגיה רבת אפשרויות מעצם טבעה, אך היא לא מתאימה או משתלמת לכל מטרה. מדפסת תלת ממד מתאימה במיוחד לייצור חלקים חד פעמי (כמו הדפסת מודלים), ייצור שדורש התאמה אישית מיוחדת או ייצור חלקים מורכבים במיוחד. היא משתלבת בהדרגה גם בייצור חלקים עד היקף ייצור בינוני.
עלויות הייצור ועוד כל מיני סיבות גורמות לכך שבייצור בהיקף ובקצב גדולים עדיין לא רואים זאת, אבל יש מגמה איטית אך מתמשכת של הרחבת השימוש בהדפסת התלת ממד בתעשייה. לשם ההמחשה: לפי דוח של חברת Protolabs האמריקנית, 70% מהמומחים שהם שאלו, המגיעים מתחומים שונים כולל ייצור, הגדילו ב-2023 את היקף ההדפסות בתלת ממד. 67% מהם השתמשו בכך להדפסת אבות טיפוס ורק 21% מהם השתמשו בכך להדפסת מוצרים או חלקים לשימוש סופי בשטח, לעומת 20% בשנת 2022.
באופן דומה, נותני שירותים משלימים למפעלי תעשייה מתמחים בסוגי שירותים כאלה ואחרים, אבל הם לא בהכרח יספקו גם שירותי הדפסת תלת ממד. הדפסת תלת ממד היא תחום מיוחד למדי, עם מומחים וציוד שונים ביחס לעולמות הייצור והדפוס הרגילים. אצלנו בארק אוטומציה אנחנו מתמחים בתחום של פיתוח וייצור מערכות אוטומציה, רובוטיקה ומכונות שונות בהתאמה לדרישות הלקוח. אנחנו מציעים גם מכונות עיבוד שבבי ו-CNC ושירותי עיבוד שבבי, שירותי שדרוג לטכנולוגיה קיימת במפעלים, עם התמחות מיוחדת במכניקה עדינה ובמציאת פתרונות חדשניים ומקוריים, אבל אנחנו לא עוסקים בהדפסת תלת ממד.
לסיכום
המסקנה המעשית פשוטה וברורה: כשם שיצירת מודל היא חשובה כדי לגשר בין רעיון למוצר הסופי, כך הדפסת תלת ממד היא הפתרון המתאים ביותר כדי לגשר היטב בין הרעיון למודל שלו.
