הדפסת תלת מימד בכמויות: המדריך המלא לייצור סדרתי של חלקים

אלף יחידות זהות של תושבת פלסטיק פונקציונלית, מוכנות לאספקה תוך שבועיים, בלי שאף אחד הזמין תבנית הזרקה. לפני עשור זה היה נשמע כמו טעות בהצעת המחיר. היום זה יום שלישי רגיל אצלנו במפעל בפתח תקווה.

השאלה שלקוחות שואלים אותנו הכי הרבה היא לא אם אפשר להדפיס בכמות. אפשר. השאלה האמיתית היא מתי זה משתלם, ומתי עדיף לכם דווקא ללכת על הזרקת פלסטיק קלאסית. כאן מתחילים החישובים שמפרידים בין החלטה נכונה לבין בזבוז של עשרות אלפי שקלים.

זמן קריאה: 5 דקות

תוכן עניינים
▼

מהפכת הייצור התעשייתי בכמויות

ייצור סדרתי בתלת מימד תעשייתי – מאצווה קטנה ועד אלפי חלקים, ללא תבנית

במשך שנים הדפסת תלת מימד הייתה כלי של חדר פיתוח. מהנדס היה מדפיס דגם אחד, מחזיק אותו ביד, מבין מה לא עובד, ומתקן את הקובץ. אב טיפוס, לא מוצר.

מה שהשתנה זה שהחומרים והמכונות הגיעו לרמה שבה החלק שיוצא מהמדפסת הוא המוצר הסופי עצמו. אנחנו מדפיסים היום חלקי קצה (end-use parts) שנכנסים ישר למכלול אצל הלקוח, בלי שלב ביניים. מרכז הידע של הטכניון מגדיר את התהליך הזה כייצור תוספתי שכבה על שכבה, וזה בדיוק ההבדל מול שיטות שגורעות חומר או יוצקות אותו לתבנית.

המעבר מאבות טיפוס לייצור סדרתי מלא

ייצור סדרתי בתלת מימד פירושו שאתם מתחייבים לכמות, ואנחנו בונים תהליך שמייצר אותה בצורה חוזרת וזהה. ההבדל הכלכלי דרמטי. כשיזם מפתח מוצר חדש, הוא לא יודע אם ימכור 200 יחידות או 20,000. עם הזרקת פלסטיק הוא חייב להמר ולשלם על תבנית מראש. עם הדפסת תלת מימד בכמויות הוא מתחיל בקטן, בודק שוק, ומגדיל את האצווה רק כשהביקוש מוכח.

זה משחרר חברות וסטארטאפים מההימור הגדול. אתם משלמים על מה שאתם מייצרים, מתי שאתם מייצרים אותו.

שירות תעשייתי מותאם תחת קורת גג אחת

אצל Indus3D הלקוח לא מסתובב בין ספקים. אנחנו מחזיקים את כל הקו במקום אחד, מייעוץ התכן הראשוני ועד המוצר הצבוע והמוגמר שמגיע אליכם בקרטון. צוות המהנדסים והמעצבים שלנו יושב עם הקובץ שלכם לפני שמדפיסים בכלל, כי שינוי קטן בעיצוב יכול לחתוך עשרות אחוזים מעלות ייצור החלקים.

השליטה שלנו ב-7 טכנולוגיות הדפסה, כולל מתכת, אומרת שאנחנו בוחרים את הטכנולוגיה לפי הצורך שלכם ולא לפי מה שיש לנו במחסן.

מתי הכמות הופכת את ההדפסה למשתלמת

כאן הלב של ההחלטה. הזרקת פלסטיק זולה ליחידה כשמייצרים המון, אבל יקרה בטירוף בהתחלה. הדפסת תלת מימד הפוכה לגמרי. עלות היחידה כמעט קבועה, אין קפיצת מדרגה ראשונית. נקודת החיתוך בין השתיים היא מה שצריך לחשב, ולא תמיד היא במקום שאתם מנחשים.

הדפסת תלת מימד מול הזרקת פלסטיק

נניח שאתם צריכים 500 יחידות של מארז פונקציונלי. תבנית הזרקה תעלה לכם 80,000 שקל, ועוד כמה שקלים ליחידה. זה אומר 160 שקל ליחידה רק על התבנית, לפני החומר. בהדפסה ישירה מהקובץ הדיגיטלי אתם מדלגים על כל ההשקעה הזו. מחקר של מערך העברת הידע בטכניון על ייצור ללא תבניות מתאר בדיוק את היתרון הזה של דילוג על שלב התבנית, וגם את המגבלות שצריך להכיר במהירות הבנייה.

היתרון הגדול מעבר לכסף הוא הזמן. ה-Time to market מתקצר משבועות לימים. סטארטאפ רפואי שעבד איתנו השיק מוצר לתערוכה תוך שבוע וחצי, כי לא חיכינו לאף תבנית.

גמישות עיצובית וייצור באצוות

ייצור באצוות, batch production, הוא הסוד של הדפסה בכמות. במקום להחזיק מחסן מלא בחלקים שאולי תמכרו, אתם מזמינים אצווה לפי דרישה. נגמר המלאי? מדפיסים עוד אצווה. שיניתם את העיצוב בגרסה הבאה? פשוט שולחים קובץ מעודכן, בלי עלות נוספת על שינוי כלי.

זה רלוונטי במיוחד למוצרים שמתפתחים תוך כדי תנועה. מחקר מאוניברסיטת תל אביב על קביעת גודל אצוות ורצף עבודה מראה איך תזמון נכון של אצוות שולט בעלות ובאיכות גם יחד. אנחנו עושים את זה בפועל מול לקוחות אדריכלות שמזמינים סדרות של אלמנטים דקורטיביים בכמה גרסאות במקביל.

טכנולוגיות שמובילות בסדרות גדולות

לא כל טכנולוגיית הדפסה בנויה לכמות. FDM נהדרת לדגם בודד אבל איטית לאלף יחידות. הטכנולוגיות שבאמת מנצחות בייצור סדרתי הן אלה שממלאות את תא ההדפסה עד הסוף ולא מבזבזות זמן על תומכים.

טכנולוגיות SLS ו-MJF לפולימרים פונקציונליים

הטכנולוגיות מבוססות מצע אבקה (Powder Bed Fusion) עובדות אחרת מכל השאר. החלק נבנה בתוך מיטת אבקה, והאבקה עצמה תומכת בו. זה אומר שאין צורך בתומכים, ושאפשר לסדר עשרות חלקים בתלת מימד אחד מעל השני בתוך תא ההדפסה, מה שמכונה nesting. במקום להדפיס חלק אחד בכל שטח התא, אנחנו ממלאים את כל הנפח.

היתרון הקריטי הוא שהתכונות המכניות של חלק ב-SLS או MJF קרובות מאוד לחלק מוזרק. ניילון PA12 שמודפס ב-MJF נותן חוזק ועמידות שמתאימים לחלקי קצה אמיתיים, לא רק לבדיקה. לקוח מתחום הרכב הזמין מאיתנו אלפי תפסים פנימיים מ-PA12, וביצועי החומר עמדו בדרישות החום שלו בלי בעיה.

הדפסה תעשייתית במתכת ובחומרים מתקדמים

במתכת המשחק שונה. אנחנו מדפיסים חלקים מורכבים מטיטניום ומנירוסטה שיהיה כמעט בלתי אפשרי לייצר בכרסום מסורתי, בגלל גאומטריה פנימית או תעלות קירור. אבל החלק שיוצא מהמדפסת הוא רק חצי מהסיפור. טיפול תרמי שלאחר ההדפסה משחרר מתחים פנימיים וקובע את התכונות המכניות הסופיות, ובלעדיו החלק לא יעמוד בעומס.

מכון החומרים בטכניון מפרט את התהליכים המשלימים בהדפסת מתכת, כולל הטיפולים התרמיים והבדיקות שבלעדיהם אי אפשר לספק חלק לשימוש קצה. כאן נכנסת מחלקת הגימור הפנימית שלנו, עם ציפוי מתכת ועיבוד משלים.

איך מבטיחים איכות עקבית באלף יחידות

חלק אחד יפה זה קל. אלף חלקים זהים זה הנדסה. האתגר האמיתי של ייצור סדרתי הוא שהיחידה ה-847 תהיה זהה במידות ובחוזק ליחידה הראשונה. בלי זה, אין משמעות לכמות.

איך שומרים על אחידות גבוהה בין אצוות

repeatability, היכולת לחזור על אותה תוצאה שוב ושוב, מושגת דרך נעילת פרמטרים. אנחנו מקבעים את כל משתני ההדפסה, טמפרטורה, מהירות, עובי שכבה, וכל הדפסה רצה על אותם ערכים בדיוק. כדי לוודא שהמדפסת עצמה לא נסחפת עם הזמן, אנחנו מדפיסים חפצי בדיקה (test artefacts) ומודדים אותם.

מחקר מאוניברסיטת בן גוריון על חפצי בדיקה ל-FDM ו-SLM מראה איך גוף מדידה ייעודי חושף סטיות דיוק לפני שהן מגיעות למוצר. בהדפסת תלת מימד בכמויות זה ההבדל בין אצווה תקינה לאצווה שצריך לזרוק. ניטור בזמן אמת של תהליך הבנייה משלים את התמונה. אם משהו חורג, אנחנו יודעים תוך כדי ולא בסוף.

בדיקות ותקינה מחמירות

חלק שהולך ללקוח קצה, במיוחד בתעופה או ברפואה, עובר בדיקות מכניות ופיזיקליות לפני שהוא יוצא. מערכת בקרת איכות מסודרת היא לא המלצה, היא דרישה. רישוי מפעלים מסוימים בישראל מחייב במפורש מערך QC מתועד, כפי שרואים בדרישות הרישוי של משרד התחבורה לייצור רכיבי רכב.

אנחנו עובדים מול לקוחות צבא ותעופה שדורשים תיעוד מלא של כל אצווה, ובנינו את התהליכים בהתאם.

איך מכינים פרויקט לייצור סדרתי

הטעות היקרה ביותר שאנחנו רואים אצל לקוחות חדשים היא לקחת קובץ שתוכנן להזרקה ולשלוח אותו להדפסה כמו שהוא. זה עובד, אבל זה מבזבז כסף. עיצוב שמותאם לתלת מימד מהבסיס יכול לחתוך את עלות היחידה משמעותית, ופה משתלם להשקיע מחשבה לפני שמדפיסים אצווה שלמה.

אופטימיזציה של תכנון מכני (DFAM)

Design for Additive Manufacturing זה לתכנן את החלק ככה שינצל את מה שהדפסה יודעת לעשות ושיטות אחרות לא. שלושה מהלכים מורידים עלות מיד. הפחתת משקל על ידי מבנה פנימי חלול במקום מלא, מה שחוסך חומר וזמן בנייה. איחוד חלקים, כשמכלול שהיה מורכב מחמישה רכיבים ובורגים הופך לחלק אחד מודפס. ומניעת עיוותים על ידי תכנון שמתחשב בכיוון הבנייה ובהתכווצות החומר.

כל אחד מהמהלכים האלה מתורגם ישירות לכסף. פחות חומר, פחות זמן מכונה, פחות הרכבה. ולכן אנחנו מעדיפים להיכנס לפרויקט בשלב התכנון ולא אחרי שהקובץ נעול.

עבודה מול Indus3D ומעבר מהיר לייצור

השלבים פשוטים. אתם שולחים לנו קובץ CAD בפורמט STEP, שמשמר את הגאומטריה המדויקת טוב יותר מ-STL. אתם מגדירים את הדרישות הפונקציונליות, חוזק, עמידות בטמפרטורה, מגע עם מזון, או חשיפה לתנאי חוץ. אנחנו בוחרים חומר וטכנולוגיה, ומדפיסים יחידת ביקורת ראשונה (First Article Inspection) לאישור לפני שמריצים את האצווה כולה.

השלב הזה חוסך אסונות. עדיף לגלות שצריך תיקון על יחידה אחת מאשר על אלף. אחרי שהדגם מאושר, האצווה רצה. עם מעל 100,000 חלקים שכבר הדפסנו עבור צבא, רפואה, תעופה, אדריכלות, רכב וסטארטאפים, התהליך הזה מהוקצע אצלנו עד הפרט האחרון. בדרך כלל הוא לוקח ימים ספורים מאישור עד אספקה, אבל לפעמים, כשמדובר בחומר מיוחד או גימור מורכב, זה קצת יותר.

שאלות נפוצות
▼

מה הכמות המינימלית שכדאי להדפיס?

אין מינימום קשיח, אבל ממאה יחידות ומעלה מתחיל להיות הגיוני לבנות תהליך סדרתי עם נעילת פרמטרים, First Article Inspection ובדיקות אצווה. מתחת לזה, בדרך כלל מדפיסים כרגיל ומתמחרים לפי יחידה. שלחו לנו את הכמות ואת הגאומטריה ונגיד לכם בדיוק איפה הגיוני להתחיל.

מה ההבדל המעשי בין SLS ל-MJF לסדרה גדולה?

שתיהן מבוססות אבקת ניילון PA12 ושתיהן מאפשרות nesting מלא של התא. MJF מהירה יותר ונותנת פני שטח חלקים יותר כברירת מחדל. SLS גמישה יותר מבחינת מגוון חומרים, ובחלק מהמקרים מתאימה לחלקים עם דרישות מכניות ספציפיות. הבחירה תלויה בגאומטריה, בדרישות הגמר ובנפח. אנחנו בוחרים עבורכם אחרי שרואים את הקובץ.

כמה זמן לוקח מאישור קובץ עד אספקה?

לאצוות סטנדרטיות בניילון PA12 בדרך כלל מדובר בימים ספורים מאישור ה-First Article. אם הגימור מורכב, נדרשת ציפוי מיוחד או חומר שיש לו זמן הכנה ארוך יותר, זה יכול לקחת שבוע עד שבועיים. אנחנו מציינים את זמן האספקה הצפוי כבר בשלב הצעת המחיר.

אפשר לשנות עיצוב בין אצווה לאצווה?

אפשר, וזה אחד היתרונות הגדולים של ייצור דיגיטלי. אתם שולחים קובץ מעודכן, עוברים ב-First Article קצר על השינויים, ומדפיסים. אין תבנית לשנות ואין עלות כלי. כמובן שאם השינוי משמעותי, כדאי לבדוק אותו ביחידת ביקורת לפני שמריצים אצווה שלמה.

האם אתם מספקים תיעוד QC לכל אצווה?

כן, עבור לקוחות בתעופה, ביטחון ורפואה אנחנו מספקים תיעוד מלא של פרמטרי ההדפסה, תוצאות הבדיקות ואישור אצווה. עבור ייצור סדרתי סטנדרטי, רמת התיעוד מוגדרת מראש בהצעת המחיר לפי דרישות הפרויקט.

ייצור סדרתי בתלת מימד הוא כלי אמיתי עם יתרונות כלכליים מדידים, בתנאי שבוחרים את הטכנולוגיה הנכונה, מתאימים את העיצוב לתהליך ובונים מנגנון בקרת איכות מראש. הנקודה שבה הדפסה מנצחת הזרקה היא לא בכמות הגדולה, אלא בגמישות, במהירות ובהיעדר ההשקעה הראשונית שמאפשרת לבדוק שוק לפני שמתחייבים.

אם יש לכם מוצר שאתם שוקלים לייצר בכמות, שלחו לנו קובץ וספרו לנו מה החלק צריך לעשות. אנחנו נגיד לכם בכנות אם הדפסה בכמות היא הדרך הנכונה עבורכם, או שעדיף לכם משהו אחר.