זמן קריאה: 5 דקות
עיקרי הדברים
- כל טכנולוגיית הדפסה – FDM, SLA ו-SLS – בנויה למשימה אחרת. חיבור לא נכון בין חלק לשיטה מוביל לכשל, לא למכונה פגומה.
- בחירת חומר הגלם חשובה לא פחות מבחירת הטכנולוגיה. אותו קובץ מודפס בחומרים שונים נותן תוצאות שונות לחלוטין.
- SLS מאפשרת גיאומטריות מורכבות ללא תומכים בכלל, מה שהופך אותה לשיטה האפקטיבית ביותר לסדרות פונקציונליות בניילון.
- ייעוץ הנדסי לפני שליחת הקובץ לייצור חוסך עשרות אחוזים בעלות ומונע הזמנת חלק פעמיים.
לקוח הגיע אלינו עם חלק קטן מניילון, ביקש מאה יחידות עמידות שיחזיקו עומס בתוך מכשור רפואי. הוא כבר ניסה אצל ספק אחר שהדפיס לו את הסדרה ב-FDM, וכל החלקים נסדקו בקו ההלחמה בין השכבות. זאת אחת הטעויות הכי נפוצות שאנחנו רואים, ובדרך כלל היא לא נובעת ממכונה גרועה. היא נובעת מבחירה לא נכונה של טכנולוגיה לעבודה. בעולם של טכנולוגיות הדפסת תלת מימד כל שיטה בנויה למשהו אחר, וכשמתאימים את החלק לשיטה הלא נכונה, התוצאה שבירה, יקרה או פשוט לא מתפקדת.
אנחנו ב-Indus3D, המפעל הגדול והמתקדם בארץ להדפסת תלת מימד, מפתח תקווה. אנחנו שולטים ב-7 טכנולוגיות הדפסה כולל הדפסת מתכת, ועד היום הדפסנו מעל 100,000 חלקים לצבא, לרפואה, לתעופה, לאדריכלות, לתעשיית הרכב ולסטארטאפים. במאמר הזה לא נסביר מאפס מהי הדפסת תלת מימד. נסביר משהו שימושי יותר – איך לבחור נכון בין השיטות כדי שלא תשלמו פעמיים.
מה זה בעצם ייצור תוספתי
השוואה בין שלוש טכנולוגיות ההדפסה המובילות – הדרך שבה החומר הופך לחלק מוצק שונה בכל אחת מהן
שיטות ייצור מסורתיות עובדות בחיסור. לוקחים גוש חומר ומסירים ממנו במחרטה או בכרסומת עד שמגיעים לצורה. בייצור תוספתי (Additive Manufacturing) הכיוון הפוך. בונים את החלק מאפס, שכבה אחר שכבה, ומוסיפים חומר רק היכן שצריך אותו. זה משנה את כל הכלכלה של ייצור חלקים מורכבים.
התקן הבינלאומי שמגדיר את התחום הוא ISO/ASTM 52900:2021, שקובע את המינוח הרשמי של ייצור תוספתי ואת עקרון הבנייה בשכבות. זה לא רק עניין אקדמי. כשמהנדס אצלנו מדבר עם מהנדס אצל הלקוח, השפה המשותפת הזאת חוסכת אי הבנות שעולות זמן וכסף. עיקרון השכבה אחר שכבה מופיע גם בדוחות של משרד המדע והטכנולוגיה כתחום שמעודד פיתוח תעשייתי מקומי.
מהן שיטות ההדפסה ואיך הן עובדות בפועל
כל עבודה אצלנו מתחילה בקובץ. מהנדס או מעצב יוצר מודל CAD תלת ממדי, ואז עובר לשלב שנקרא פריסה (Slicing). בתוכנה ייעודית פורסים את המודל למאות או אלפי שכבות דקות, וכל שכבה מקבלת הוראת תנועה מדויקת למכונה. רק אחרי זה מתחילה ההדפסה הפיזית.
בין שיטות הדפסה השונות נמצא הבדלים גדולים בדרך שבה החומר הופך לחלק מוצק. ב-FDM ממיסים חוט פלסטיק דק שמועבר דרך ראש מזרק מחומם, שם הוא הופך לג'ל בדומה לדבק חם, ונמרח שכבה על שכבה. ב-SLA מקשים שרף נוזלי בעזרת אור. ב-SLS ממיסים אבקה בעזרת לייזר. לשירותי הדפסת תלת מימד מקצועיים עבור לקוחות קצה תעשייתיים בישראל, ההבנה של ההבדלים האלה היא בדיוק מה שמפריד בין חלק שעובד לחלק שחוזר אלינו.
מגוון סוגי הדפסה תלת מימד מתחלק בגדול לשני עולמות. פתרונות לפולימרים, שזה רוב העבודה היומיומית, ופתרונות למתכת לחלקים שצריכים לעמוד בתנאי קיצון.
השלישייה המובילה בתעשייה – FDM, SLA ו-SLS
שלוש טכנולוגיות שולטות היום בשוק הייצור של אבות טיפוס וסדרות. כשמדברים על FDM, SLA ו-SLS מדברים למעשה על שלוש פילוסופיות שונות של בנייה. אחת ממיסה חוט, אחת מקשה נוזל, ואחת מלחימה אבקה. כל אחת מצטיינת במשהו אחר, ושום אחת מהן לא טובה לכל דבר.
טכנולוגיית FDM והדפסה בפילמנט תרמופלסטי
FDM (Fused Deposition Modeling) היא הטכנולוגיה הנפוצה ביותר ולרוב הזולה ביותר. ראש הדפסה חם, שנקרא דיזה, נע על צירים וממיס חוט פלסטיק שנקרא פילמנט. החומרים הנפוצים הם PLA, ABS, PETG וגם פולימרים הנדסיים מורכבים יותר כמו ניילון מחוזק בסיבי זכוכית. אנחנו אוהבים את FDM לאבות טיפוס מהירים, לתבניות עזר במפעל ולחלקים פונקציונליים פשוטים.
חשוב להבין שמדפסת FDM שמדפיסה בחומר תרמופלסטי משחררת חלקיקים זעירים. מטא אנליזה שפורסמה בPubMed מצאה פליטה של חלקיקים אולטרה דקים (UFP) ותרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) בזמן ההדפסה. מסמכי הבטיחות של NIOSH ממליצים על אוורור ובקרות הנדסיות. אצלנו זה לא משאיר מקום לספק – יש מערכות סינון ומיצוי בכל אזורי הייצור. שלב חשוב נוסף ב-FDM הוא ה-Post-Processing, כמו הסרת תומכים מכניים, שעליו מצביעים גם מסלולי ההכשרה של משרד העבודה והחינוך.
טכנולוגיית SLA ודיוק מיקרוני בשרף נוזלי
SLA (Stereolithography) עובדת על עיקרון של פוטו פולימריזציה. קרן לייזר UV ממוקדת מקשה שרף נוזלי רגיש לאור, שכבה אחר שכבה. התוצאה היא רזולוציה יוצאת דופן ופני שטח חלקים ביותר. כאן מקבלים את הדיוק הגיאומטרי הגבוה ביותר.
זאת הטכנולוגיה שאנחנו מוציאים לעולמות העיצוב התעשייתי, הרפואה והאופטיקה. לקוח רפואי ביקש מאיתנו דגמי שיניים מדויקים למידול ניתוחי, ו-SLA נתנה לו פרטים שעין אדם בקושי מבחינה בהם. תוכניות הלימוד בעיצוב תעשייתי של מה"ט מלמדות בדיוק את המעבר הזה – הכנת הקבצים והטמעת השיטה לקבלת מודלים מדויקים.
טכנולוגיית SLS וייצור פונקציונלי בלי תומכים
SLS (Selective Laser Sintering) משתמשת בלייזר CO2 חזק שמבצע סינטור – כלומר התכה מקומית – של חלקיקי אבקה פולימרית. החומר הנפוץ ביותר הוא ניילון PA12. כאן נמצא היתרון התכנוני שאין לאף שיטה אחרת. האבקה שלא הותכה נשארת סביב החלק באמבט המכונה ומשמשת בעצמה כתמיכה טבעית.
המשמעות מעשית מאוד. אפשר לייצר גיאומטריות מורכבות, חורים פנימיים ומבנים סבוכים בלי שום מבני תמיכה פיזיים, ובלי לבזבז זמן על הסרתם. זה גם מה שהיה צריך הלקוח מתחילת המאמר. במקום FDM שנסדק, הדפסנו לו את הסדרה ב-SLS בניילון, והחלקים החזיקו את העומס. אוריינטציית החלק במרחב ההדפסה משפיעה ישירות על התכונות המכניות – נושא שמסמך אקדמי של מכללת בראודה מנתח לעומק.
איך בוחרים בין סוגי ההדפסה
זה הרגע שבו רוב הלקוחות מתבלבלים. הם שואלים מה הכי טוב, אבל זאת שאלה לא נכונה. השאלה הנכונה היא מה הכי מתאים לחלק הזה, לשימוש הזה ולתקציב הזה. הטבלה הבאה היא בדיוק מה שמהנדס אצלנו שם מול הלקוח כשמחליטים.
בקצרה. צריך פני שטח מושלמים ופרטים עדינים – SLA. צריך חלק שיחזיק עומס ועם גיאומטריה מסובכת – SLS. צריך אב טיפוס מהיר וזול לבדיקת צורה – FDM. בדרך כלל FDM יספיק לבדיקה ראשונית, אבל לא תמיד, ולכן אנחנו מלווים בייעוץ הנדסי וב-DFAM, תכן מותאם לייצור תוספתי, עוד לפני שהקובץ נכנס לייצור. בעבודה עם סוגי הדפסה תלת מימד שונים, אופטימיזציה של הקובץ חוסכת ללקוח לפעמים עשרות אחוזים בעלות.
לא בטוחים איזו טכנולוגיה מתאימה לחלק שלכם?
שלחו לנו את הקובץ ומהנדס אצלנו יבדוק אותו ויגיד לכם בדיוק מה צריך – לפני שמבזבזים כסף על הדפסה לא נכונה.
למה One Stop Shop משנה את התוצאה
נניח שבחרתם נכון את הטכנולוגיה. הדפסתם חלק יפה ב-SLS. ואז מתברר שצריך גם צביעה, גם ציפוי מתכת וגם עיבוד משלים כדי שהחלק יתפקד בשטח. כאן רוב הלקוחות מגלים שספק ההדפסה שלהם מסיים את העבודה ברגע שהחלק יוצא מהמכונה, והם נשארים לרדוף אחרי בית מלאכה לגימור.
אצלנו זה עובד אחרת. Indus3D נותנת שירות One Stop Shop – מהרעיון ועד המוצר המוגמר תחת קורת גג אחת. יש לנו צוות מהנדסים ומעצבים, ויש לנו מחלקת גימור וצביעה פנימית עם צביעה בטבילה, ציפוי מתכת ועיבוד משלים. כשלקוח אדריכלות פנה אלינו עם דגם אדריכלי מורכב, הדפסנו אותו וגם צבענו וגימרנו אותו בבית, בלי לשלוח אותו לאף מקום. אפשר לראות עוד על הדפסה תלת מימד לאדריכלים בעבודות שכאלה.
בטיחות וגהות בעבודה עם מדפסות תלת מימד
נתון שמפתיע הרבה אנשים. מדפסת תלת מימד שעובדת על פולימר תרמופלסטי היא מקור פליטה שצריך להתייחס אליו ברצינות, בדיוק כמו כל ציוד ייצור אחר. זה לא משהו שמדברים עליו במאמרים גנריים, אבל בשבילנו זה חלק מהיומיום של ניהול מפעל אחראי.
ארגון NIOSH האמריקאי פרסם הנחיות מפורטות שמסכמות מדידות של פליטות בסביבת עבודה ואת הבקרות שמפחיתות חשיפה. במחקר שלהם על אפיון פליטות בסביבה משרדית הם מצאו שריכוז החלקיקים עולה משמעותית בזמן הדפסת FDM. ההמלצות ברורות – אוורור נכון, בחירת חומרים מתאימה ובקרות הנדסיות. אפשר לקרוא את ההנחיות המלאות בפרסום של CDC NIOSH.
בישראל הנושא נמצא תחת פיקוח מינהל הבטיחות והבריאות התעסוקתית במשרד העבודה. כשלקוח מתעשיית הרכב שואל אותנו על תקני בטיחות בייצור, אנחנו לא ממציאים תשובות. אנחנו עובדים לפי בקרות הנדסיות שמותקנות בקו, מנטרים ומאווררים. חלק טוב מגיע ממכונה שעובדת בסביבה נכונה.
חומר הגלם הוא חצי מההחלטה
אפשר לבחור את הטכנולוגיה המושלמת ועדיין להיכשל אם בוחרים חומר לא נכון. ראינו את זה אצל סטארטאפ שביקש חלק שיעמוד בטמפרטורה גבוהה, וניסה PLA כי הוא זול ונוח. PLA מתחיל להתרכך סביב חמישים וחמש מעלות. החלק התעוות במכשיר. אותו חלק ב-ABS או בניילון היה מחזיק בלי בעיה.
זאת הסיבה שבחירת חומר גלם היא שלב שאנחנו לא מדלגים עליו. החומר קובע את העמידות בחום, את החוזק המכני, את הגמישות ואת ההתנהגות לאורך זמן. הטבלה הבאה מראה איך אותו חלק יכול להתנהג אחרת לגמרי לפי החומר.
הלקוח הרפואי שדיברנו עליו קיבל את הפתרון רק כשחיברנו את הטכנולוגיה הנכונה לחומר הנכון. עבודות בתחום הרפואה דורשות תשומת לב מיוחדת, ואנחנו מתמחים בכך, כפי שאפשר לראות בהדפסה תלת מימד לרפואה.
לאן הולך הייצור התוספתי
התחום זז מהר. כבר היום מדפיסים רכיבים בתנאי חלל, וסוכנות החלל הישראלית מתעדת ייצור על פי דרישה בסביבות מרוחקות שבהן אי אפשר להחזיק מלאי חלפים. במחקר מדברים על הדפסת איברים ביולוגיים, על חומרים מרוכבים חכמים ועל פולימרים מתקדמים שמכון ויצמן למדע חוקר ומפתח.
מה זה אומר ללקוח שלנו פה ועכשיו – שהמרחב של מה שאפשר לייצר רק מתרחב. חלק שלפני חמש שנים הצריך תבנית יקרה וזמן המתנה ארוך, היום יוצא מהמכונה תוך יום או יומיים. כשרעיון על מסך הופך לחלק ביד – זה בדיוק מה שהמרחב הזה נותן לנו לעשות שוב ושוב.
סיכום
הבחירה בין FDM, SLA ו-SLS היא לא שאלה של מה הכי טכנולוגי, אלא של מה מתאים לחלק שלכם. הטכנולוגיה קובעת את הגיאומטריה האפשרית ואת סוג הדיוק. החומר קובע את ההתנהגות המכנית והתרמית. שניהם ביחד קובעים אם החלק יתפקד או יחזור אליכם שבור. ייעוץ הנדסי לפני שליחת הקובץ חוסך זמן, כסף וכאב ראש.
אודות הכותב
צוות Indus3D מפעיל את מתקן ההדפסה התלת ממדית התעשייתי הגדול והמתקדם בישראל, ועובד מול לקוחות מתחומי הרפואה, האדריכלות, התעשייה הביטחונית, חברות סטארט אפ ולקוחות פרטיים. הניסיון של הצוות משתרע על פני מגוון טכנולוגיות הדפסה לרבות DLP, MJF, SLA, PolyJet, SLS ו-FDM, וכן ליווי מלא משלב הקובץ או הרעיון ועד לחלק מוגמר.