בורג פלסטיק קטן נשבר בתוך מכונת אריזה בקו ייצור של מפעל מזון. המכונה עוצרת. החלק המקורי הגיע מספק בחו"ל, וזמן האספקה שלו הוא אחת עשרה שבועות. אצל מי שמחזיק מדפסת תלת מימד תעשייתית בקומת הייצור, החלף החדש יוצא מתא ההדפסה תוך שבע שעות, מחומר ניילון מחוזק שעמיד יותר מהמקור. זה ההבדל בין קו שעומד לבין קו שממשיך לעבוד.
אנחנו ב-Indus3D רואים את הסיפור הזה חוזר על עצמו אצל לקוחות מתעשיית הרכב, התעופה והרפואה. המעבר מהזרקת פלסטיק ועיבוד שבבי אל ייצור תוספתי לא קרה כי הטכנולוגיה הישנה גרועה. הוא קרה כי לפעמים אתה צריך מאה חלקים בהתאמה אישית, לא מאה אלף חלקים זהים, ותבנית הזרקה אחת עולה עשרות אלפי שקלים לפני שהדפסת חלק בודד אחד.
זמן קריאה: 5 דקות
עיקרי הדברים
- מדפסת תעשייתית שומרת על סטיית מידות מינימלית לאורך אלפי הדפסות – מדפסת שולחנית לא מסוגלת לכך מבחינה מכנית
- חומרים הנדסיים כגון ULTEM ו-PEEK דורשים טמפרטורות קיצוניות שרק מערכות ייעודיות יכולות לספק בצורה יציבה
- הבחירה בין FDM, SLS ו-SLA משפיעה ישירות על הדיוק, עלות החלק ומורכבות הגאומטריה האפשרית
- רכישת מכונה עצמית מוצדקת רק בנפח הדפסה קבוע וגבוה – צרכים משתנים מתאימים יותר למודל של ספק חיצוני
המהפכה השקטה של הייצור הגמיש
שיטות הייצור המסורתיות בנויות על היגיון של כמות. אתה משקיע בתבנית, בתשתית ובכלי עבודה, ואז מפזר את העלות הזו על אלפי יחידות. ברגע שאתה צריך סדרה קטנה, או גרוע מכך, חלק אחד שמותאם בדיוק למוצר מסוים, הכלכלה הזו מתהפכת עליך.
כאן נכנס הייצור התוספתי. אין תבנית, אין כלי עבודה, אין זמן הכנה ארוך. יש קובץ דיגיטלי ומדפסת. מפעל שעבר לייצור תעשייתי מבוסס הדפסה יכול לייצר חמישים גרסאות שונות של אותו רכיב באותו שבוע, כל אחת בכמה יחידות, בלי לעצור את הקו ובלי להזמין תבנית חדשה לכל שינוי קל.
היתרון הגדול ביותר מתגלה דווקא במחלקות המחקר והפיתוח. מהנדס שמתכנן רכיב חדש רוצה להחזיק אותו ביד, לא רק לראות אותו על מסך. כשהוא יכול להדפיס אב טיפוס בבוקר, לבדוק אותו בצהריים ולהדפיס גרסה מתוקנת בערב, מחזור הפיתוח מתקצר משבועות לימים. ממשלת ישראל והאקדמיה זיהו את התחום הזה כמנוע צמיחה לתעשייה המקומית, כפי שעולה מתוך דו"ח משרד המדע והטכנולוגיה בנושא הדפסה תלת מימדית.
למה מדפסת שולחנית קורסת בעומס של מפעל
שלוש הטכנולוגיות המרכזיות בהדפסה תעשייתית ואיך לבחור ביניהן לפי סוג החלק
הטעות היקרה שאנחנו פוגשים שוב ושוב היא הזו. מנהל תפעול קונה מדפסת שולחנית בכמה אלפי שקלים, היא עובדת יפה חודש, ואז מתחילות הבעיות. החלקים יוצאים עם מידות שונות בכל הדפסה, השילדה רוטטת, וראש ההדפסה נסתם באמצע סדרה של מאתיים יחידות.
מדפסת שולחנית בנויה לתחביב ולהדפסה מזדמנת. הדפסת תלת מימד תעשייתית בנויה לרוץ עשרים וארבע שעות ביממה, שבעה ימים בשבוע, עם אותה תוצאה בדיוק בכל פעם. ההבדל הוא לא בגודל בלבד. הוא ביציבות המכנית, באיכות הרכיבים האלקטרוניים, ובמערכות הבקרה שמודדות ומתקנות את התהליך תוך כדי עבודה.
רכיב קריטי אחד שמפריד בין שתי הקטגוריות הוא תא ההדפסה. במכונה תעשייתית התא סגור ומחומם לטמפרטורה קבועה. החום האחיד מונע התכווצות לא אחידה של הפלסטיק, שגורמת לעיוות שנקרא וורפינג. בלי תא מחומם, חלק ארוך מ-ABS יתעקם בקצוות וייצא פסול.
החזרתיות היא הלב של העניין. מפעל שמייצר רכיב רפואי צריך להיות בטוח שהחלק האלף נראה ומתפקד בדיוק כמו החלק הראשון. מכונה תעשייתית מתוכננת לשמור על סטיית מידות מינימלית לאורך אלפי הדפסות, וזה בדיוק מה שמערכת בקרה בזמן אמת אמורה להבטיח, כפי שמתואר במחקרי המדידה של NIST בנושא ניטור תהליכי ייצור תוספתי.
חומרים הנדסיים שדורשים חום קיצוני
החומר הוא לרוב מה שמכריע אם הפרויקט יצליח. רכיב שעובד ליד מנוע חם זקוק לפלסטיק שעומד ב-200 מעלות בלי להתרכך. כאן נכנסים החומרים ההנדסיים. ULTEM, שזה שם מסחרי ל-PEI, מחזיק טמפרטורות גבוהות ועומד בדרישות בטיחות אש בתעופה. PEEK חזק כמעט כמו מתכת ביחס למשקלו. ניילון מחוזק בסיבי פחמן נותן קשיחות גבוהה במשקל נמוך.
הבעיה היא שהחומרים האלה לא מודפסים על כל מכונה. ULTEM דורש טמפרטורת אקסטרודר של מעל 350 מעלות וטמפרטורת תא של מעל 140 מעלות. רק מערכות תעשייתיות ייעודיות מגיעות לערכים האלה ושומרות עליהם יציבים לאורך הדפסה ארוכה. ניסינו פעם לעזור ללקוח מתעשיית הרכב שהדפיס תושבת מ-PEEK על מכונה לא מתאימה. החלק יצא חלש ושביר כי הטמפרטורה לא הספיקה לאיחוי מלא בין השכבות.
נפח הדפסה גדול שחוסך הרכבה
כשנפח ההדפסה גדול, אתה מדפיס חלק שלם במקום לחתוך אותו לתתי חלקים ולהדביק. כל תפר הדבקה הוא נקודת תורפה מכנית ועוד שלב עבודה. לקוח מתחום האדריכלות הזמין אצלנו דגם בניין באורך 80 סנטימטר. במכונה קטנה היינו צריכים להדפיס שמונה חלקים ולחבר אותם, עם סיכון לאי התאמות בתפרים. במכונת הפורמט הגדול הדפסנו את כל המבנה ברצף אחד.
הדפסה בקנה מידה גדול מביאה אתגרים הנדסיים משלה. ככל שהחלק גדול יותר, ההצטברות של מתחים תרמיים מסוכנת יותר, והתכנון המבני של תהליך ההדפסה הופך קריטי. הנושא הזה נחקר לעומק במאמר של הטכניון בנושא ייצור תוספתי בקנה מידה גדול, שמפרט את הפתרונות המבניים הקיימים היום.
לא בטוחים איזו טכנולוגיה מתאימה לחלק שלכם?
צוות ההנדסה של Indus3D עובר על הקובץ או על הדרישה שלכם ומציע את הטכנולוגיה והחומר המתאים ביותר לפי הפרמטרים הטכניים של הפרויקט.
שלוש הטכנולוגיות שמנהל חייב להכיר
אלפבית הקיצורים בעולם ה-industrial 3d printing מבלבל גם מנהלים מנוסים. בואו נעשה סדר בשלוש המובילות. FDM, שנקראת גם FFF, מתיכה חוט פלסטיק דרך ראש מחומם ומניחה אותו שכבה על שכבה. בדומה לדבק חם שיוצא מאקדח. זו הטכנולוגיה הזולה והגמישה ביותר, ומתאימה לאבי טיפוס פונקציונליים ולחלקים גדולים.
SLS עובדת אחרת לגמרי. לייזר ממיס אבקת ניילון נקודה אחר נקודה, והאבקה שלא נמסה תומכת בחלק. זה אומר שאפשר להדפיס גאומטריות מורכבות עם חללים פנימיים בלי מבני תמיכה. SLA ו-DLP מקשיחות שרף נוזלי באמצעות אור ומגיעות לפני שטח חלקים במיוחד ולדיוק גבוה, מה שמתאים לדגמים ויזואליים ולחלקים זעירים.
אנחנו שולטים בשבע טכנולוגיות הדפסה, כולל הדפסת מתכת, ולכן אנחנו בוחרים את הכלי לפי הצורך ולא להפך. ההגדרות והמינוח של כל הטכנולוגיות האלה מעוגנים בתקן ISO/ASTM 52900 שמשמש כשפה משותפת לתעשייה.
| טכנולוגיה | דיוק | עלות יחסית | מתאים במיוחד ל |
|---|---|---|---|
| FDM / FFF | בינוני | נמוכה | אבי טיפוס פונקציונליים, חלקים גדולים, חומרים הנדסיים |
| SLS | גבוה | בינונית עד גבוהה | חלקים מורכבים ללא תמיכות, סדרות ייצור קטנות |
| SLA / DLP | גבוה מאוד | בינונית | פני שטח חלקים, דגמים ויזואליים, חלקים זעירים מדויקים |
| הדפסת מתכת | גבוה | גבוהה | רכיבים פונקציונליים סופיים, תעופה, רפואה |
בקרת איכות ותקנים שמגנים על הקו
בקרת איכות בציוד תעשייתי מתחילה כבר תוך כדי ההדפסה. חיישנים מנטרים טמפרטורה, מהירות הנחה ואחידות שכבות, ומערכת הבקרה מתקנת סטיות בזמן אמת. מפעל שמייצר חלק שמותקן במכשיר רפואי לא יכול לסמוך על בדיקה בסוף בלבד. הוא צריך תהליך מתועד וחזרתי.
כאן נכנסת התקינה. עמידה בתקן ISO/ASTM 52920 שעוסק בעקרונות הסמכה לאתרי ייצור תוספתי, מבטיחה שהתהליך עצמו אמין ושאפשר לשחזר אותו. מפעלים בישראל שמייעדים חלקים לתעשיות מפוקחות נדרשים להוכיח ציות, ואפשר לאתר את התקנים הרשמיים הרלוונטיים דרך מנוע חיפוש התקנים הרשמיים של משרד הכלכלה.
איפה בטיחות הופכת לשיקול תפעולי כבד
נושא אחד שמנהלים נוטים לפספס הוא הבטיחות, במיוחד בהדפסת מתכת. אבקות מתכת דקות הן חומר רגיש. בריכוז ובתנאים מסוימים הן יוצרות סיכון של דליקה ואפילו פיצוץ אבק. זה לא נושא תיאורטי, זה דורש תכנון של מערכת אוורור, סינון, והיררכיית אמצעי מיגון ברורה.
ה-NIOSH האמריקאי פרסם מסמך הנחיות מפורט על בטיחות בעבודה עם אבקות מתכת בהדפסה תלת מימד, שמרכז את השאלות שכל מפעל חייב לשאול לפני שהוא מכניס מערכת כזו. OSHA מתייחס לאבק דליק כסכנת פיצוץ ממשית, וזו אחת הסיבות שמפעל לא תמיד צריך להחזיק את הציוד אצלו.
לכן חלק גדול מהלקוחות שלנו בוחרים להדפיס דרכנו במקום להקים תשתית בטיחות מורכבת בעצמם. כשהציוד, האוורור והידע נמצאים אצל ספק מנוסה, המפעל מקבל את החלק בלי לקחת על עצמו את ניהול הסיכון. הצוות שלנו עבד על מעל 100,000 חלקים, ובדרך הזו צברנו את הנהלים שמערכת חדשה במפעל לוקחת שנים לפתח.
השאלה האמיתית – לקנות מכונה או להדפיס דרך ספק
כאן נכנס שיקול הכדאיות. הפיתוי לקנות מדפסת ולהדפיס הכל בבית מובן, אבל הוא לא תמיד נכון. רכישת מכונה תעשייתית היא הוצאת הון משמעותית, ואליה מצטרפים עלויות תפעול שוטפות, תחזוקה, חומרי גלם, ואיש צוות שיודע להפעיל ולתחזק את המערכת.
מצד שני, ייצור מקומי לפי דרישה חוסך מלאי מת. במקום להחזיק מדף עם חלפים שאולי לעולם לא ישתמשו בהם, אתה מדפיס את החלק כשצריך אותו. זה מקצר את ה-Lead Time של חלקי חילוף ומשחרר שטחי אחסון יקרים. ההיגיון הזה מקבל רוח גבית ממשלתית, כפי שעולה ממסמך מרכז המחקר והמידע של הכנסת בנושא קידום ייצור מתקדם בישראל.
בדרך כלל, מפעל עם נפח הדפסה קבוע ומספק יצדיק רכישת מכונה משלו. אבל אם הצורך שלכם משתנה, או דורש כמה טכנולוגיות שונות, מודל של ספק חיצוני הגיוני יותר. אצל Indus3D אתם מקבלים ליווי מהרעיון ועד המוצר המוגמר תחת קורת גג אחת, כולל ייעוץ הנדסי, גימור וצביעה פנימיים, ותמיכה שוטפת לאורך הפרויקט.
| שיקול | רכישת מדפסת עצמית | הדפסה דרך Indus3D |
|---|---|---|
| השקעה ראשונית | גבוהה מאוד | אין, תשלום לפי פרויקט |
| מגוון טכנולוגיות | מוגבל למכונה שנרכשה | שבע טכנולוגיות כולל מתכת |
| בטיחות ותחזוקה | באחריות המפעל | באחריות הספק |
| גימור וצביעה | דורש ציוד נוסף | מחלקה פנימית, טבילה וציפוי מתכת |
| מתאים ל | נפח קבוע וגבוה | צרכים משתנים, סדרות קטנות, פרויקטים מורכבים |
מה קורה למפעל שלא עושה את המעבר
המהנדסים שלנו רואים את הפער מתרחב. מפעל שמסתמך רק על תבניות וספקים בחו"ל נשאר תלוי בזמני אספקה ארוכים ובמלאי גדול. מתחרה שמחזיק יכולת ייצור תוספתי, בעצמו או דרך ספק, מגיב לשינויים תוך ימים ומפתח מוצרים מהר יותר.
הגמישות הזו היא לא מותרות. היא ההבדל בין מי שמספיק לתפוס חלון שוק לבין מי שמגיע אחרי שהוא נסגר. תעשיית הרפואה, הרכב והתעופה כבר מבינות את זה, וגם סטארטאפים שצריכים אב טיפוס אתמול פונים אלינו.
אם אתם שוקלים את הצעד הזה, נשמח לשבת אתכם ולעשות אפיון צרכים מסודר. לפעמים התשובה היא מכונה משלכם, לפעמים זה ייצור דרכנו, ולפעמים זה שילוב. אנחנו אוהבים את הרגע שבו רעיון על מסך הופך לחלק שאתם מחזיקים ביד, ונשמח להגיע אליו אתכם.
מדפסת תלת מימד תעשייתית היא כלי ייצור שמשנה את הכלכלה של סדרות קטנות, חלקי חילוף וקצב פיתוח. ההבדל ממדפסת שולחנית הוא לא רק ביכולות הפורמאליות, אלא בחזרתיות, בחומרים הנגישים, ובאמינות שמפעל פועל לפיה. הבחירה בין הטכנולוגיות השונות – FDM, SLS, SLA, ומתכת – תלויה בגאומטריה, בחומר הנדרש ובכמות. ושאלת הקנייה מול המיקור חוץ תלויה בנפח ובעומק הצורך הספציפי שלכם.
רוצים לדעת איזו טכנולוגיה מתאימה לחלק שלכם?
שלחו לנו קובץ, רישום או תיאור של הפרויקט. הצוות יחזור אליכם עם המלצה טכנית מנומקת ואומדן ראשוני, בלי התחייבות.
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.