ג'יגים הדפסת תלת מימד: המדריך המלא לייעול תהליכי ייצור

מתקן קיבוע אחד מאלומיניום מעובד עלה ללקוח שלנו 4,200 שקל והגיע אחרי שלושה שבועות. הגרסה המודפסת של אותו מתקן, בפוליאמיד PA12, עלתה פחות מעשירית מהסכום והייתה על שולחן ההרכבה למחרת בבוקר. המאמר הזה מסביר מתי ג'יג או פיקסטורה מודפסים מחליפים ייצור שבבי, אילו חומרים וטכנולוגיות מתאימים לכל סוג מתקן, ומתי בכל זאת עדיף להישאר עם עיבוד שבבי מסורתי.

זמן קריאה: 9 דקות

המספר שמנהלי ייצור לא אוהבים לראות

ג'יגים בהדפסת תלת מימד הם היום הדרך הזולה ביותר לפתור את הפער בין הצורך בקו לבין מה שהמחלקה הטכנית מסוגלת לספק. ג'יג הוא מתקן עזר שמכוון כלי או חלק למקום מדויק, ובלעדיו כל הרכבה תלויה בעין של העובד ובזיכרון שלו.

ב-Indus3D אנחנו מייצרים כלי עזר לייצור בשבע טכנולוגיות הדפסה, כולל הדפסת מתכת, ומעל 100,000 חלקים כבר יצאו מהמפעל שלנו בפתח תקווה. חלק גדול מהם אינם מוצר סופי אלא כלים שעוזרים לייצר מוצר אחר. זה הקטע הפחות זוהר של התעשייה, וגם המשתלם ביותר.

מה בעצם ההבדל בין ג'יג לפיקסטורה

המונח jigs and fixtures מגיע מעולם עיבוד השבבים, ורוב האנשים משתמשים בשני החלקים שלו כאילו הם אותו דבר. הם לא. ההבחנה משנה כבר בשלב התכנון, כי היא קובעת אילו כוחות המתקן צריך לספוג ואיזה דיוק נדרש ממנו.

ג'יג מכוון, פיקסטורה מחזיקה

ג'יג מוביל את הכלי. מדריך קידוח שמכתיב לקודח בדיוק לאן להיכנס הוא ג'יג קלאסי, והדיוק שלו נמדד בעשיריות מילימטר. פיקסטורה, לעומתו, לא נוגעת בכלי בכלל. היא תופסת את החלק, מקבעת אותו ומוודאת שהוא לא זז במהלך ריתוך, הדבקה, בדיקה או צילום.

בפועל הרבה מתקני ייצור הם היברידיים. תפסנית שמחזיקה מארז אלקטרוני וגם מכתיבה את מיקום הבורג הראשון עושה את שתי העבודות, ואת זה בדיוק קל לייצר בהדפסה ומסובך לייצר בחריטה.

איך מתקן פשוט מונע טעות אנוש

העיקרון נקרא Poka-Yoke, והוא אומר שהמתקן צריך למנוע פיזית הרכבה שגויה. אצל לקוח מתחום הרכב הדפסנו פיקסטורה שבה חריץ אחד אסימטרי בכוונה. אם הרכיב מונח הפוך, הוא פשוט לא נכנס. שיעור התקלות באותה תחנה ירד לאפס תוך שבועיים, בלי הדרכה ובלי נוהל חדש.

הגאומטריה הזאת עולה כלום בהדפסה. בעיבוד שבבי היא הייתה דורשת שני סבבי תכנות ומכונה חמישה צירים.

ייצור מוסף מול ייצור מגרע בשפה של כסף

עיבוד שבבי מתחיל מבלוק אלומיניום ומוריד ממנו חומר עד שנשאר החלק. פחת של 70 עד 90 אחוז בגוש חומר גלם הוא דבר שבשגרה במתקנים מורכבים. הדפסה עובדת הפוך, שכבה על שכבה, ומייצרת בערך את מה שצריך ולא יותר.

אבל החיסכון האמיתי אינו בחומר. הוא בזמן ההנדסי. תכנות מסלול כלי, הכנת תפיסות למכונה והמתנה לחלון פנוי בבית מלאכה חיצוני עולים יותר מהאלומיניום עצמו. קובץ STL נשלח בערב, המכונה עובדת בלילה, והמתקן יוצא לגימור בבוקר.

המשרד הראשי במשרד הכלכלה מסווג ייצור מתווסף כטכנולוגיה לעידוד פריון במפעלים, ואפשר לראות את ההתייחסות המלאה בהוראת המנכ"ל בנושא ייצור מתקדם.

הטעות שחוזרת כמעט אצל כל לקוח חדש

לקוחות מגיעים אלינו עם קובץ של מתקן שתוכנן לעיבוד שבבי ומבקשים להדפיס אותו כמו שהוא. זאת הטעות. חלק שתוכנן לחריטה מלא במשטחים ישרים, בעוביים אחידים ובכיסים שנועדו לכלי סיבובי, וכשמדפיסים אותו מקבלים חלק כבד, יקר ולא יעיל.

מתקן שתוכנן להדפסה נראה אחרת לגמרי. יש בו מבנה פנימי חלול, דפנות משתנות בעובי לפי העומס, ידיות אורגניות שמתאימות לכף יד, וחורים לשקעי הברגה מתכתיים רק במקומות שנשחקים.

לכן אנחנו כמעט תמיד מבקשים לראות את שרטוט המוצר עצמו ולא רק את שרטוט המתקן. צוות המהנדסים והמעצבים שלנו מתכנן מחדש, ובדרך כלל יוצא מתקן קל ב-40 עד 60 אחוז מהמקור.

מתקן מקורי לעיבוד שבבי לעומת גרסה מתוכננת מחדש להדפסה

איך בוחרים טכנולוגיה למתקן ספציפי

אין תשובה אחת. מדריך קידוח שנמצא בשימוש שלוש פעמים ביום דורש חומר אחר ממתקן בדיקה שנועד לסדרת פיילוט של חמישים יחידות. הטבלה הבאה מסכמת את ההיגיון שאנחנו עובדים לפיו במפעל.

מדריך קידוח ומתקן הרכבה שהחליפו חריטה

מדריך קידוח לפאנל חשמל היה בעבר לוח פלדה עם בושינגים. אצל לקוח מתחום התשתיות הדפסנו את אותו לוח ב-PA12 עם בושינג פלדה מוכנס בלחיצה. משקל הכלי ירד מ-3.1 קילו ל-640 גרם, והעובד שסוחב אותו לאורך משמרת הרגיש את ההבדל כבר ביום הראשון.

מתקן הרכבה לכרטיס אלקטרוני הוא סיפור אחר. שם הבעיה הייתה שהכרטיס התכופף בזמן הלחמה. תכננו מצע תמיכה מודפס עם חורי בריחה לחום, במיקום מדויק מול הפינים, והפחת בסדרה ירד משמעותית. הודפס ב-FDM מ-ASA, כי החומר עומד בטמפרטורות של תחנת ההלחמה בלי להתעוות.

מד בדיקה, אצבע רובוט ומסכת צביעה

מד Go/No-Go מודפס ב-SLA הוא אחד השימושים המשתלמים ביותר שראינו. הוא לא מודד מספר, הוא עונה אם החלק עובר או נופל. יצרן רפואי שעבד איתנו החליף שלושה מדי דיוק יקרים בשישה מדים מודפסים, אחד לכל וריאנט מוצר, ובדיקת הקבלה התקצרה בערך בחצי.

אצבעות תפיסה לזרוע רובוטית מודפסות ב-MJF כמעט תמיד. הן קלות, ומשקל נמוך בקצה הזרוע מאפשר תאוצה גבוהה יותר ומחזור עבודה מהיר יותר.

מסכות צביעה הן המקרה שבו הדפסה מנצחת בגדול. גאומטריה שעוקבת בדיוק אחרי קימור המוצר לא ניתנת לייצור בכלי חיתוך, ואצלנו היא יוצאת ישר מהקובץ ועוברת למחלקת הצביעה באותו בניין.

מדי בדיקה, אצבעות תפיסה ומסכות צביעה שיוצאו מהמפעל

חומרים שמחזיקים מול שמן קירור ומכות

רצפת ייצור אינה סביבה נקייה. מתקן סופג נזילות שמן, נופל מהשולחן, נשטף באלכוהול ולפעמים יושב ליד תנור. בחירת החומר היא ההחלטה שקובעת אם המתקן ישרוד שנתיים או שלושה שבועות.

מתי בוחרים ניילון ומתי קרבון

PA12 בהדפסת SLS או MJF הוא ברירת המחדל שלנו לרוב התקני ייצור. הוא קשוח, סופג מכות בלי להישבר ולא מתפורר מול נוזלי קירור. כשצריך קשיחות גבוהה יותר עוברים לניילון מחוזק סיבי פחמן, שמתנהג כמעט כמו אלומיניום מבחינת התנגדות לכיפוף.

ABS ו-ASA מתאימים למתקנים גדולים שבהם הדיוק פחות קריטי והמחיר קובע. PETG טוב לסביבה לחה. בדרך כלל FDM יספיק, אבל כשהמתקן צריך לעמוד בטמפרטורה של 120 מעלות ברציפות נעבור לפוליקרבונט או ישר להדפסת מתכת.

הברגות ופינים מתכתיים בתוך חלק מודפס

הברגה שנחתכת ישירות בפלסטיק תישחק אחרי כמה עשרות סבבי הידוק. הפתרון פשוט. מתכננים שקע ייעודי ומכניסים תותב הברגה מפליז בחום או בלחיצה, ואז הבורג עובד מול מתכת ולא מול פולימר.

אותו היגיון עובד עם פיני מיקום מפלדה מוקשה. הפין נושא את הדיוק והשחיקה, הגוף המודפס נושא את הגאומטריה. מחלקת הגימור והעיבוד המשלים שלנו מבצעת את ההרכבות האלה במפעל, כך שהמתקן מגיע ללקוח מוכן לעבודה ולא כערכת חלקים.

מה קורה כשהמוצר משתנה באמצע

לקוח מתחום התעופה שלח אלינו פיקסטורה ביום ראשון. ביום שלישי התברר שהמהנדסים שינו את מיקום המחבר בשני מילימטרים. עדכנו את הקובץ, הדפסנו מחדש, והגרסה השנייה יצאה ביום רביעי בבוקר.

בעיבוד שבבי אותו שינוי היה מחייב הזמנה חדשה, תכנות חדש והמתנה נוספת. פה זה עלה שעתיים של מהנדס ולילה של מכונה. היכולת לבצע איטרציה מהירה היא הסיבה שהרבה מפעלים מפסיקים לתכנן מתקנים "לנצח" ומתחילים לתכנן אותם לגרסה הנוכחית של המוצר.

כשהלחץ באמת גבוה אנחנו נכנסים למסלול הדפסת תלת מימד דחופה, שבו מתקן פשוט יכול לצאת מהמפעל תוך פחות מיממה.

מתי בכל זאת עדיף להישאר עם CNC

לא כל מתקן צריך להיות מודפס, ומי שאומר אחרת מוכר לכם משהו. פיקסטורה שנושאת עומס של מאות קילוגרמים, מתקן שמותקן ישירות על שולחן מכונת עיבוד וסופג רעידות, או כלי שדורש דיוק חוזר של מאיות מילימטר לאורך שנים, יישארו בינתיים במתכת מעובדת.

גם סדרות גדולות מאוד של אותו מתקן זהה משנות את החשבון. מעל כמה מאות יחידות, יציקה או עיבוד עשויים להיות זולים יותר ליחידה.

הגבול הזה זז כל הזמן. הדפסת מתכת מקרבת חלק מהמקרים האלה לצד המודפס, ובחלק מהפרויקטים אנחנו מייצרים גוף מודפס עם משטחי ייחוס מעובדים במכונה. השילוב הזה נותן את הזמן של ההדפסה ואת הדיוק של העיבוד.

מקרים שבהם עיבוד שבבי עדיין עדיף על הדפסה

כיול, הדירות ותקינה של מתקן מודפס

מתקן שאין לו נוהל בדיקה הוא סיכון. פולימרים סופגים לחות, משנים מידות קלות עם הזמן ונשחקים באזורי מגע. לכן כל מתקן שיוצא מאיתנו ללקוח בתחום רפואי או ביטחוני מקבל מספר סידורי מודפס בגוף החלק ותאריך ייצור.

אצל לקוחות שעובדים תחת ISO אנחנו ממליצים על בדיקת מידות תקופתית מול חלק ייחוס, בדיוק כמו שעושים לכלי מדידה. מי שרוצה להעמיק בהיבטי התקינה של ייצור מתווסף ימצא חומר טוב במבוא לתקינה ורגולציה בהדפסת תלת ממד של לשכת המהנדסים.

נקודה קטנה מהשטח. אנחנו מדפיסים מתקני בדיקה בכתום זוהר בכוונה, כדי שלא יתערבבו עם החלקים האפורים על השולחן. זה נשמע שולי עד שמחפשים מד בדיקה בין ארבעים חלקי אלומיניום.

מה מוסיף גימור למתקן ייצור

הרבה לקוחות חושבים שהדפסה נגמרת כשהמכונה מפסיקה לעבוד. בפועל, השלב שאחריה קובע כמה זמן המתקן יחזיק ואיך הוא מרגיש ביד. הטבלה מסכמת את רמות השירות שאנחנו מציעים על אותו מתקן עצמו.

למה One Stop Shop משנה בפרויקט כזה

מתקן ייצור עובר בין הרבה ידיים. מישהו מתכנן, מישהו מדפיס, מישהו מכניס הברגות, מישהו צובע. כשכל שלב יושב אצל ספק אחר, כל תקלה קטנה מוסיפה שבוע.

אצלנו בפתח תקווה הכל קורה תחת קורת גג אחת. המהנדס שמתכנן את הפיקסטורה יושב מאה מטר ממכונת ה-MJF וממחלקת הגימור והצביעה, וכשמשהו לא יושב טוב הוא הולך לראות במו עיניו במקום להתכתב במייל. הלקוח מקבל ספק אחד שאחראי על התוצאה.

אפשר לראות את ההיקף המלא של הטכנולוגיות והשירותים במפעל ההדפסה התלת ממדית של Indus3D.

תהליך עבודה מרוכז מתכנון ועד גימור באותו מפעל

מאיפה מתחילים בקו הייצור שלכם

קחו שעה והסתובבו בקו עם דף. סמנו כל תחנה שבה עובד מחזיק חלק ביד חופשית, כל מקום שבו נדרשת מדידה ידנית חוזרת, וכל נקודה שבה קרו יותר משתי טעויות הרכבה בחודש האחרון. אלה המועמדים הראשונים למתקן מודפס.

בחרו מתוכם את הפשוט ביותר והתחילו ממנו. מתקן אחד שעובד משכנע את רצפת הייצור יותר מכל מצגת.

ג'יג או פיקסטורה מודפסים פותרים בעיה יומיומית בקו הייצור במחיר נמוך משמעותית מעיבוד שבבי ובזמן אספקה של יום עד יומיים במקום שבועות. הבחירה בין ג'יג לפיקסטורה, בין הטכנולוגיות השונות ובין הדפסה לעיבוד שבבי תלויה בעומס, בדיוק הנדרש ובכמות ההרכבות בקו. הדרך הפשוטה ביותר להתחיל היא לשלוח קובץ של מתקן אחד קיים או של תחנה בעייתית ולקבל חוות דעת מהנדסית לגבי החומר, הטכנולוגיה וזמן האספקה.

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.