הדפסת תלת מימד תעשייתית משנה את הדרך שבה חברות מייצרות חלקים, מדגמי פיתוח ראשוניים ועד רכיבי מתכת שנכנסים למכלול סופי. המאמר הזה סוקר את היתרונות המעשיים של הטכנולוגיה, מסביר מתי היא משתלמת יותר מעיבוד שבבי או מתבנית הזרקה, ומראה איפה מהנדסים טועים כשהם בוחרים טכנולוגיית ייצור לפי הרגל ולא לפי נתוני החלק.
זמן קריאה: 9 דקות
עיקרי הדברים
- הדפסת תלת מימד מקצרת פיתוח חלק ממכונת ייצור שבועות למספר ימים, כי אין שלב תבנית או קיבוע ייעודי.
- מורכבות גיאומטרית כמעט ולא מייקרת את ההדפסה, בשונה מעיבוד שבבי או מהזרקת פלסטיק שבהם כל חיתוך תחתי מוסיף עלות.
- בסדרות של עד כ-300 יחידות, הדפסה בטכנולוגיית SLS או MJF משתלמת כלכלית יותר מהשקעה בתבנית הזרקה.
- Indus3D מפעילה תשע טכנולוגיות הדפסה כולל מתכת, עם מחלקת גימור וצביעה באותו מתקן.
תוכן עניינים
- חלק אחד עוצר קו ייצור שלם
- שבעה ימים במקום שבעה שבועות
- הטעות שחוזרת אצל לקוחות חדשים
- מורכבות שלא מוסיפה שקל לעלות
- כמה עולה לכם המדף במחסן
- איזו טכנולוגיה מתאימה לאיזה חלק
- המספרים שמזיזים את נקודת האיזון
- החלק יוצא מהמדפסת ורק אז מתחיל
- מה לשלוח לנו כדי לקבל תשובה מהר
- שאלות נפוצות
חלק אחד עוצר קו ייצור שלם
גלגל שיניים מניילון נשבר במכונת אריזה בשתיים בלילה. הספק המקורי יושב באיטליה, זמן האספקה שישה שבועות, והקו מושבת. אצל יצרן שסרק את החלק ושמר קובץ, אותו גלגל יצא ממדפסת SLS למחרת אחר הצהריים ונכנס למכונה באותו יום.
ההפרש בין שני התרחישים האלה מסביר את יתרונות הדפסת תלת מימד טוב יותר מכל הגדרה. ייצור מסורתי גורע חומר מבלוק מלא או מזריק פלסטיק לתוך תבנית פלדה יקרה. ייצור מתוסף (Additive Manufacturing) בונה את החלק שכבה על גבי שכבה ישירות מקובץ CAD, בלי כלי חיתוך ובלי מתקן ייעודי. משרד הכלכלה והתעשייה ממקם את הטכנולוגיה כאחת מטכנולוגיות המפתח של תעשייה 4.0.
אנחנו ב-Indus3D מפעילים בקריית שמונה את אחד המפעלים הגדולים בארץ להדפסת תלת מימד, שולטים בתשע טכנולוגיות הדפסה כולל הדפסת מתכת, והדפסנו עד היום מעל 500,000 חלקים ללקוחות מהצבא, מהרפואה, מהתעופה ומהאדריכלות.
יש לכם כבר קובץ?
שלחו STL, STEP או 3MF. מהנדס שלנו עובר על הקובץ, ממליץ על טכנולוגיה וחומר, וחוזר אליכם עם הצעת מחיר. לא בטוחים מה מתאים? סמנו "המליצו לי" בטופס.
שבעה ימים במקום שבעה שבועות
מנהל פיתוח בחברת מכשור רפואי הגיע אלינו עם מכלול שכלל שישה חלקים מכניים. במסלול הרגיל שלו זה אומר הזמנת עיבוד שבבי חיצוני, המתנה לתור במחרטה, ואז שבועיים עד שהחלק חוזר. אצלנו הקובץ נכנס בבוקר ראשון והחלקים היו על השולחן שלו ביום חמישי.
מהירות היא היתרון הראשון שמרגישים, אבל לא בגלל שהמדפסת רצה מהר. היא רצה כי אין שלב הכנה. אין תכנון תבנית, אין ייצור אלקטרודה, אין קיבוע על מכונה ואין בעל מקצוע שצריך לתכנת מסלול כלי.
קיצור זמן פיתוח מתורגם ישירות לכסף. מוצר שמגיע לשוק שלושה חודשים לפני המתחרה תופס נתח שוק שקשה מאוד להחזיר אחר כך. שירות ההדפסה המהירה שלנו נבנה בדיוק סביב הצורך הזה.
איטרציה שלישית לפני שהתבנית בכלל הוזמנה
המקום שבו יתרונות הדפסה תלת מימדית באים לידי ביטוי הכי חד הוא המעבר בין גרסאות. מהנדס מדפיס דגם ראשון ב-FDM מ-ABS, מחזיק אותו ביד, מגלה שהאחיזה לא נוחה ושהבורג התחתון קרוב מדי לדופן. הוא פותח את קובץ ה-CAD, מזיז שני מילימטרים, מעבה צלע, ושולח שוב. למחרת בבוקר יש לו גרסה שנייה.
שלוש איטרציות כאלה עולות פחות מתיקון אחד בתבנית הזרקה קיימת. תיקון בתבנית פלדה משמעו ריתוך והסרת חומר, שבועיים בבית המלאכה, ולפעמים תבנית חדשה לגמרי אם השינוי גדול. לכן היגיון העבודה הנכון הוא לסגור את הגיאומטריה על הדפסות ורק אז לצאת לייצור המוני.
יש הבדל בין דגם שנועד להסתכלות לבין דגם שנועד לבדיקה פונקציונלית, וזו נקודה שהרבה לקוחות מפספסים. דגם תצוגה ללקוח או למשקיע יצא יפה יותר ב-SLA או ב-PolyJet, עם רזולוציה שמסתירה שכבות. דגם שצריך להיכנס למכלול, לספוג עומס ולעבור בדיקת התאמה, יצא נכון יותר מחומר הנדסי כמו PA12 בהדפסת MJF. אנחנו נשאל אתכם את השאלה הזו בשיחה הראשונה, כי היא משנה גם את המחיר וגם את התוצאה.
הוראת מנכ"ל משרד הכלכלה בנושא ייצור מתקדם מציינת במפורש את ה-Rapid Prototyping כאמצעי להעלאת פריון במפעלים, וזה בדיוק מה שקורה בפועל על הרצפה.
הטעות שחוזרת אצל לקוחות חדשים
ההנחה הנפוצה ביותר שאנחנו פוגשים היא שהדפסת תלת מימד מתאימה רק לדגמי מראה מפלסטיק רך, ושלייצור אמיתי צריך CNC או תבנית. ההנחה הזו הייתה נכונה בערך עד שנת 2015.
היום מדפיסים אצלנו ג'יגים לקווי ייצור מ-PA12 מחוזק סיבי זכוכית, מארזים לאלקטרוניקה עמידה, וחלקי מתכת מאלומיניום ומפלדת אל חלד שנכנסים למכלולים פונקציונליים. החומר מחזיק עומס, עמיד בטמפרטורה, ולפעמים עדיף על חלק מכורסם בגלל גיאומטריה שאי אפשר להשיג בעיבוד.
הטעות השנייה היא לבחור טכנולוגיה לפי מחיר יחידה בלבד. חלק זול שנשבר בבדיקה הוא ההוצאה היקרה ביותר בפרויקט, כי הוא גורר שבועיים נוספים של פיתוח. חיסכון בייצור מתחיל בבחירת חומר נכונה, לא בהנחה של עשרה אחוזים.
מתי תבנית הזרקה מפסיקה להשתלם
תבנית הזרקה פשוטה בעלת חלל אחד עולה בדרך כלל עשרות אלפי שקלים. תבנית מורכבת, עם ליבות נשלפות וכמה חללים, מטפסת בקלות למאות אלפים ולוקחת שישה עד שנים עשר שבועות עד שהיא מוכנה לירייה ראשונה. מהרגע שהיא קיימת, כל יחידה נוספת עולה שקלים בודדים.
המשמעות פשוטה. אם אתם מייצרים מיליון יחידות זהות של אותו מוצר, הזרקה תנצח כל טכנולוגיה אחרת ואין על מה להתווכח. אם אתם מייצרים 300 יחידות של מוצר שעוד ישתנה בגרסה הבאה, ההשקעה בתבנית היא הימור על גיאומטריה שאתם עדיין לא בטוחים בה.
בהדפסה אין עלות פתיחה בכלל. היחידה הראשונה עולה בערך כמו היחידה החמישים, מה שהופך את החישוב לשקוף לחלוטין בשלב התקצוב. ראינו סטארטאפים שחסכו כך את כל סבב הגיוס הראשון, פשוט כי הם לא הקפיאו 180 אלף שקל בפלדה לפני שהיה להם לקוח משלם.
יש גם דרך ביניים שרבים לא מכירים. אפשר להדפיס את התבנית עצמה, או מתקני עזר לייצור, ולהריץ סדרת ביניים לפני ההשקעה בפלדה. בשירות הדפסה בכמויות אנחנו מריצים סדרות של מאות ואלפי יחידות שמגיעות ארוזות ומוכנות למשלוח.
שמונים אחוז מהבלוק הולכים לשבבים
קחו בלוק טיטניום בקוטר 100 מילימטר וכרסמו ממנו תושבת מטוס. בתהליכים גריעתיים טיפוסיים בתעשיית התעופה, בין 80 ל-90 אחוז מהחומר יוצא כשבבים למכולה. יחס הקנייה לטיסה, מה שנקרא בענף buy to fly, הוא לפעמים אחד לעשרים.
בייצור מתוסף מוסיפים רק את החומר שנמצא בחלק הסופי, ועוד מעט חומר תמך שאפשר למחזר חלקית. כשמדובר באבקת טיטניום או בפוליאמיד הנדסי במחיר של מאות שקלים לקילוגרם, ההפרש הזה הוא סעיף אמיתי בתקציב ולא הערת שוליים אקולוגית.
הדוח הממשלתי המקיף בנושא הדפסה בתלת ממד מציין את צמצום הפחת ואת השינוי בשרשרת האספקה כשניים מהערכים המרכזיים של הטכנולוגיה לתעשייה המקומית.
נקודה שכדאי להכיר בטכנולוגיות אבקה כמו SLS ו-MJF. אין שם חומר תמך בכלל, האבקה הלא מותכת תומכת בחלק בעצמה, ואפשר לסדר חלקים בנפח ההדפסה בשלושה ממדים ולמלא אותו בצפיפות. זה מוריד את המחיר ליחידה בצורה משמעותית כשמדפיסים סדרה, ולכן אנחנו לפעמים ממליצים ללקוח לחכות יומיים ולהיכנס לתא הדפסה מלא במקום להדפיס חמש יחידות לבד.
מורכבות שלא מוסיפה שקל לעלות
מבנה פנימי מורכב שאינו מייקר את תהליך ההדפסה
במחרטה, כל חריץ נוסף הוא עוד כלי, עוד קיבוע ועוד זמן מכונה. בתבנית, כל חיתוך תחתי דורש מנגנון נשלף שמייקר את הכלי. במדפסת תלת מימד, קובייה חלולה עם תעלות פיתוליות בפנים עולה בדיוק כמו קובייה מלאה באותו נפח, ולפעמים פחות.
העיקרון הזה, שנקרא בענף Complexity is Free, משנה את סדר החשיבה ההנדסי. מפסיקים לשאול איך אפשר לייצר את זה ומתחילים לשאול איך זה צריך לעבוד.
הדוגמה המובהקת היא תעלות קירור קונפורמיות שעוקבות אחרי צורת החלק. קידוח מייצר קווים ישרים בלבד, ולכן בתבניות מסורתיות הקירור אף פעם לא אחיד. בתעלה מודפסת שמלווה את דופן המוצר במרחק קבוע, זמן המחזור יורד והעיוותים קטנים.
סריג פנימי במקום גוש מלא
מבנה סריג, או Lattice, הוא רשת תלת ממדית של קורות דקות שממלאת את נפח החלק במקום חומר מלא. תחשבו על שלד של גשר שהוכנס לתוך הרכיב. במקומות שבהם המאמצים גבוהים הרשת מתעבה, ובאזורים שנושאים עומס נמוך היא מדללת את עצמה.
בשילוב עם אופטימיזציית טופולוגיה, שבה תוכנה מחשבת את מסלולי העומס ומסירה חומר מכל מקום אחר, אפשר להוריד עד כמחצית ממשקל הרכיב בלי לפגוע בקשיחות. בכנף של כלי טיס או בזרוע של רובוט תעשייתי, כל 100 גרם שיורדים מהחלק הנע מתורגמים לפחות מומנט, למנוע קטן יותר ולצריכת אנרגיה נמוכה יותר.
העבודה הזו דורשת מהנדס שמבין גם בסימולציה וגם במגבלות התהליך. קורה שסריג יפה בתוכנה נכשל בהדפסה כי אבקה נלכדת בפנים ואי אפשר לנקות אותה, או כי עובי הקורה יורד מתחת ליכולת המכונה. במרכז הידע של הטכניון בנושא תכן וייצור בהוספת חומר מודגש בדיוק ההיבט הזה, שתכן ל-AM הוא דיסציפלינה בפני עצמה.
צוות המהנדסים והמעצבים שלנו עובר על הקובץ לפני הדפסה ומסמן את הנקודות האלה. לפעמים ההמלצה שלנו היא להשאיר את החלק מלא, כי הזמן שיושקע באופטימיזציה שווה יותר מהגרם שנחסך.
עשרה חלקים שהופכים לאחד
מכלול פנאומטי שהגיע אלינו כלל תשעה רכיבים מכורסמים, ארבעה אטמים, שנים עשר ברגים ודף הוראות הרכבה. אחרי תכנון מחדש לייצור מתוסף הוא יצא כגוף אחד מודפס במתכת, עם התעלות הפנימיות מובנות בתוכו.
מה נחסך שם. ראשית, כל חיבור הוא נקודת דליפה או נקודת כשל פוטנציאלית, ותשעה חיבורים שנעלמו הם תשע בעיות שלא יקרו בשדה. שנית, זמן ההרכבה הידני ירד לאפס, וזה סעיף שבדרך כלל לא מופיע בהשוואת המחירים אבל מרגישים אותו כל חודש בשכר.
שלישית, ואולי החשוב מכל, ניהול המלאי ואבטחת האיכות. במקום לבדוק במחסן תשעה מקטים שונים, לתעד תשע תעודות חומר ולעקוב אחרי תשעה ספקים, בודקים חלק אחד. עבור לקוחות ביטחוניים שמנהלים תיק תצורה מלא לכל רכיב, ההפרש הבירוקרטי הזה לבדו מצדיק את המעבר.
איחוד מכלולים לא תמיד מתאים. אם רכיב אחד במכלול מתבלה כל חצי שנה, לא נכון להדפיס אותו יחד עם הבית שמחזיק עשר שנים. נשאל אתכם על תוכנית התחזוקה לפני שנציע לאחד.
כמה עולה לכם המדף במחסן
מחסן חלפים הוא כסף שיושב על מדף ולא עובד. יש שם מקום, ביטוח, ספירת מלאי, וחלקים שיתיישנו לפני שמישהו יבקש אותם. מנגד, מי שלא מחזיק מלאי מסתכן בהשבתה כשמשהו נשבר.
ייצור לפי דרישה פותר את הדילמה הזו בכך שהוא מעביר את המלאי מהמדף לשרת. שומרים קובץ מאומת עם פרמטרי הדפסה מאושרים, ומייצרים רק כשצריך ורק את הכמות שצריך.
לקוח שלנו בתחום ציוד המעבדה עשה בדיוק את זה עם ארבעה עשר חלפים פלסטיים שהוא נהג להזמין באלפי יחידות מהמזרח. היום הוא מזמין אצלנו סדרות של עשרים עד חמישים יחידות לפי צריכה, והכסף שהיה קפוא במלאי חזר לתפעול השוטף.
אלף יחידות, אלף מידות שונות
בייצור מסורתי, שינוי מידה של מוצר משמעו כוונון מכונה, החלפת תבנית או תכנות מחדש. בהדפסה, החלפת קובץ היא הפעולה היחידה שנדרשת. המכונה לא יודעת ולא אכפת לה אם החלק הבא זהה לקודם או שונה ממנו לגמרי.
בתחום הרפואי זה כבר סטנדרט. מדריכי ניתוח שמתאימים לאנטומיה של מטופל ספציפי מתוך סריקת CT, תותבות והתקנים אורתופדיים שנבנים לפי מדידה, ומודלים אנטומיים שמנתח מחזיק ביד לפני שהוא נכנס לחדר. חברת ציוד רפואי פנתה אלינו כדי שנדפיס דגמים לתערוכת כירורגיה, ותוך כדי העבודה עברנו לטכנולוגיה מתקדמת יותר כי הרזולוציה שנדרשה הייתה גבוהה ממה שתוכנן בהתחלה.
בתעשייה, ההתאמה האישית מתבטאת בעיקר בג'יגים ובמתקני עזר. כל תחנה בקו מקבלת מתקן שמתאים בדיוק לחלק שהיא מטפלת בו, במקום פתרון גנרי שעובד בערך. מתקן מודפס מ-PETG או מ-PA12 מוכן תוך יומיים ועולה חלק קטן ממתקן מכורסם, ולכן קל להצדיק החלפה שלו כשהמוצר משתנה.
כשהספק מעבר לים לא עונה
אוקטובר 2023 לימד הרבה מפעלים בישראל שיעור בשרשרת אספקה. טיסות בוטלו, מכולות נתקעו, וספקים באירופה ובאסיה עברו לזמני אספקה שאיש לא התחייב עליהם. מי שהיה תלוי ברכיב יחיד מיצרן יחיד גילה כמה שברירי הסידור הזה.
ייצור מקומי מקצר את שרשרת האספקה לנסיעה של חצי שעה. אנחנו הדפסנו בתקופה הזו רכיבים ומתקנים לגופים ביטחוניים בלוחות זמנים שלא מאפשרים שום דבר אחר, ובחלק מהמקרים החלק הראשון היה מוכן ביום שבו הגיע הקובץ.
יש עוד תרחיש שחוזר על עצמו, ופחות דרמטי אבל יקר לא פחות. מכונה תעשייתית בת עשרים שנה שהיצרן שלה הפסיק לתמוך בה. אין קטלוג, אין חלפים, ואין למי לפנות. במקרים כאלה אנחנו סורקים את החלק השבור, משחזרים ממנו מודל CAD, מתקנים את הגיאומטריה במקומות שבהם הוא נשחק, ומדפיסים חדש. מכונה שיועדה לגריטה חוזרת לעבוד, לפעמים עם חלק חזק מהמקורי כי החלפנו את החומר לפוליאמיד מחוזק.
אם יש לכם חלק שנשבר, ספק שמפסיק לענות, או מכונה ישנה בלי חלפים זמינים, אפשר לשלוח לנו את המידע ולקבל בדיקת היתכנות ראשונית מהנדס.
איזו טכנולוגיה מתאימה לאיזה חלק
אנחנו מפעילים תשע טכנולוגיות הדפסה, וכל אחת מהן טובה במשהו אחר. הטבלה הבאה מסכמת את שיקולי הבחירה כפי שאנחנו מציגים אותם ללקוח בשיחה הראשונה. פירוט מלא נמצא בעמוד טכנולוגיות ההדפסה שלנו.
המספרים שמזיזים את נקודת האיזון
השאלה שחוזרת בכל פגישת תמחור היא באיזה גודל סדרה כדאי לעבור לייצור מסורתי. אין תשובה אחת, כי היא תלויה במורכבות החלק ובחומר, אבל הטבלה הבאה משקפת את ההיגיון שאנחנו עובדים לפיו בפועל.
שימו לב לשורה השלישית. שם מתקבלות רוב ההחלטות הגרועות, וגם שם שיחה של עשרים דקות עם מהנדס חוסכת הרבה מאוד כסף.
החלק יוצא מהמדפסת ורק אז מתחיל
שלב הגימור והצביעה לאחר ההדפסה
חלק שיוצא מ-SLS מגיע אפור, מחוספס למגע וטבול באבקה. אף לקוח לא רוצה לקבל אותו במצב הזה. שלב הגימור הוא מה שמפריד בין דגם הנדסי לבין מוצר שאפשר להניח על שולחן של משקיע או להכניס לאריזה.
מחלקת הגימור והצביעה שלנו יושבת באותו מפעל ומבצעת צביעה בטבילה, ציפוי מתכת, ליטוש ועיבוד משלים. זה חוסך את מה שהורג לוחות זמנים אצל ספקים אחרים, שהוא ההעברה בין קבלני משנה. חלק שנוסע לצביעה בעיר אחרת מאבד שלושה ימים בכל כיוון ומאבד גם את האחריות על התוצאה.
העבודה מול משרדי אדריכלים היא דוגמה טובה. דגם מבנה מודפס למכרז נשפט על הגימור לפני שהוא נשפט על התכנון, ולכן אנחנו מדפיסים אותו בחלקים, צובעים בגוונים שונים ומרכיבים לפני משלוח.
מה לשלוח לנו כדי לקבל תשובה מהר
אם הגעתם עד לכאן, כנראה שיש לכם חלק ספציפי בראש. הדבר היעיל ביותר שתוכלו לעשות הוא לשלוח קובץ STEP או STL, לציין את הכמות הנדרשת, ולכתוב בשורה אחת מה החלק אמור לעשות בעולם האמיתי. עומס, טמפרטורה, חשיפה לשמש, מגע עם מזון או שימוש חד פעמי בתערוכה.
עם המידע הזה מהנדס אצלנו בוחן היתכנות, מסמן נקודות בעייתיות בתכן, ממליץ על טכנולוגיה וחומר, ומחזיר הצעת מחיר. אם הקובץ צריך התאמות, נגיד לכם בדיוק אילו, ואם אין לכם קובץ בכלל, צוות המעצבים שלנו יבנה אותו מסקיצה או מסריקה.
שאלות נפוצות
כמה זמן לוקח להדפיס חלק בודד?
תלוי בטכנולוגיה ובגודל החלק, אבל רוב החלקים הבודדים מוכנים תוך יום עד שלושה ימי עבודה, כולל בדיקה וגימור בסיסי. חלקי מתכת או חלקים גדולים במיוחד לוקחים יותר.
האם אפשר להדפיס מתכת אצלכם?
כן, אנחנו מדפיסים באלומיניום ובפלדת אל חלד עבור חלקים שנכנסים למכלולים פונקציונליים ונדרשים לעמוד בעומס ובחום, בעיקר בתחומי התעופה והביטחון.
מה ההבדל בין SLS ל-MJF?
שתי הטכנולוגיות מדפיסות מאבקת פוליאמיד ללא חומר תמך. MJF נותנת אחידות מכנית טובה יותר ומחיר יחידה נמוך יותר בסדרות בינוניות, בעוד ש-SLS מתאימה לחלקים בודדים או לגיאומטריות מורכבות במיוחד.
האם אתם עוזרים גם בלי קובץ CAD מוכן?
כן. אפשר להגיע עם סקיצה, עם חלק שבור לסריקה, או אפילו עם תיאור מילולי של הצורך, וצוות המעצבים שלנו בונה את הקובץ מאפס.
מה קורה אם החלק לא עומד בעומס שציפיתי?
לכן אנחנו שואלים על תנאי העבודה של החלק כבר בשיחה הראשונה. בהתאם לעומס, לטמפרטורה ולסביבת העבודה אנחנו ממליצים על חומר וטכנולוגיה מתאימים, ולעיתים מציעים בדיקת מדגם לפני סדרה מלאה.
הדפסת תלת מימד תעשייתית לא מחליפה כל שיטת ייצור, אבל היא משנה את החישוב הכלכלי בסדרות קטנות ובינוניות, מקצרת פיתוח לימים במקום שבועות, ומאפשרת גיאומטריות שאי אפשר להשיג בעיבוד או בהזרקה. הבחירה הנכונה בטכנולוגיה ובחומר תלויה בעומס, בכמות ובלוח הזמנים של הפרויקט הספציפי שלכם.
שלחו לנו קובץ STEP או STL, ציינו כמות ותיארו במשפט אחד את השימוש בחלק. מהנדס אצלנו יחזור עם בדיקת היתכנות והמלצת טכנולוגיה וחומר.
אודות הכותב
צוות Indus3D מפעיל מפעל הדפסת תלת מימד תעשייתי בקריית שמונה, ועובד מול לקוחות מתחומי הרפואה, האדריכלות, התעשייה הביטחונית וחברות סטארט אפ. 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.