הדפסת חלקי חילוף בתלת מימד: המדריך המקיף לייצור ושחזור חלקים

מכונת אריזה משנת 1994 עומדת. הגלגל שמניע את מסוע ההזנה נשבר, היצרן האיטלקי סגר את הקו לפני אחת עשרה שנים, והחלק היחיד שנמצא בשוק המשני מגיע בעוד חודשיים ובמחיר שלא הגיוני לשלם. מנהל התחזוקה שולח לנו תמונה של השבר בוואטסאפ ושואל אם אפשר לעשות עם זה משהו.

ברוב המקרים התשובה חיובית, והיא עוברת דרך סריקה, הנדסה לאחור והדפסה בחומר שמתאים לסביבת העבודה. במאמר הזה נפרק את התהליך שלב אחר שלב, כולל המקומות שבהם אנחנו אומרים ללקוח שעדיף לו לא להדפיס.

זמן קריאה: 5 דקות

החלף שכבר לא קיים בקטלוג

הדפסת חלקי חילוף נכנסת לתמונה בדיוק ברגע שבו הרכש המסורתי מגיע לקיר. הדגם ירד מהייצור, השרטוטים המקוריים אבדו או מעולם לא נמסרו ללקוח, והספק מציע לשדרג את כל המכונה במקום למכור בורג אחד.

ב-Indus3D בפתח תקווה אנחנו מקבלים פניות כאלה כמעט מדי שבוע, ממפעלי מזון, מבתי חולים, מיצרני רובוטיקה ומיחידות טכניות בצבא. לפעמים מגיע אלינו קובץ STEP מוכן. לרוב מגיע שק ניילון עם חלק שחוק, לפעמים בשני חלקים, ובקשה להחזיר את הקו לעבודה עד סוף השבוע.

זו עבודה הנדסית לכל דבר, ולא צילום מסמכים. מישהו צריך להחליט מה הצורה הנכונה של החלק, לא מה הצורה שהשחיקה השאירה ממנו.

מה זה בעצם מלאי דיגיטלי

מפעל שמחזיק מדף חלפים משלם על שלושה דברים בו זמנית. על החלק עצמו, על השטח שהוא תופס, ועל ההימור שדווקא החלק הזה יישבר ולא אחר. בפועל, חלק ניכר מהמדף מתיישן ונזרק.

מלאי דיגיטלי מחליף את המדף בתיקייה. אחרי שסרקנו ומידלנו רכיב, הקובץ שמור אצלנו וההדפסה החוזרת שלו היא עניין של לחיצה ושל זמן מכונה. הזמנה שנייה של אותו spare parts כבר לא כוללת את עלות ההנדסה, מה שמוריד את המחיר ליחידה משמעותית.

הדוח הממשלתי של משרד המדע בנושא ייצור מתווסף מתייחס בדיוק לנקודה הזאת, ומצביע על ייצור מקומי לפי דרישה כמענה לכשלי שרשרת אספקה. אפשר לקרוא אותו בדוח המלא של משרד המדע.

רכש מסורתי מול ייצור לפי דרישה

ההשוואה הכי שימושית היא לא בין מחיר לחלק, אלא בין המצב שבו הקו עומד לבין המצב שבו הוא עובד. הטבלה מסכמת את ההבדלים שאנחנו רואים בפועל אצל לקוחות תעשייתיים.

הטעות שחוזרת אצל מנהלי תחזוקה

הטעות הנפוצה ביותר שאנחנו פוגשים היא לשלוח לנו את החלק השבור בלבד ולבקש העתק מדויק שלו. החלק שהגיע כבר איבד חומר. תותב שנשחק חצי מילימטר יסרק כפי שהוא, ואם נדפיס אותו כך, הלקוח יקבל רכיב עם מרווח שיהרוס את המיסב תוך שבועיים.

מה שאנחנו מבקשים במקום זה החלק, החלק המקביל שעדיין תקין אם קיים, וצילום של המקום שבו הוא יושב במכונה. משם המהנדס משחזר את הגיאומטריה המקורית ולא את הגיאומטריה השחוקה.

טעות שנייה, פחות דרמטית אבל יקרה, היא בחירת חומר לפי מחיר. PLA זול ונוח, והוא מתעוות בארבעים וחמש מעלות ליד תנור מנהרה.

עשרה ימים במקום אחד עשר שבועות

חברת רכבות אירופית שדיווחה על מעבר להדפסת חלפים תיארה קיצור של זמני האספקה מחודשים לימים, בעיקר ברכיבי פנים ורכיבי עזר של קרונות ותיקים שהיצרן שלהם כבר לא קיים. הסיפור הזה סוקר בהרחבה בעיתונות הכלכלית בישראל, והוא מתאר בדיוק את הכאב שאנחנו פוגשים כאן.

אצלנו המספרים דומים. ידית נעילה של דלת ארון חשמל במפעל כימי, בגרסה המקורית שהופסקה, יצאה משער המפעל שלנו תשעה ימים אחרי שהחלק השבור הגיע לסריקה. חמישה ימים מתוכם הלכו על אישור הלקוח לשרטוט.

ההנדסה לוקחת זמן. ההדפסה עצמה, ברוב המקרים, לוקחת לילה אחד.

כך נראה שחזור חלק אצלנו

שחזור חלקים אצלנו נע בארבעה שלבים ברורים, וכל אחד מהם מייצר פלט שהלקוח יכול לאשר לפני שממשיכים. קודם בחינה פיזית ומדידה, אחר כך סריקה תלת-ממדית, אחר כך מידול ותכן, ורק בסוף ייצור וגימור.

העבודה הזאת יושבת אצלנו תחת קורת גג אחת, מהסורק ועד מחלקת הצביעה. זה מה שמאפשר לנו לתקן סטייה שהתגלתה בהתאמה ולהדפיס גרסה שנייה באותו יום, בלי לשלוח את החלק לספק חיצוני ולחכות לתור שלו.

סריקה תלת-ממדית ומעבר לענן נקודות

הסורק האופטי מטיל תבנית אור על פני החלק ומודד את העיוות שלה, ומחזיר ענן של מאות אלפי נקודות. על רכיב מתכת מבריק נזרק קודם ספריי מט דק, אחרת האור פשוט חוזר ומקלקל את המדידה. הפלט הוא רשת משולשים בפורמט STL, מדויק אבל לא ניתן לעריכה הנדסית.

הנדסה לאחור והחזרת הכוונה המקורית

כאן מתחיל החלק האנושי. המהנדס מזהה בענן הנקודות את המשטחים הבסיסיים, גליל, מישור, רדיוס, ובונה מחדש מודל CAD פרמטרי שאפשר לשנות בו קוטר או עובי דופן. שברים מושלמים לפי הסימטריה, וחורי הברגה מוחזרים למידה תקנית. הטכניון פרסם דוגמה יפה לשילוב הזה של סריקה אופטית ותכנון ממוחשב לייצור רכיב מותאם.

אופטימיזציית תכן לפני שלוחצים הדפסה

אם החלק המקורי נשבר, יש סיכוי לא רע שהוא היה מתוכנן לא טוב מלכתחילה, או שהוא תוכנן ליציקה בתבנית ולא לייצור מתווסף. השלב הזה נקרא DfAM, תכן לייצור מתווסף, ובו אנחנו מוסיפים רדיוס במקום פינה חדה שבה התפתח סדק, מעבים צלע שנושאת עומס ומורידים חומר מאזורים שלא עושים כלום.

אצל לקוח בתחום ציוד מעבדה החלפנו תושבת ניילון מוזרקת ברכיב מודפס SLS עם שתי צלעות חיזוק פנימיות. המשקל ירד בשמונה עשר אחוז והתושבת שרדה את מחזור הבדיקות שהמקורית נכשלה בו.

לא כל חלק צריך את זה. חלף פשוט שעובד עשרים שנה בלי תלונות יודפס בדיוק כפי שהוא.

איזו טכנולוגיה מתאימה לאיזה חלף

אנחנו עובדים עם שבע טכנולוגיות הדפסה, כולל הדפסת מתכת, וההחלטה איזו מהן תיכנס לעבודה נופלת לפי שלושה שיקולים בלבד. הסבילות הנדרשת, העומס בפועל, וכמה יחידות יידרשו בהמשך.

חומר שמתאים לסביבת העבודה האמיתית

חלקי חילוף תלת מימד נופלים בשטח כמעט תמיד בגלל החומר ולא בגלל המדפסת. השאלות שאנחנו שואלים לפני שבוחרים קצרות. מה הטמפרטורה המקסימלית ליד החלק, האם הוא נוגע בשמן או בחומר ניקוי, האם הוא בשמש, וכמה מחזורי עומס הוא עובר ביום.

ניילון PA12 בהדפסת MJF נותן עמידות מכנית טובה וספיגת זעזועים, אבל הוא סופג לחות ומשנה מידות במעט. Polycarbonate מחזיק חום, PEEK מחזיק כמעט הכל ועולה בהתאם, ו-ASA לא מצהיב בחוץ כמו ABS.

ב-Indus3D מחלקת החומרים מנהלת את ההתאמה הזאת מול יותר ממאה אלף חלקים שהודפסו אצלנו, וזו כמות שמלמדת די מהר מה נשבר ומה לא.

למה לפעמים המודפס חזק מהמקורי

נשמע כמו סיסמה, ובכל זאת קורה לא מעט. חלק שיוצר במקור בהזרקה תוכנן סביב מגבלות התבנית, זוויות שחרור, עובי דופן אחיד וקווי חיבור שהם נקודות תורפה מובנות. בייצור מתווסף המגבלות האלה נעלמות.

מצד שני, לחלק מודפס יש כיווניות. הוא חזק לאורך השכבה וחלש יותר בניצב אליה, ולכן אותה גיאומטריה יכולה לצאת מצוינת או שברירית לפי איך שהיא הונחה על מגש ההדפסה.

אצל לקוח בתחום הרכב הדפסנו מארז חיישן שנשבר שוב ושוב בגרסה המקורית. הוספנו רדיוס פנימי, סובבנו את החלק בתשעים מעלות והדפסנו ב-Nylon עם סיבי פחמן. עוד על עבודה מהסוג הזה אפשר לראות בעמוד הדפסה תלת מימדית לתעשיית הרכב.

כיוון ההדפסה מחליט איפה החלק יישבר

קחו וו תלייה פשוט. הדפסה שטוחה על המגש תיתן חוזק סביר, הדפסה עומדת תשים את מישור השכבות בדיוק במקום שבו העומס מנסה לפתוח את הזווית, והוו יישבר שם. אותו קובץ, אותו חומר, תוצאה שונה לגמרי.

לכן שלב ה-slicing אצלנו לא נעשה אוטומטית. טכנאי מסתכל על כיוון העומס, בוחר orientation, מחליט איפה יעברו התומכים כדי שהסימן שלהם לא ייפול על משטח קריטי, ולפעמים מוסיף עובי קליפה במקום להעלות מילוי.

בסדרות חוזרות אנחנו נועלים את הפרמטרים בקובץ עבודה, כדי שהיחידה החמישים תצא זהה ליחידה הראשונה.

בקרת איכות ובדיקת התאמה

חלף שלא נכנס למקום שלו הוא פסולת יקרה, ולכן כל spare parts שיוצא מאיתנו עובר בדיקת מידות מול המודל. אנחנו מודדים קטרים קריטיים בקליבר או במיקרומטר, ובחלקים מורכבים סורקים את המוצר המוגמר ומשווים את הסריקה למודל ה-CAD במפת סטיות צבעונית.

הבדיקה שהלקוחות הכי אוהבים היא הפשוטה. הרכבה יבשה במכונה לפני שמייצרים סדרה. אנחנו מעדיפים לשלוח יחידת ניסיון אחת, לקבל טלפון שהיא נכנסת, ורק אז ללחוץ על הכפתור לעשרים הבאות.

העקרונות האלה של הבטחת איכות וניתוח כשלים בייצור מתווסף נלמדים היום גם במסגרות אקדמיות בארץ, וזה סימן טוב לשוק.

גימור שהופך הדפסה לחלק סופי

חלק שיוצא מהמדפסת הוא חומר גלם באמצע הדרך. אצלנו מחלקת הגימור והצביעה נמצאת באותו מבנה, וזה מקצר את הלולאה בימים.

מה שקורה שם בפועל כולל ניקוי אבקה ושוט פינינג לחלקי SLS, צביעה בטבילה שנותנת שכבה אחידה גם על גיאומטריה מורכבת, ציפוי מתכת על פולימר כשצריך מראה או הולכה, וכן עיבוד שבבי משלים כשחור מסוים חייב סבילות של מאיות. הברגה מתכתית שמוכנסת בחום לתוך פולימר תשרוד הרבה יותר מחוברות מאשר הברגה שהודפסה ישירות בפלסטיק.

לקוח מתחום הרפואה קיבל מאיתנו סדרה של תושבות מודפסות SLA בצבע לבן מט, אחרי שהמקור נצבע ביד וכל יחידה נראתה אחרת.

מה מרכיב את המחיר של שחזור

המחיר של הדפסת חלקי חילוף מורכב משני דברים שנפרדים לגמרי זה מזה. עלות הנדסית חד פעמית של סריקה ומידול, ועלות ייצור לכל יחידה. הטבלה משווה בין תצורות ההזמנה השונות שאנחנו מציעים.

פירוט נוסף על מרכיבי התמחור נמצא בעמוד עלות הדפסת תלת מימד.

מתי אנחנו ממליצים לא להדפיס

יש מקרים שבהם אנחנו מחזירים ללקוח תשובה שלילית, וזה חוסך לשנינו בעיה. רכיב בטיחות שנושא אדם, אלמנט הרמה, חלק במערכת לחץ, וכל רכיב שכפוף לתקן רשמי או לאישור רגולטורי מחייב אימות תאימות ובדיקות מעבדה מוסמכות, ולפעמים גם חומר מאושר עם תיעוד מלא של אצווה.

אפשר לבדוק אם קיים תקן רשמי רלוונטי דרך מנוע חיפוש התקנים הרשמיים של המדינה, וזה השלב הראשון שאנחנו מבקשים מלקוח לעשות במקרים כאלה.

גם כלכלית לא תמיד משתלם. אם החלף זמין מהמדף בשמונים שקל ומגיע מחר, אין סיבה לשחזר אותו. הערך שלנו נמצא במקומות שבהם הרכש הרגיל נכשל.

שאלות שאנחנו שואלים לפני הצעת מחיר

כדי לתת מחיר אמיתי ולא הערכה באוויר, אנחנו צריכים ארבעה דברים. מהי המידה הקריטית שחייבת להיכנס בדיוק, מה הטמפרטורה והסביבה הכימית סביב החלק, כמה יחידות נדרשות עכשיו וכמה בשנה הקרובה, ומה קורה במפעל אם הפתרון לא עובד.

השאלה האחרונה חשובה מכולן. חלף שמחזיק שלט הכוונה סובל כמעט כל פשרה. חלף שמחזיק ציר של מנוע לא סובל אף אחת.

אם יש שרטוט ישן, אפילו מצולם גרוע בנייר מצהיב, שלחו אותו. הוא חוסך שעות עבודה ומקצר את התהליך ביום או יומיים.

איך שולחים לנו חלק לבחינה

שחזור חלקים מתחיל אצלנו בשיחה קצרה ובתמונה. אתם יכולים לשלוח קובץ STEP או STL אם יש לכם, או פשוט להביא את החלק הפיזי למפעל שלנו בפתח תקווה כדי שנסרוק אותו ונמדוד אותו מול המהנדס.

מהרגע הזה אתם מקבלים חוות דעת אם החלק מתאים לייצור מתווסף, המלצה על טכנולוגיה וחומר, והצעת מחיר עם לוח זמנים.

עוד דוגמאות לעבודות שביצענו נמצאות בעמוד הדפסת חלקים תעשייתיים.

שחזור חלק שכבר לא מיוצר מתחיל בסריקה מדויקת, ממשיך בהנדסה לאחור שמחזירה את הכוונה המקורית של הרכיב, ומסתיים בבחירת חומר וגימור שמתאימים לסביבת העבודה בפועל. התהליך הזה חוסך זמן השבתה יקר ומחליף מדף חלפים פיזי בקובץ דיגיטלי שזמין להזמנה חוזרת בכל עת. אם יש לכם חלק ששבר את הראש שלכם או של מנהל התחזוקה, שלחו לנו תמונה ונבדוק יחד אם שחזור בהדפסה תלת ממדית הוא הפתרון הנכון.

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.