ייצור סדרתי בהדפסת תלת ממד – באמצעות שיפורים טכנולוגיים שקרו בשנים האחרונות, היום זה אפשרי!

השוואה תמחירית מראה יתרון בולט להדפסה בתלת ממד של סדרות ייצור בינוניות של עד עשרות אלפי חלקים קטנים בשנה. שתי טכנולוגיות ייצור הנמצאות בחוד החנית הן DLP לחלקים בגימור מעולה ו-SAF לייצור בכמויות גדולות

תמונה 1: מהדק (clamp) לצנרת במטוס F-16 אשר הודפס בטכנולוגיית DLP במדפסתOrigin One P3.

מדפסות תלת הממד עברו כברת דרך מאז הושקו לראשונה והיו נחלתן של חברות סטארט אפ והייטק שהפרוטה מצויה בכיסן. כיום הטכנולוגיה התקדמה מאוד והמדפסות משיגות דריסת רגל גם בתחומי הייצור הסדרתי, בעיקר בתחום של סדרות ייצור בינוניות של אלפי עד עשרות אלפי פריטים בודדים. בייצור בסדר גודל כזה, היתרון של שיטת ההזרקה מצטמצם משמעותית. 

טכנולוגיית ה-DLP: האיכות הכי קרובה שיש להזרקה

חברת Stratasys רכשה את Origin האמריקאית בשנת 2021. בכך היא הרחיבה את מנעד טכנולוגיות תלת הממד שלה, והוסיפה את שיטת ה-DLP (Digital Light Processing). מדובר בשיטת הדפסה מהירה, אשר בה משתמשים בקרינת UV לצילוב נוזל פוטו-פולימרי. לאחר ההדפסה נדרשים עוד מס' שלבים קצרים הכוללים הסרת תומכות,ניקוי וצילוב ב-UV או טיפול תרמי . יתרונותיה המשמעותיים של הטכנולוגיה הם קבלת חלקים בעלי פני שטח מעולים הדומים לאלו המתקבלים בתהליך ההזרקה, ודיוק גבוה עם יכולת מצויינת של ירידה לפרטים.שיטת ייצור זו מציעה גמישות תהליכית גבוהה, תמיכה בשינויי תכן במוצר ויכולת לביצוע החלפות מהירות של חומרים תוך דקות מספר. בהזרקה, לעומת זאת, שינוי בתכן גורר הכנת תבנית חדשה אשר עולה בזמן רב וכסף, והחלפות חומרים דורשות זמני ניקיון וסט-אפ ארוכים.

למדפסת P3 (PROGRAMMABLE PHOTO –POLYMERIZATION) שטח ההדפסה של192x 108 x 370  מ"מ והיא שולטת בצורה מדויקת בתנאי התהליך באמצעות מעל לכעשרים חיישנים ותוכנה הפועלת במשוב בחוג סגור. בנוסף, החברה השיקה לאחרונה את תוכנת GrabCAD PRINT PRO המאפשרת בין היתר להעלות את רמת הדיוק של המוצר הסופי עד לרמה של 50 מיקרון ע"י השוואה בין סריקת המוצר המוגמר והקובץ המקורי, ויצירת קובץ עם מעוות מתקן. מגוון חומרי ההדפסה המוצעים הינו רחב בזכות שיתוף הפעולה של Stratasys עם חברות גדולות כגון ,BASF, Henkel DSM ו-LOCTITE,וכולל חומרים בעלי תכונות שונות כגון: עמידות גבוהה בטמפ', בנגיפה, תקינה תעופתית וביוקומפטבילית ואלסטומרים. טכנולוגיית ה-DLP קיימת כבר שנים אך עד היום החומרים התאימו בעיקר לדגמים ולא כמוצר סופי, היכולות הגבוהות של מערכת ה-Origin מאפשרות לשחק במגרש של הגדולים ובעולמות ייצור תובעניים כגון תעופה, מדיקל ורכב.

יישומים מעניינים לייצור בקנה מידה גדול בתלת ממד בטכנולוגיית DLP

אם בעולמות התעופה עסקינן, נספר על מקרה לקוח בו עלה צורך להדפיס מהדק (clamp) לצנרת הידראולית במטוס F-16. חלק זה נכשל לעתים קרובות לאחר חשיפה ממושכת לרטט, כימיקלים ומחזורי חום. ב-Stratasys הצליחו להגיע לפתרון חדש תוך שבועיים בלבד, ובעזרת שימוש באלגוריתמים מסוג Topology Optimization. המהדק הודפס מחומר LOCTITE® 3955, העומד בדרישות הטיסה המחמירות של חיל האוויר האמריקאי ועבר תקינת עיכוב בערה UL 94 V-0, עמיד במיוחד בכימיקלים ויכול להתמודד עם טמפרטורות נמוכות וגבוהות. בזכות התכנון החדש, החלק קל יותר ב-5% מהדור הקודם ובעל יכולת נשיאה של עומס כפול בהשוואה לחלק הישן. ניתן להדפיס עד 6,400 חלקים בחודש במדפסת אחת. תכנון יעיל זה זכה במקום הראשון באולימפיאדת תלת הממד לתעופה בארה"ב.

חיבור בין הדפסת 3D וההזרקה – הווה ועתיד נפגשים

כאשר יצאה טכנולוגיית ההדפסה בתלת ממד, היו כאלו שאמרו ששיטת ההזרקה מתה וההדפסה הולכת להחליף את מקומה. מאז זרמו מים רבים בירדן, וכבודה של ההזרקה במקומו מונח. יתרה מזאת, מפעלי הזרקה יכולים לראות בייצור סדרתי בתלת ממד כמוצר משלים המספק מענה לפרוייקטים בסדר גודל בינוני. במידה והיקפי הייצור יגדלו אף יותר, יוכל קבלן המשנה לבצע מעבר מהיר ופשוט לייצור בהזרקה.

כדוגמה נציין את חברת ההזנק Picodya, אשר נשענה רבות על מדפסות תלת ממד במהלך תהליך הפיתוח והייצור הראשוני של צ'יפ מיקרופלואידי רב פעמי לדיאגנוסטיקה רפואית. כיום, מייצרת החברה את קסטות הבדיקה בתהליך הזרקה אצל קבלן משנה עם ריתוך לייזר של חברת leister, כאשר את אבות הטיפוס וכלים שונים היא עדיין מייצרת בהדפסה. כך מצליחה החברה למקסם את היתרונות של שילוב שיטות ייצור מסורתיות ומתקדמות.

מחירן של מדפסות תלת הממד הינו בר השגה כיום יותר מבעבר, אולם לאלו המעוניינים להתנסות קודם בהדפסה ללא עלות רכישת מדפסת, ניתן למצוא את ה-Origin בחברת INDUS 3D המציעה הדפסות בטכנולוגיות שונות, בהתאם לדרישת הלקוח. 

מאבקה יוצא מוצר – ייצור סדרתי בטכנולוגיית SAF להדפסת 3D

תמונה 1: חלק רכב שפותח במהירות לקראת תחרות Nascar והודפס בטכנולוגיית SAF. החלק כיום משמש כמוצר סופי במכוניות Nascar Next Gen

שיטת ייצור סדרתית נוספת בתלת ממד היא ה-SAF (Selective Absorption Fusion). היא מאפשרת הדפסות מהירות מאוד של עד עשרות אלפי חלקים על ידי היתוך חלקיקי אבקת פולימר בשכבות בעזרת אנרגיית IR. לאחר הדפסת החלק נדרשים תהליכי ניקוי וגימור, וכיום פתרונות תעשייתיים אוטומטיים יכולים לסייע בכך. שטח העבודה של המדפסת גדול יחסית, 350X350x350 מ"מ.

שיטה זו היא כבר מסחרית ומסייעת, בין היתר, בייצור של סעפת לתעשיית הרכב בזמנים הקצרים ב-77% לעומת ייצור בהזרקה. היא באה לידי ביטוי גם בתחרות מירוצי המכוניות Nascar, כאשר היה צורך לתכנן מחדש בזמנים מאוד קצרים, חלק ברכב שגרם להתחממות החלל בקרבת הנהג. התכנון לקח ימים בודדים והייצור היה זול ומהיר לעומת הזרקה שהצריכה ייצור תבנית. 

המדפסת עד היום הדפיסה עם PA11,לאחרונה נכנס חומר חדש לשימוש- PA12 ובקרוב ישוחרר גם PP. 

למידע נוסף:
SU-PAD, רוני עדן, 052-826-7732, [email protected]