הדפסת תלת מימד בקנה מידה תעשייתי

הדפסה בתלת מימד היא טכניקה חדשנית באמצעותה ניתן לייצר סדרות ייצור בינוניות של עשרות אלפי חלקים קטנים בשנה במהירות, בדיוק רב והתאמה למקצבים תעשייתיים בתעשיית התעופה, הרפואה והרכב

 

מדפסות התלת מימד שימשו תחילה כמוצר בלעדי של חברות סטארט אפ והייטק. כיום, הן עברו כברת דרך ארוכה וניתן לראות כיצד תעשיית הייצור נעזרת בהן לצורך הפקת סדרות ייצור בינוניות של אלפי עד עשרות אלפי פריטים בודדים. כאשר היקף הייצור כה גבוה, היתרון היחסי של שיטת ההזרקה פוחת משמעותית.  

טכנולוגיית ההדפסה DLP מקבילה באיכותה לשיטת הזרקת פלסטיק

חברת Stratasys רכשה את Origin האמריקאית בשנת 2021. הרכישה עזרה לStratasys להרחיב את מנעד טכנולוגיות תלת המימד שלה, והוסיפה את שיטת ה-DLP (Digital Light Processing). זוהי טכניקת הדפסה מהירה, שעושים בה שימוש בקרינת UV לצילוב נוזל פוטו-פולימרי. לאחר ההדפסה מבצעים הסרת תומכות, ניקוי וצילוב ב-UV או טיפול תרמי. האפליקציה מאפשרת דיוק גבוה עם יכולת מצוינת של ירידה לפרטים ועל כן מובילה לקבלת חלקים בעלי פני שטח איכותיים הדומים לאלו המתקבלים בתהליך ההזרקה.

טכניקת הדפסה זו מציעה גמישות תהליכית גבוהה, תמיכה בשינויי תכן המוצר ויכולת ביצוע החלפות מהירות של חומרים בדקות בודדות. מנגד, בשיטת ההזרקה, שינוי בתכן מצריך הכנת תבנית חדשה אשר עולה בזמן רב וכסף, והחלפות חומרים דורשות זמני ניקיון וסט-אפ ארוכים.

למדפסת P3 (PROGRAMMABLE PHOTO –POLYMERIZATION) שטח הדפסה של 192x 108 x 370  מ"מ והיא שולטת בצורה מדויקת בתנאי התהליך באמצעות קצת יותר מעשרים חיישנים ותוכנה הפועלת במשוב בחוג סגור. בנוסף, החברה השיקה לאחרונה את תוכנת GrabCAD PRINT PRO המאפשרת לשפר 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. 

סוגי חומרי ההדפסה המוצעים הינו רחב בזכות שיתוף הפעולה של Stratasys עם חברות גדולות כגון ,BASF Henkel DSM ו-LOCTITE, וכולל חומרים בעלי תכונות שונות כמו: עמידות גבוהה בטמפ', נגיפה, תקינה תעופתית ביוקומפטבילית ואלסטומרים. טכנולוגיית ה-DLP נמצאת איתנו כבר שנים אך עד היום החומרים שימשו בעיקר לדגמים ולא כמוצר סופי, יכולותיה הגבוהות של מערכת ה-Origin מאפשרת לקחת חלק בליגה של הגדולים ובעולמות ייצור מורכבים כגון תעופה, רפואה ורכב.

יישומים מעניינים לייצור בקנה מידה גדול בתלת מימד בטכנולוגיית DLP

בעולמות התעופה התעורר הצורך בהדפסה תלת מימדית של מהדק (clamp) לצנרת הידראולית במטוס F-16. עמידות הרכיב פוחתת לאורך זמן עקב חשיפה רציפה לגורמים סביבתיים כמו רטט, חומרים כימיים ותנודות טמפרטורה. בעזרת שימוש באלגוריתמים מסוג Topology Optimization, חברת Stratasys מצאה פתרון חדש בשבועיים בלבד. 

המהדק הודפס מחומר LOCTITE® 3955, העומד בתקן ובדרישות הטיסה המחמירות של חיל האוויר האמריקאי ועבר תקינת עיכוב בעירה UL 94 V-0, הוא עמיד במיוחד בכימיקלים ויכול להתמודד עם טמפרטורות נמוכות וגבוהות. הודות לתכנון החדש, החלק החדש קל יותר ב-5% ובעל יכולת נשיאת מטען כפול בגודלו בהשוואה לקודמו. כעת ניתן להדפיס עד 6,400 חלקים בחודש במדפסת אחת.

 

 

נקודות השקה בין הדפסת תלת מימד והזרקת פלסטיק

עם עליית טכנולוגיית ההדפסה בתלת מימד היו חששות שהיא תתפוס את מקומה של שיטת ההזרקה. מאז עברו מים רבים בנהר, ושיטת הזרקת הפלסטיק נותרה בעינה. יתרה מזאת, מפעלי הזרקה אימצו לחיקם את טכנולוגיית התלת מימד, שכן הם רואים בייצור בהדפסת תלת מימד סדרתית טכניקה משלימה המספקת מענה לפרויקטים בסדר גודל בינוני. במקרה שיש צורך בהיקף ייצור גדול יותר, קבלן המשנה יכול לבצע טרנספורמציה מהירה ופשוטה לייצור בהזרקה.

דוגמה טובה לכך היא חברת ההזנק Picodya, אשר מסתמכת רבות על מדפסות תלת מימד במהלך תהליך הפיתוח והייצור הראשוני של צ'יפ מיקרופלואידי רב פעמי לדיאגנוסטיקה רפואית. כיום, החברה מייצרת את קסטות הבדיקה בתהליך הזרקה דרך קבלן משנה עם ריתוך לייזר של חברת leister, ואת אבות הטיפוס והכלים השונים היא עדיין מייצרת בהדפסה. כך מצליחה החברה להביא לידי ביטוי את היתרונות של שילוב שיטות ייצור מסורתיות ומתקדמות.

 

 

עלויות מדפסות תלת מימד

מחירי מדפסות תלת מימד הפכו נגישים יותר מבעבר, מה גם, שניתן להתנסות בהדפסה תלת מימדית ללא צורך ברכישה. דוגמה לכך ניתן למצוא בחברת INDUS 3D המציעה הדפסות בטכנולוגיות שונות, בהתאם לדרישת הלקוח.

 

ייצור סדרתי להדפסת תלת מימד בטכנולוגיית SAF

Selective Absorption Fusion) טכנולוגיית SAF) היא שיטת ייצור סדרתית נוספת. היא מסייעת בביצוע הדפסות תלת מימד מהירות במיוחד של עד עשרות אלפי חלקים באמצעות היתוך חלקיקי אבקת פולימר בשכבות בעזרת אנרגיית IR. לאחר הדפסת החלק נדרשים תהליכי ניקוי וגימור, אותם פתרונות תעשייתיים אוטומטיים יכולים לפשט. שטח העבודה של המדפסת גדול יחסית, 350X350x350 מ"מ.

 

 

שיטת SAF מבוצעת ברמה תעשייתית, ומסייעת בייצור סעפת לתעשיית הרכב בזמנים קצרים ב-77% בהשוואה לייצור בהזרקת פלסטיק. בנוסף, השיטה יושמה בתחרות מירוצי המכוניות של Nascar, כאשר עלה הצורך לתכנן מחדש תוך זמן קצר חלק ברכב שהוביל להתחממות החלל בקרבת הנהג. המלאכה הושלמה בימים ספורים ותהליך הייצור היה זול ומהיר יותר משיטת ההזרקה, שהצריכה ייצור תבנית. 

 באשר לרכיבים איתם עובדת המדפסת: עד כה שימש הרכיב PA11 להדפסה ולאחרונה נכנס חומר חדש לשימוש- PA12 ובקרוב יושק גם PP.

 

SU-PAD מייצגת את חברת Stratasys בישראל

חברת SU-PAD מעניקה ללקוחותיה שירות מלא: החל משלבי התכנון, הבנת הדרישות והצרכים, דרך הרכישה וההטמעה וכלה במתן שירות מכל הלב. פנויים עבורכם 24/7 לכל דרישה, בקשה או שדרוג.
לפרטים נוספים ניתן לפנות לרוני עדן | 052-826-7732: Ronny@su-pad.com

הכתבה נעשתה בשיתוף פעולה יחד עם מגזין PlasticTime