הדפסת תבניות בתלת מימד

הדפסה בתלת מימד (additive manufacturing בשמה התעשייתי) הוא תחום חם בשנים האחרונות ומי שזכה לבקר בתערוכת Euromold שנערכה בפרנקפורט בסוף נובמבר 2014, יכול היה להתרשם משפע הפתרונות המצויים היום בשוק: החל ממדפסות בכל הגדלים, סורקים, חומרי גלם מתקדמים, ואביזרים ועד לשירותי ייעוץ לחברות אשר מעוניינות ללמוד איך להשתמש בטכנולוגיה כדי לשפר ולייעל את תהליכי הייצור שלהן.

בסדרת המבוא לייצור בפלסטיק דיברתי קצת על היתרונות והחסרונות בשימוש בטכנולוגית הדפסה בתלת מימד לייצור דגמים. כאשר היתרונות העיקרים הם זמן ועלות, והחיסרון הבולט הוא שלא ניתן לבחון בעזרת דגם שנוצר בהדפסת תלת מימד את התכונות הפיסיות האמיתיות של המוצר, עמידותו לקור וחום, גמישות החומר וכדומה, ביחס למוצר שיוצר בהזרקה, שכן חומר הגלם ממנו מיוצר הדגם שונה בדרך כלל בתכונותיו מחומר הגלם הסופי.

היום, אני רוצה לדבר על אפשרות נוספת של שימוש בהדפסה בתלת מימד בשרשרת הייצור של מוצרי פלסטיק מורכבים, והיא הדפסת תבניות מחומר פלסטי בתלת מימד.

למרות שהדפסה בתלת מימד התפתחה מאוד בשנים האחרונות בכל הקשור למוצרים ודגמים, חברות אשר מייצרות תבניות למוצרי פלסטיק (ופלסטומולד בינהן) עדיין חוששות להשתמש בטכנולוגיה לייצור התבניות עצמן.

יתרונות וחסרונות

כאמור השימוש בהדפסת תלת מימד, בכל אפליקציה שהיא, חוסכת בד״כ זמן וכסף. אם משך הזמן לייצור תבנית רגילה הוא בד״כ מארבעה עד שמונה שבועות, ייצור תבנית במדפסת תלת מימד יכולה להסתכם בכמה ימים ובעלות זולה משמעותית. אבל השאלה האמיתית שצריך לשאול היא האם תבנית מודפסת נותנת פתרון הולם? – לדעתי כשזה מגיע לייצור תבניות למוצרים מורכבים, התשובה היא עדיין: לא.

מצד אחד, אם אמרנו שאחד החסרונות של הדפסת מוצרים ניסיוניים בתלת מימד, היא שהם אינם עשויים מחומר הגלם הסופי שלהם, הרי שייצור תבניות בתלת מימד יאפשר ייצור מוצרים (סופיים וניסיוניים) מחומר הגלם ממנו ייוצר המוצר הסופי ולנסות אותו בתנאים אמיתיים. ייצור תבניות בתלת מימד מאפשר מצד אחד ייצור מספר תבניות זהות או שונות במקצת בו זמנית, ונותן ליצרן אפשרות לבחון שימוש במספר חומרי גלם שונים, ובשינויים עיצוביים קלים של המוצר. כשאנחנו מדברים על מוצרים בתחום הציוד הרפואי שצריכים לעבור תהליך ארוך של אישורים רגולטורים, ואנחנו רוצים לייצר מוצר כמה שיותר מהר, ללא השקעה של זמן ומשאבים רבים, לפני קבלת האישור, זהו יתרון משמעותי.

בצד היתרונות, הסיבה העיקרית לכך שיצרני התבניות עדיין אינם מאמצים לחיקם את הטכנולוגיה היא שהיא שעדיין מגבילה באופן משמעותי את מורכבות התבנית ומכאן את מורכבות המוצרים הסופיים שהיא יכולה לייצר, ואת כמויות המוצר שניתן לייצר.

לסיכום

חומר הגלם ממנו עשוייה התבנית, עדיין מהווה את המכשול העיקרי: חומרי הגלם המצויים היום בשוק אינם חזקים דיים לייצור תבניות מורכבות ומתאימים לתבניות של מוצרים פשוטים יחסית שחומר הגלם שלהם לא חזק במיוחד ולא דורש טמפרטורה גבוהה מידי ושעיצובם פשוט, בלי אנדרקטים מסובכים. אם ככל שהמוצר מורכב יותר כך התבנית התלת מימדית פחות מתאימה. היא תוכל לייצר רק כמות מאוד קטנה של מוצר סופי לפני שהיא נשחקת, לפעמים אפילו רק 5 יחידות ובמקרי קיצון אף פחות!

למעשה תבניות שהודפסו בתלת מימד מתאימות יותר כתבנית ניסיונית או כתבניות לסדרות קטנות מאוד של מוצרים, ולמרות שייצרניות חומר הגלם להדפסה, בניסיון לעודד חברות לאמץ את הטכנולוגיה, מדגישות את ההתפתחות המשמעותית והשיפור הניכר בחומר הגלם, לצערי אנחנו עדיין לא שם.

הדפסת תבניות ממתכת- האם כאן נמצאת התשובה?

אפליקציה נוספת לשימוש בהדפסה בתלת מימד בתהליך ייצור מוצרים בפלסטיק היא הדפסת תבניות ממתכת. הטכנולוגיה קיימת אבל השאלה היא האם ניתן בעזרתה לייצר תבנית טובה ובמחיר אטרקטיבי?

מצד אחד מדובר בתהליך שחוסך זמן ומאפשר ייצור ראשוני מהיר. יתרון נוסף הוא שתהליך ההדפסה מאפשר למקם תעלות קירור באופן אחיד במרחק שווה מהמוצר, דבר המקטין את העיוותים במוצר הסופי. מצד שני ההשקעה הראשונית בציוד היא גבוהה, וכדי לקבל טיב שטח סביר במוצר, יש לבצע עיבוד משלים לאינסרטים המיוצרים, דבר אשר מסרבל את התהליך ומבטל את החיסכון בזמן.

מה חדש בתחום?