הדפסת מתכת על קצה המזלג

שתלים דנטלים, מנועים רקטיים, חלקי חלוף לרכב ואפילו תכשיטים, המשותף לכל אלו הוא היכולת להדפיס אותם במדפסת תלת מימד למתכת, ולשפר את יעילות הייצור, תוך כדי הפחתת זמני ייצור, ועלויות ייצור. הדפסת מתכת (3D Metal Printing) היא כבר טכנולוגיה וותיקה בת מעל 30 שנה, אשר מאפשר על ידי הוספת חומר (להבדיל מCNC אשר מחסיר חומר), ייצור של אבות טיפוס וכן חלקים סופיים במהירות רבה וללא מגבלות גיאומטריות, תוך שימוש בחומרי גלם הזהים לחומרים הנפוצים בתעשיה. דבר זה מביא לכך שכיום ניתן למצוא חלקי מתכת אשר מיוצרים במדפסת תלת מימד בתחומים רבים כגון רפואה, היי-טק, בטחון, וכמובן תעשיות ייצור מסורתיות אשר מתקדמות להדפסה במתכת.

עולם ה-Metal 3D Printing מתפתח בקצב מהיר, וכבר כיום יש יותר מ-10 טכנולוגיות הדפסה שונות במתכת, ומאות חומרים הניתנים להדפסה. קיימות מכונות שולחניות אשר מאפשרות הדפסה בקצבים איטיים וכמויות נמוכות, אולם הן מצויינות לתהליכי פיתוח ו R&D, והיתרון הבולט שלהם הוא העלות הנמוכה יחסית למכונות הדפסה תעשייתיות. ומנגד קיימות מדפסות תעשיתיות גדולות המאפשרות להדפיס חלקים גדולים, בקצבים מהירים ודיוקים גבוהים מאוד. החברות אשר מייצרות את המדפסות הללו, הינן חברות בינלאומיות ענקיות השוות מילארדים ובין השמות הבולטים ניתן למצוא את:  Desktop Metal, EOS, 3Dsystems, SLM, GE.

לאילו יישומים מתאימה מדפסת מתכת בתלת מימד?

חלקי מתכת מודפסים בתלת-ממד משתרעים על פני תעשיות ויישומים: גשר מודפס מפלדה הממוקם באמסטרדם, מחבט גולף קל משקל, רכיב הנדסי של לופטהאנזה ואפילו מדחף ספינה. הקורונה לימדה אותנו, כי לא ניתן להסתמך על ייצור מהיר מעבר לים כמו בעבר, וכי שרשרת האספקה העולמית יכולה להיות מושפעת ממשבר או שינויים גיאופוליטיים ולכן צריך למצוא פתרון ולהפחית את התלות בקבלני משנה.
כיום חברות רבות העבירו את ייצור החלקים In-House בייחוד כשמדובר באבות טיפוס וסדרות קצרות.

חברות רבות אשר ייצרו חלקי מתכת בטכנולוגיית עיבוד שבבי, הבינו שכאשר מדובר בחלקים בסדרות קצרות, וכן בחלקים מורכבים גיאומטרית, יש יתרון לייצר במדפסת תלת מימד, מאחר ולא נדרשים להכנה (SETUP) וניתן לשלוח להדפסה מספר רב של חלקים השונים זה מזה, באותה הדפסה, ולקבל אותם תוך שעות בודדות במקום ימים. הצבא ומשרד הבטחון הבינו כי במקום להחזיק מחסנים גדולים של חלקי חילוף, ניתן להחזיק מדפסת ולייצר לפי הצורך, וכך לפתור בעיות לוגיסטיות של מקום, או בלאי.

שתלים המיוצרים מטיטניום, כיום מיוצרים גם מהדפסה תלת מימדית עם חומרים המאושרים רפואית להשתלה בגוף האדם וכך ניתן להתאים לכל אדם את השתל הספציפי שהוא נדרש אליו, בהסתמך על סריקות תלת מימד וצילומי CT.

דוגמאות נוספות שבהן יש יתרון להדפסת מתכת על פני טכנולוגיות אחרות:

• נפח נמוך של חלקים- כאשר הכמות אינה גדולה וצריך זמני אספקה מהירים.
• אבות טיפוס פונקציונלים ממתכת- עלויות גבוהות של תבניות וCNC באות לידי ביטוי כאשר יש כמות קטנה של פריטים אשר צריכים לייצר, עקב ההכנות הנדרשות לייצר. בהדפסה חוסכים עלויות אלו.
• השתלות שיניים וכירורגיה- כיום ניתן באמצעות סורק תלת מימדי לסרוק את חלל הפה ולייצר שתלים ושיניים המותאמות לכל אדם.
• הפחתת משקל בתעופה- ניתן להפחית משקל של 30-40% מחלקים המיוצרים בשיטות מסורתיות, ובכך לחסוך כסף רב מאחר ובתעופה המשקל משחק תפקיד מרכזי.

סוגי הטכנולוגיות במדפסות תלת מימד למתכת

כשמדברים על הדפסת תלת מימד במתכת, לא מתכוונים לטכנולוגיה אחת, אלא מתכוונים למעשה ל10  טכנולגיות שונות הנבדלות בסוג החומר (אבקה, נוזל, מוטות), גודל חלל הבניה, וכמובן שיטת הבניה בין אם מדובר על לייזר, מקרן, התכה או הזרקה. הבחירה באיזו טכנולוגיית הדפסה להשתמש היא כמובן איזון של צרכים כגון תקציב, דרישות דיוק, סוג חומר הגלם, גודל מקסימלי/מינימלי של הדפסה, תהליכי גימור וטיב פני שטח ועוד דרישות רבות.
אין טכנולוגיה אחת אשר הינה הטובה בכל הפרמטרים, ולכן עלינו לתעדף את הצרכים שלנו ולהחליט מה סף העדיפויות אשר יכול להתאים לצרכים שלנו.

שלושת הטכנולוגיות הפופולאריות ביותר להדפסת מתכת הינם :

1. Metal Binder Jetting – שיטת הדפסה אשר הומצאה על ידי חברת Desktop Metal ואשר מאפשרת הדפסה מאוד מהירה ושימוש בכל חלל ההדפסה , כולל הדפסה בקומות (חלק מעל חלק).
הטכנולוגיה הזו מהירה ביותר, פי כמה לעומת לייזרים, מאחר ויש ראש הדפסה רחב, אשר עובר מעל מגש אשר בו יש אבקה מתכתית, ומפזר דבק (ביינדר) המקשיח את החלקים.

לאחר ההדפסה יש להכניס את החלקים לתנור סינטור לקבלת תכונות סופיות של החומרים וכן להסרת התמיכות (DEBINDER)

2. Selective Laser Melting – השיטה הראשונה שהומצאה ואשר נמצאת בשימוש הנפוץ ביותר. בשיטה זו, לייזר מחמם ומסנטר את האבקה המתכתית וכך מקשיח ומלחים את גרגירי האבקה לכדי חלק. היתרון בטכנולוגיה זו הינה שהיא כבר וותיקה ומבוססת, ומאפשרת שימוש בחומרים רבים ומגוונים. בסיום התהליך נדרש לבצע תהליך של הסרת תמיכות וכן שימוש בתנור להרפיה ושחרור מאמצים.

3. Fused Deposition Modeling – שיטת ההדפסה הזולה ביותר כיום למתכות. בדומה למדפסות סליל בפלסטיק (FDM), בשיטה זו מכניסים מוטות מתכתיים לראש הדפסה אשר מתחמם ומתיך את הסליל. היתרון של טכנולוגיה זו הינה הקלות בהחלפת החומרים, העלויות הזולות יחסית לטכנולוגיות הדפסה אחרות, וכן מדובר במכונה משרדית שאינה דורשת תנאי סביבה מורכבים.

באילו מתכות משתמשים בהדפסת תלת מימד?

הדפסת תלת מימד אינה מצריכה בהכרח מתכות מיוחדות. מכונות וטכנולוגיות רבות יכולות להשתמש בדיוק באותו חומר מתכת המשמש בשיטות ייצור אחרות, כגון הזרקה או ריתוך. עם זאת, חלק מטכנולוגיות ההדפסה בתלת-ממד פועלות בצורה הטובה ביותר עם מתכות, במיוחד אבקות, המיוצרות במיוחד עבור הדפסת תלת-ממד. מתכות מסוימות, בעיקר ריאקטיביות , כגון נחושת, אלומיניום, טיטניום ועוד , דורשות מדפסות תלת מימד ספציפיות ותנאי סביבה מבוקרים. בסופו של דבר, יש מגוון  מתכות עצום שניתן להדפיס בתלת מימד. החל מזהב טהור ועד כרום קובלט.

המתכת הנפוצה ביותר להדפסת תלת מימד היא נירוסטה. כל טכנולוגיות ההדפסה בתלת מימד יכולות להדפיס את החומר הזה ברמות שונות של חוזק וצפיפות. לדוגמה, בעת הערכת אפשרויות ההדפסה בתלת-ממד מנירוסטה, שקול את צפיפות החלק הסופית הדרושה לך (90% – 99.6%), את הנקבוביות (שיכולה להיות חיסרון או יתרון בהתאם ליישום שלך), ואת התכונות המכניות הנדרשות, כגון חוזק מתיחה.

המתכות הנפוצות ביותר בשימוש בהדפסת תלת מימד

• פלדת אל – חלד
• טיטניום
• נירוסטה
• אֲלוּמִינְיוּם
• נְחוֹשֶׁת
• קובלט כרום
• פלדות כלים

מה לחפש במדפסת תלת מימד לפני רכישה?

צריך להבין שרכישת מדפסת מתכת, מכל סוג, הינו תהליך יקר הן בשלב הקניה והן בשלב השימוש. על מנת להצדיק את קניית המדפסת, יש לוודא שאכן עלויות הייצור רלוונטיות לפרוייקט המדובר, או לחילופין כי המדפסת פותרת צורך הנדסי שלא ניתן לפתור באמצעי ייצור אחרים. כמובן גם התפוקה של המדפסת חשובה, מאחר ואם מייעדים אותה לייצור סדרתי, חשוב מאוד להבין כמה זמן לוקח להדפיס כל חלק, משלב ההדפסה, ועד שלבי הגימור.

גודל החלקים הרצויים גם משפיע על בחירת המדפסת, ובדרך כלל הנחת היסוד הינה כי ככל שהמדפסת גדולה יותר, עלותה גבוהה יותר. עוד פרמטר הוא כמובן דיוק ורזולוציה נדרשים, יש מכונות מדוייקות יותר ומדוייקות יותר, כמו כן שיטת ההדפסה גם משפיעה על האיכות- האם מדובר בלייזר או שמא בדבקים או תהליכים אחרים. ייתכן ומדפסת שולחנית כגון מדפסות Desktop Metal או Markforged מספיקות בהחלט לתחילת ההתנסות בהדפסת מתכת.

כיצד תהליך קניית מדפסת נראה?

• הבן את הצורך, והמקרה העסקי (CASE STUDY), האם הדפסה יכולה לתת פתרון נאות?
• הבן את הטכנולוגיה הרצויה ובצע סקר שוק בין היצרנים המובילים השונים
• בקש הדפסות לדוגמא מהיצרנים הרלוונטים על מנת שתוכל להשוות איכויות, דיוקים, פני שטח ועוד.
• צמצם את הפתרונות ל1-2 המובילים, ובקשר הצעות מחיר המתאימות לצורך/ הפרוייקט
• בקש לראות את המכונה פיזית בעיניים, להבין את התהליכים השונים. דבר זה יכול להתבצע אצל היצרן בחו"ל, או אצל לקוח / מפיץ בארץ
• לפני קבלת ההחלטה, בקש לבצע סימולציות שונות למחיר, הבן את כלל העלויות, כולל הנסתרות והשוטפות.
• קנה ממפיץ בעל מוניטין, ומחברה גדולה ומבוססת אשר תוכל לתמוך בך לאורך שנים רבות.

מתלבטים ורוצים ייעוץ?  אל תהססו לפנות אלינו!