כיצד הדפסת תלת מימד מאפשרת עיצוב מהיר יותר, פרודוקטיביות גבוהה יותר והתאמה אישית רבה יותר בייצור
בעוד שאנשים רבים אינם נוטים לחשוב על האופן שבו מיוצרים המוצרים שבהם הם משתמשים, עולם הייצור – האחראי על הפיכת חומרי גלם לסחורות – עומד מאחורי למעשה כל חפץ או מערכת שאנו משתמשים בהם, ממברשות שיניים ועד מכוניות.
עם תהליכי ייצור חדשים יותר כמו הדפסה תלת מימדית (הידועה גם בשם ייצור תוסף) הופכים נפוצים יותר, ישנן שאלות מובנות לגבי איך הם ישנו וישבשו את תעשיית הייצור. כיום, ברור שלמרות שהדפסת תלת מימד לא בדיוק תחליף את תהליכי הייצור הקיימים, היא מוצאת את תפקידה ביניהם, הן לייעל את הייצור והן למלא פערי ייצור עבור חלקים קטנים וחלקים מותאמים אישית.
מאמר מדבר על ההשפעות רחבות הלכת של ייצור תוסף בייצור, תחבורה, אריזה ואוטומציה ו-STEAM. בה, אנו מתמקדים במיוחד באנכי של ייצור תעשייתי כדי להבין כיצד טכנולוגיות הדפסה תלת מימדית לא רק משתלבות בזרימות עבודה קיימות של ייצור אלא כיצד הן עוזרות לשנות את שרשראות הייצור, ובאופן רחב יותר, כיצד מייצרים חלקים.
היתרונות של הדפסת תלת מימד ליישומי ייצור
היצרנים מתעניינים יותר ויותר במינוף טכנולוגיות ייצור תוספים על מנת לקצור את היתרונות שלה. אבל מה בדיוק היתרונות של שימוש בהדפסת תלת מימד בהקשר ייצור? בואו נסתכל.
זמני אספקה מהירים יותר
ללא ספק היתרון הגדול ביותר באימוץ הדפסת תלת מימד לייצור (ומעבר לכך) הוא בכך שהוא מאפשר זמני אספקה מהירים יותר. בהקשר של ייצור, ניתן להשתמש בהדפסת תלת מימד כבר בשלב יצירת האב-טיפוס כדי להאיץ את פיתוח המוצר. לפני הדפסת תלת מימד, יצירת אב טיפוס עשויה להימשך שבועות אם לא חודשים בשל זמני האספקה הארוכים של תבניות וכלים. כעת, מפתחי מוצר יכולים להדפיס בקלות אבות-טיפוס חד-פעמיים בתוך הבית, להעריך אותם, ולאחר מכן ליישם שינויים בתוכנת CAD עד לאימות העיצוב. זמני אספקה מהירים יותר מתרחבים גם ליישומי ייצור אחרים, כמו כלי עבודה וחלקי חילוף. במקרים אלה, היכולת להדפיס במהירות חלקי ייצור יכולה לשפר את תפוקת הייצור ולמזער את זמני הפסקת המכונה.
ייצור זריז
בנוסף לזמני אספקה מהירים יותר, להדפסת תלת מימד יש את היתרון להיות אחת מטכנולוגיות הייצור הזריזות ביותר. אופי הטכנולוגיה, שיכולה לייצר באופן ישיר מגוון רחב של חלקים ללא צורך בכלי עבודה או תבניות, גורם ליצרנים ליצור חלקים תוך כדי תנועה. שלא כמו הזרקה, שדורשת מערך ייצור מסוים כמו גם כמויות ייצור גדולות כדי להיות כדאיות כלכלית, ניתן להשתמש בהדפסת תלת מימד לייצור חלקים בכמויות קטנות לפי דרישה. יכולת זו גם מפחיתה את הצורך במלאי ואחסון (ועלויות הנלוות להם).
התאמה אישית
בהתאם לאפשרות פתיחת הנעילה של הדפסת תלת מימד בזריזות, הטכנולוגיה מתאימה באופן ייחודי גם לייצור מוצרים וחלקים מותאמים אישית. פשוט על ידי התאמה של מודלים תלת-ממדיים או עיצוב חלקים חד-פעמיים מאפס (באמצעות הנדסה לאחור, למשל), מדפסות תלת-ממד יכולות ליצור חלקים מותאמים אישית או מיוחדים במינם בצורה חסכונית. יכולת זו מסמיכה את היצרנים במסגרת הפעילות שלהם לייצר חלקי מכונות או מתקנים ייחודיים, כמו גם לגוון את יכולת הייצור שלהם כדי לכלול התאמה אישית המונית.
חופש עיצוב
חופש העיצוב היה אחד מנקודות המכירה הגדולות ביותר עבור הדפסת תלת מימד ומסיבה טובה. הטכנולוגיה מסוגלת ליצור גיאומטריות בלתי אפשריות בעבר, כולל צורות אורגניות מורכבות וסריג פנימי. לתועלת זו עצמה יש יתרונות רבים, כולל יצירת חלקים בעלי ביצועים גבוהים יותר, איחוד חלקים (הממזער את זמני ההרכבה) ויעילות חומר רבה יותר. במילים אחרות, ניתן לעצב חלקים כך שיעמדו בדרישות הביצועים, תוך צמצום כמות החומר בשימוש. זה יכול לתרגם עלויות חומר נמוכות יותר עבור יצרנים.
ייצור מבוזר
הרעיון של ייצור מבוזר הופך פופולרי יותר ויותר בעולם הייצור על מנת להפחית את הסיכונים בשרשרת האספקה. בקיצור, זה כרוך בגיוון היכן שמיוצרים מוצרים, לרוב תוך עין על ייצור מקומי. עם הדפסת תלת מימד, ארגונים יכולים להשיג ייצור מקומי יעיל יותר על ידי שליחת קובצי עיצוב ליצרנים במקומות שונים. לגישה זו יש לא רק יתרונות בשרשרת האספקה (המאפשרת להחליף יצרנים כאשר אחרים אינם יכולים למלא את הייצור), אלא גם יתרונות סביבתיים פוטנציאליים, שכן היא ממזערת את הצורך בהובלת מוצרים.
דרכים שבהן נעשה שימוש בהדפסת תלת מימד בתהליכי עבודה בייצור
כעת, לאחר שראינו את היתרונות הרבים שייצור תוסף יכול להציע בהקשר של ייצור תעשייתי, אנו רוצים להדגיש כמה מהדרכים הספציפיות שבהן הטכנולוגיה נמצאת כיום בשימוש בתעשייה.
אב טיפוס מהיר
כיום, הדפסת תלת מימד היא אחת הגישות המובילות ליצירת אב טיפוס מהיר. למעשה, יישום זה הוא עדיין בין הנפוצים ביותר עבור מאמצי AM, כאשר 72% מהיצרנים משתמשים בטכנולוגיה כדי ליצור אבות טיפוס. לא רק ש-AM מצוידת לספק אבות טיפוס במהירות, אם יש צורך בשינויים, בין אם זה שיפוץ עיצובי מלא או התאמה קטנה, המשתמשים יכולים לבצע את השינויים באופן דיגיטלי ולהדפיס מחדש לצורך אימות נוסף. לא רק שגישה זו מאיצה את פיתוח המוצר (ובכך מפחיתה את זמני ההובלה הכוללים של הייצור), היא גם יכולה לשפר את עיצוב המוצר הכולל, שכן ניתן לבצע מספר איטרציות ללא תוספת זמן או עלות משמעותית.
כלי עבודה ומתקנים
Tooling, שוק המוערך בלמעלה מ-73.60 מיליארד דולר, הוא חלק מהותי מהייצור המסורתי ויותר ויותר יצרנים פונים לטכנולוגיות הדפסה תלת מימדיות כדי ליצור תוספות תבניות, עזרי הרכבה וג'יגים על מנת לייעל את זרימות העבודה של הייצור שלהם. תחום היישומים הזה הוא למעשה אחד הצומחים ביותר: בעוד שרק 37% מהיצרנים דיווחו על שימוש ב-AM עבור כלי עבודה ב-2019, מספר זה צמח ל-57% ב-2021.
כלי עבודה ומתקנים
בהשוואה לשיטות ייצור מסורתיות, הדפסת תלת מימד מאפשרת לייצר חלקי ייצור חיוניים אלה במהירות ולפי דרישה. לדוגמה, חברת ההזרקה Rosti Group הטמיעה בהצלחה את חבילת UltiMaker S5 Pro כדי לייצר מתקני הרכבה במהירות ובעלות יעילה. בהשוואה לעיבוד CNC מסורתי יותר, החברה צמצמה את זמני האספקה משבוע לשבע שעות בלבד וקיצצה עלויות מ-$450 לחלק ל-$15 בלבד, כל זאת מבלי להתפשר על איכות או חוזק.
יתר על כן, מכשירי הרכבה ודפוסים בהתאמה אישית תלת-ממדית לא רק משפרים את יעילות הייצור אלא גם משפרים את הארגונומיה ובטיחות רצפת המפעל למפעילים. ספקית השירותים התעשייתיים ERIKS משתמשת רבות בפתרון ההדפסה התלת מימדית של UltiMaker כדי לשפר את הבטיחות באתר. לדוגמה, החברה ההולנדית משתמשת באופן קבוע בכלי מודפס בתלת מימד המאפשר להחליף גליל גדול של סרט עטיפה בבטחה על ידי אדם בודד.[4] הודות לכלי זה ואחרים, החברה אומרת שהיא חסכה 350,000 אירו במתקני הייצור שלה על ידי ביטול סכנות בטיחותיות והגדלת הייצור שלה.
חלקי חילוף
חלק חשוב בתפקידו של כל יצרן הוא להבטיח שכל מכונה ומערכת בפס הייצור שלה פועלות בצורה חלקה. במקרים מסוימים, אם אפילו מכונה בודדת נופלת, ריצות הייצור עלולות להתעכב באופן משמעותי. הדפסת תלת מימד יכולה לעזור להתגבר על האתגר הזה על ידי יצירת חלקי החילוף הדרושים כדי למזער את זמני ההשבתה של המכונה. שירות הדפסת תלת מימד הגרמני 3D Point משתמש בצי מדפסות תלת מימד מסדרת UltiMaker S כדי לספק חלקי חילוף ללקוחות רבים ושונים. רכיבים מודפסים אלה מודפסים בסדרות (בדרך כלל 300 עד 5,000 יחידות להזמנה) ומסייעים ללקוחות בתעשיות שונות, מהובלה ועד מוצרי צריכה, לשמור על הייצור והפעילות שלהם בצורה חלקה.
עם הדפסת תלת מימד בבית, היצרנים יכולים לבנות מלאי דיגיטלי ולהדפיס במהירות חלקי חילוף זמניים למכונות כדי לשמור אותם פעילים בזמן שהם ממתינים להגעת החלק ה"רשמי". במקרים מסוימים – ובזכות העלייה בחומרים ברמה הנדסית, כמו חומרים מרוכבים של סיבי פחמן – ניתן להדפיס חלקי חילוף לשימוש קצה ישירות. במקרים של מערכות מדור קודם, ניתן לבצע הנדסה לאחור של חלקים מיושנים, ולהאריך את חיי המכונות שאחרת היו הופכות לבלתי שמישות. השימוש ב-AM ליישומי תיקון ותחזוקה גדל ביותר מ-30% מ-2017 עד 2021.
מוצרים סופיים
כמובן, הדפסת תלת מימד משמשת לא רק כדי לתמוך בזרימות עבודה מסורתיות של ייצור, היא יכולה לשמש גם כטכנולוגיית ייצור בפני עצמה. כיום, מגוון יצרנים בתעשיות שונות משתמשים בטכנולוגיות תוספים לייצור חלקים ומוצרים סופיים. אזור יישום זה גדל בחלקו הודות למגוון חומרים רבים יותר, החל מתרמופלסטיים בטמפרטורה גבוהה, לחוטים מרוכבים ועד למתכת.
ראוי להזכיר שהטכנולוגיה לא כל כך מתחרה בתהליכי ייצור המוני כמו הזרקה. במקום זאת, זה עוזר למלא פערים ביכולת הייצור, במיוחד עבור מוצרים מותאמים אישית, ריצות ייצור בנפח נמוך וחלקים מתוחכמים עם גיאומטריות מורכבות שאי אפשר יהיה לייצר באמצעות תהליכים אחרים.
הזדמנויות לחדשנות עתידית
למרות הגידול הבולט באימוץ ייצור תוסף ליישומי ייצור תעשייתי, יש עדיין הזדמנויות שטרם מנוצלות. בהסתכלות על עזרי ייצור ספציפית, תהליכי ייצור מסורתיים עדיין שומרים על הנתח הדומיננטי של שווי השוק (ב-84%), בעוד שהדפסת תלת-ממד עושה רווחים ב-16% (בשווי מיליארד דולר).
המשך האימוץ יונע על ידי מודעות רבה יותר ליכולות הקיימות של AM וכן הזדמנויות חדשות שנפתחו על ידי התקדמות החומרה, התוכנה והחומרים. ברמה הטכנולוגית, ככל שהחומרה והתוכנה להדפסה הופכים ליותר ויותר מתוחכמים ואוטומטיים, הדפסת תלת מימד תהפוך ליותר ויותר יעילה בעלויות ובזמן, מה שיוביל לאימוץ רחב יותר בתחום הייצור. אנו יכולים להסתכל על ייצור תוסף בפורמט גדול (LFAM) כדוגמה לכך: ככל שהטכנולוגיה הזו מתקדמת, יהיו הזדמנויות לרכיבי ייצור גדולים יותר, כמו תבניות לתעשיות הרכב והבנייה.
פעם צוואר בקבוק לאימוץ AM, זמינות החומר הולכת וגדלה. לתרמופלסטיות ברמה הנדסית, כמו גם לחומרים מרוכבים כבדים, יש כבר פוטנציאל להחליף חלקי מתכת יקרים יותר עבור יישומי קצה, מה שיכול לשפר עוד יותר את היעילות של קווי הייצור. לדוגמה, סדרת UltiMaker Method – הכוללת פולימרים מסודרים וחומרים מרוכבים כבדים – בנויים ליישומי ייצור וכבר מייצרים ערך עבור יצרנים תעשייתיים.
פעם צוואר בקבוק לאימוץ AM, זמינות החומר הולכת וגדלה. לתרמופלסטיות ברמה הנדסית, כמו גם לחומרים מרוכבים כבדים, יש כבר פוטנציאל להחליף חלקי מתכת יקרים יותר עבור יישומי קצה, מה שיכול לשפר עוד יותר את היעילות של קווי הייצור. לדוגמה, סדרת UltiMaker Method – הכוללת פולימרים מסודרים וחומרים מרוכבים כבדים – בנויים ליישומי ייצור וכבר מייצרים ערך עבור יצרנים תעשייתיים.
לבסוף, להדפסת תלת מימד יש פוטנציאל לחזק את שרשראות האספקה העולמיות על ידי יצירת שרשרת ייצור זריזה יותר באמצעות ייצור מבוזר, מלאי דיגיטלי, הדפסה לפי דרישה ויעילות חומר טובה יותר. בסך הכל, זה נותן ליצרנים אוטונומיה רבה יותר, מה שיכול למעשה לקצר את שרשרת האספקה ולשפר את החוסן.
הדבר הבא…
אי אפשר להכחיש את ההשפעות של הדפסת תלת מימד על ייצור תעשייתי: הטכנולוגיה מציעה יתרונות משמעותיים ויש לה יישומים טרנספורמטיביים שונים, החל מאב-טיפוס, דרך כלי עבודה ועד חלקים סופיים לשימוש סופי. בפרק הבא בסדרה זו, נעביר הילוך כדי להסתכל על תעשיית התחבורה, ונבדוק כיצד תהליכים תוספים מקדמים את הייצור של מכוניות, מטוסים, רכבות ועוד.
השאירו פרטים ונקבע פגישה בחדר הדמו שלנו
