נושא הבלוג

קצת קשה לדחוס יותר מ- 25 שנות ניסיון של תיב"ם מכני תלת ממדי והדפסה תלת ממדית לתוך בלוג אחד. אבל, זה כייף לנסות.
הבלוג מיועד למקצוענים ולחובבים ב 3D CAD וב 3D Printing למי שרוצה ללמוד ולהבין יותר על הטכנולוגיה ועל החידושים בתחום. אשמח לתגובות ולשיתוף.

‏הצגת רשומות עם תוויות SLM. הצג את כל הרשומות
‏הצגת רשומות עם תוויות SLM. הצג את כל הרשומות

יום שני, 22 במרץ 2021

קצת סדר בשיטות הדפסה בתלת ממד

מודל המודפס ברובוט ריתוך (NGV Melbourne)
הדפסה תלת ממדית הוא שם כללי למספר רב של שיטות ייצור ששני גורמים משותפים לכולן: ייצור בעזרת הוספת חומר ודרישה מוקדמת להמצאות קובץ תלת ממדי. 
מכיוון שיש מספר הרב של שיטות ייצור, מגוון החומרים ויצרני מדפסות שיכול מאוד לבלבל ולרפות את ידיו של המדפיס הפוטנציאלי, יצרתי את הפוסט הבא שסוקר את רוב שיטות הייצור המקובלות היום בתחום הייצור בהדפסה תלת ממדית, או בשמו המקצועי יותר ייצור מוסף (Additive Manufactoring), בכוונה לעזור להבין טוב יותר את התחום. 

* הפוסט הוא עדכון מתמשך לפוסט שפורסם לראשונה בינואר 2014 
______________________________________________
אתם מוזמנים גם להרשם למגזין 10X3D. עשר החדשות המקצועיות החמות ביותר על הדפסה בתלת ממד. לינקים למאמרים, הכרזות וחדשות מהעולם ומישראל.  להשאר מעודכן עם כל החידושים בטכנולוגיית הייצור המעניינת מכולן



לפני שמתעמקים בשיטות ההדפסה, כדאי להכיר את צרוף האותיות  STL המתייחס לפורמט קובץ מחשב.   STL הוא הפורמט הסטנדרטי שמלווה את התעשייה משנת 1986 והוא המכנה המשותף  בין כל תוכנות התלת ממד למכונות ההדפסה. הפורמט פותח ע"י 3D Systems, יצרן המדפסות הראשון ואחד הגדולים כיום והוא מכונה על שם שיטת ההדפסה הראשונה -  Stereolithography . הקובץ הוא תיאור תלת ממדי של המודל בעזרת פוליגונים (משולשים) תלת ממדיים. גודל הקובץ ואיכות ההדפסה נקבעים על פי צפיפות הפוליגונים. יותר צפוף - יותר מדויק. פורמט  ה STL הוא מיושן. הקבצים מנופחים, קשה לבצע בהם שינויים, המידע שהם שומרים הוא חלקי ואיננו כולל צבע. אבל, נכון לעכשיו זה הפורמט הסטנדרטי היחידי שכל תוכנת תלת ממד יודעת לשמור וכל תוכנת מדפסת לקרוא. בשנים האחרונות יש נסיונות לקדם פורמט חדש ומתקדם יותר בשם AMF

טכנולוגיות שנסקרות בפוסט זה: בעולם מקובל לחלק את טכנולוגיות ההדפסה בתלת ממד לשבע קטגוריות. 
בסקירה הבאה אני נותן הסבר קצר לכמה מהמושגים היותר נפוצים מבלי להצמד לקטגוריות. בסוף הפוסט תוכלו למצוא שקף שמציג את הקטגוריות הסטנדרטיות, הטכנולוגיות והחומרים. 
הטכנולוגיות הנסקרות כאן הן:

  1. SLA -   סטראוליטוגראפי (stereolithography
  2. FDM / FFF
  3. SLS - סינטור בעזרת לייזר סלקטיבי  ( Selective laser)
  4. Binder printing/Jetting - הזרקת/התזת חומר מקשר
  5. SLM /  DMLS התכה בעזרת לייזר סלקטיבי
  6. EBM - התכה בעזרת אלומת אלקטרונים
  7. Cold Spray
  8. הזרקת חומר PolyJet/ MultiJet
  9. MetalJet
  10. ColorJet Printing - CJP
  11. Lamination
  12. Directed-energy deposition - DED
  13. Hybrid 3D printing

מודל SLA שקוף ממדפסת    3d systems iPro

טכנולוגיות הדפסה תלת ממדית 

SLA - סטראוליטוגראפי (stereolithography

שיטת ההדפסה המסחרית והוותיקה ביותר הנמצאת בשימוש מאמצע שנות השמונים של המאה הקודמת. ב SLA חומר הגלם הוא נוזל או שרף (resin)  צמיגי מסוג פוטופולימר  כלומר,  חומר פלסטי (פולימר) ההופך למוצק בחשיפה לאור . במקור, בשיטת  SLA  משתמשים בקרן לייזר כדי למצק את הפוטופולימר שיכבה אחר שיכבה. התוצאה המתקבלת היא של מודל מאוד מדויק ובעל פרטים ברורים מחומר גלם תרמוסטי . קיימים עשרות חומרי גלם בעלי תכונות שונות וכתלות בחומר ניתן לקבל חלקים ברורים ומדוייקים, אטומים שקופים או גמישים. בין החסרונות ניתן למנות תהליך הדפסה איטי, הצורך להדפסת תמיכות והטיפול המשלים שנדרש לאחר ההדפסה לניקוי התמיכות וייצוב פני השטח. החסרון העקרי נובע מהשימוש בחומרים פוטופולימרים שאינם חומרים הנדסיים כלומר, קשה להבטיח את השמירה על תכונות החומר לאורך זמן או אפילו בין הדפסה להדפסה. בנוסף,  המודל המודפס מושפע לאורך הזמן מתנאי הסביבה כגון לחות, חום או אור.  ב SLA משתמשים בעיקר לאבי טיפוס או לבנית כלים (תבניות לואקום בתחום רפואת השיניים)  ולאביזרי שמיעה. 
עם השנים התפתחו מה SLA מספר שיטות נוספות המציעות מקור אנרגיה (אור) שהוא לא לייזר : 
  • DLP - שימוש במקרן אור מסוג DLP במקום הלייזר לפילמור (מיצוק) הנוזל שיכבה אחר שיכבה על ידי הקרנת תמונה דו ממדית בוהקת על שכבת הנוזל. השימוש במקרן מוזיל את עלות ההדפסה ומאפשר להאיץ את התהליך על חשבון דיוק ואיכות התוצר. מספר חברות מציעות מדפסות DLP זולות יחסית המתאימות לשימוש משרדי  כדוגמת DWS או Formlabs. בשיטה זו יש מקור אור עוצמתי אחד שאיננו אחיד לכל המשטח 
  • LCD - שימוש במסך  LCD כמקור האור לפילמור כל שיכבה במקום מקרן DLP. מסכי LCD משתמשים בתאורה אחורית בנורות LED שמספקות את האנרגיה הנדרשת לפלמור השרף (resin). השיטה מאפשרת לפתח מדפסת גדולה כגודל מסך ה LCD בו עושים שימוש כאשר עוצמת וזווית מקור האור היא זהה בכל נקודה על פני המשטח. 
Carbon 3D technology
Carbon 3D Technology 
הדפסה איטית בשיטת SLA נובעת מהצורך לעצור את ההדפסה בין שיכבה לשיכבה בגלל כוחות קרום מתח
הפנים הפועלים על החלק המוצק בזמן המשיכה או השיקוע בתוך הנוזל שמשפיע גם על מבנה גבישי פנימי לא אחיד למודל המודפס. מספר חברות מציעות טכנולוגיות שונות להתגבר על הבעיה. המוכרת מבינהן היא  Carbon  שפותרת את הבעיה על ידי הזרמת חמצן דרך ממברנה חד כיוונית לאזור הפילמור. החמצן מעקב את התהליך ומאפשר הדפסה רציפה של המודל במהירות מדהימה תוך קבלת תכונות מכניות טובות יותר.   

FDM / FFF

Fused Deposition Modelling/ Fused Filament Fabrication

שיטת ההדפסה מאוד נפוצה שמתאימה במיוחד  למשרד או לבית אבל בשימוש גם בחברות ענק.  המקור מגיע מחברת  Stratasys  בשנת 1991. בשנת 2005 הוקם על בסיס אותו הרעיון פרויקט ה  Reprap  לבניית מדפסת ביתית בקוד פתוח.  FDM הוא סימן רשום של חברת סטראטסיס ולכן משתמשים לעיתים בשם FFF.  

בשיטת ה FDM  חוט פלסטיק (filament) נדחס דרך ראש מחומם (extruder) ממנו יוצא חוט דקיק וחם איתו מציירים בדו מידמד של משטח בסיס (בדומה לשימוש באקדח דבק חם). בסיום כל שכבה יורד משטח הבסיס קצת (כעשירית המילימטר) וחומר נוסף מוזרק על השכבה הקודמת. היתרונות שיטה זו הן בפשטות, במגוון סוגי החומרים שניתן להדפיס איתם, בהחלפה הקלה של חומרי הגלם ובעלותם הנמוכה. החסרון העקרי נובע מכוחות החיבור החלשים יחסית בציר הגובה (Z). בנוסף, פרטים לא מתקבלים ברור, ההדפסה איטית, יש צורך בהדפסת תמיכה ולא ניתן לסדר חלקים אחד מעל השני כדי למקסם את נפח ההדפסה.
מדפסות FDM מתקדמות כמו סידרת ה Stratays Fortus מגיעות עם תא הדפסה סגור ומבוקר טמפרטורה ומאפשרות ייצור של מודלים גדולים יותר ומפולימרים אורגנים מתקדמים כגון Ultem או PEEK. 
חברת Markforged הייתה הראשונה להציעה יישום נוסף לשיטה לחלקים מהדפסת חומרים מרוכבים על ידי שימוש בשני חוטים האחד מסיבי פחמן והשני מניילון. יישום נוסף הוא שימוש בחוט מועשר בחלקיי מתכת בריכוז גבוה לצורך הדפסת מודל ראשוני או מכניסים לכבשן שמאייד את חומרי הקישור ומתיך את חלקיקי המתכת לקבלת מודל תלת ממדי ממתכת.  

טכנולוגית FDM / FFF היא כרטיס הכניסה הנוח ביותר לעולם ההדפסה התלת ממדית ובארץ ובעולם יש מספר רב של קבוצות ופורומים של חובבים שעוסקים בבניה והדפסה במדפסות מסוג זה

SLS - סינטור בעזרת לייזר סלקטיבי  ( Selective laser)

SLS  בארן מו"פ בקיסריה  
מדפסות ה SLS שייכות למשפחת מדפסות מגש האבקה (Powder bed) הכוללות גם מדפסות מתכת (SLM). שיטה זו היא הדרך המקובלת לייצור חלקי פלסטיק איכותיים בהדפסה תלת ממדית בעלי תכונות חומר טובות מחומר תרמופלסטי איכותי, בדרך כלל ניילון 12 או פוליאמיד. מדפסת SLS מדפיסה בתא סגור ומבוקר טמפרטורה המחומם לאזור 170 מעלות צלזיוס. בתוך התא יש מגש הנע מטה על ציר אנכי (z). על המגש מפזרים ומהדקים אבקת פלסטיק בעזרת מגב (ריקוטר). בקצה העליון של התא ממוקם מכשיר השולח קרן לייזר שמנותבת בעזרת מראות ו"מציירת" על האבקה תמונה דו ממדית בצירים XY . הקרן מסנטרת את האבקה במקום שבה היא פוגעת כלומר, הופכת את החומר למוצק ע"י חימום נקודתי של גרגרי אבקת הפלסטיק. לאחר הסינטור המגש, שכעת מכיל אבקה ואזורים של חומר מוצק, יורד בכ 100 מיקרון למטה על ציר z והמגב מפזר שכבה נוספת של אבקה על המגש. קרן הלייזר נכנסת שוב לפעולה והאנרגיה שמועברת לאבקה לייצור שכבה נוספת דואגת גם לחיבור השכבה החדשה לזו שהודפסה קודם. בסיום ההדפסה מתקבל מיכל מלא אבקה שבתוכו מסתתרים החלקים המודפסים. לאחר תהליך קירור להורדת טמפרטורת האבקה ל 60 מעלות, מפרידים בין האבקה לחלקים ואת רוב האבקה ה״מבושלת״ מחזירים לשימוש חוזר אחרי ערבוב עם אבקה טרייה ביחס שנקבע ע״י היצרן ובהתאם לחומר הגלם.
יתרונות - בהדפסת פלסטיק בשיטת ״מגש אבקה״ ניתן לערום חלקים ולנצל את כל גובה התא על מנת להדפיס חלקים אחד מעל השני. האבקה משמשת כתמיכה לחלקים המודפסים ומייתרת את הצורך בתכנון והדפסת תמיכות הנחוצות בשיטות הדפסה אחרות. החלקים המתקבלים הם בעלי חוזק דומה בכל הצירים, עמידים וניתנים לעיבוד משלים. ניתן להשתמש בתערובות אבקה שונות כגון ניילון 12 עם כדורי זכוכית או בתוספת אלומיניום, קרבון וכו'. בשיטה זו ניתן לקבל חלקים מוכנים לשימוש מידי והיא משמשת כשיטת ייצור מקובלת במקומות רבים.
חסרונות - המדפסות מאוד יקרות, חומר הגלם יקר, פני השטח טיפה גסים, לא ניתן לקבל חלקים שקופים או צבעוניים והדיוק מוגבל. 

HP Multi Jet Fusion

Binder printing/Jetting - הזרקת / התזת חומר כורך

בינדר ג'טינג היא טכנולוגית הדפסה שתופסת לאחרונה מקום חשוב ונותנת פתרונות למספר משפחות חומרים. 
הטכנולוגיה מבוססת על הדפסה במגש אבקה (אבקה המפוזרת על משטח שנע על ציר Z ) כאשר בכל שכבה מוזרק על משטח האבקה חומר מקשר או כורך (Binder) המחבר את גרגרי האבקה בשלב הראשון. 
בתחום הפולימרים, HP היא בין המובילות בשימוש בטכנולוגיה זו המכונה בשפתם Multi Jet Fusion 
שיטת ההדפסה של HP הקרובה מאוד ל SLS. במקום לייזר, HP הוסיפה למדפסת ראש הזרקת דיו שמשחרר בצורה מדויקת דיו מיוחד מוליך המכונה Agent על משטח האבקה באזור אותו רוצים למצק, לאחר הדפסת החומר המקשר, כל השכבה נחשפת לחימום אחיד. האזור הנגוע בדיו מוליך את החום ומשנה את מצב האבקה למוצק. הדיו עצמו מתאדה בתהליך ולא משפיע על תכונות הפלסטיק. 
הדפסת חומר כורך על מגש אבקה משמשת גם להדפסת מתכת. במקרה זה האבקה היא אבקת מתכת והחומר הכורך עוזר ליצירת מודל פריך תלת ממדי המכונה מודל ירוק (Green Body). לאחר ניקוי האבקה העודפת ואידוי החומר הכורך מוכנס המודל לכבשן לחימום בטמפרטורה מאוד גבוהה. הכבשן מחבר את גרגרי האבקה למוצר מוצק אחיד בתהליך המכונה "סינטור". תהליך הסינטור הנדרש בתום ההדפסה הופך את הייצור לטיפה מורכב יותר מכמה סיבות. הפעלת תנור הסינור היא יקרה יחסית, נדרש פרופיל טמפרטורות מדויק ותכנון מראש שמביא בחשבון את התכווצות המודל בתהליך.
בשיטה של הזרקת חומר כורך ניתן גם להדפיס חלקי פלסטיק גדולים והיא נפוצה מאוד בהדפסת תבניות ליציקות חול לייצור חלקי מתכת. מדפסות Voxeljet ו ExOne עושות שימוש בטכנולוגיה הנ"ל למיגוון חומרים

Selective Laser Melting -  SLM / Digital Melting laser system -  DMLS

SLM
מדפסת מגש אבקה (powder bed) להדפסת חלקי מתכת .  חומר הגלם הוא אבקת מתכת המותכת ע"י קרן לייזר ומתקררת למוצק שכבה  אחר שכבה . התהליך מתבצע בתא קר וסגור המכיל גז אינרטי . התוצר הוא  חלקי מתכת, בדרך כלל מטיטניום  אלומיניום או מתכת כלים, חזקים ומוכנים לשימוש.  ההדפסה בשיטה זו דורשת ידע ונסיון רב. חלקי המתכת המוצקים כבדים יותר מהאבקה בתוכה הם נוצרים ולכן יש צורך בתכנון חכם והדפסה של תמיכות המשמשות גם כמוליכות חום לפלטת בסיס ממתכת על מגש ההדפסה. לאחר ההדפסה יש להוריד את המוצר מהפלטה בעזרת חיתוך חוט ולהמשיך בעבודת עיבוד להורדת התמיכות ולקבלת פני שטח מיטבים. 
המדפסות הנ"ל יקרות מאוד ומחירן יכול לעבור את המיליון דולר למדפסת. הן דורשות ידע מקצועי רב בכל שלבי ההדפסה מהתכנון ההדפסה  ועד לתהליכי הגמר

EBM - התכה בעזרת אלומת אלקטרונים ( Electron beam melting)  

הדפסת מודלים ממתכת על מדפסת מגש אבקה בדומה ל SLM כאשר מקור האנרגיה מתקבל מאלומת אלקטרונים במקום קרן הלייזר. ההדפסה נעשת בתא סגור ומרוקן אוויר (ואקום) המודלים המתקבלים הם בעלי פני שטח גסים יותר מאשר ב SLM. בשיטה זו נדרשת פחות תמיכה לחלקים וקל יותר לערום אותם. מדפסות חברת  Arcam בבעלות GE פועלות בשיטה זו.

Cold Spray

התזת חלקיי מתכת במהירות על קולית על משטח. הטכנולוגיה מאפשרת הדפסה על גבי משטח קיים כמו גם הדפסה של חומר מגנטי ומתאימה במיוחד לביצוע תיקון והוספת חומר למוצר קיים. 
Speed3D האוסטרלית היא אחת מהחברות המציעות מדפסות בטכנולוגיה זו 


הזרקת חומר PolyJet/ MultiJet

PolyJet printer
מדפסות הזרקת החומר (Jetting) משתמשות בראשי הדפסה, בדומה למדפסת הזרקת דיו, כדי להזריק בצורה מדויקת נוזל פוטופולימר דרך מספר רב של נחירים ומיד להאיר אותו ב UV למצק אותו. בשיטה  זו ניתן להדפיס ממספר חומרים בעלי תכונות שונות בו זמנית מקרוב ל 70 חומרים שונים בעלי תכונות, צבעים ושקיפות שונים. 
חברת אובג'ט הישראלית(היום Stratasys)  הייתה הראשונה לפתח טכנולוגיה זו והיא עדין המובילה העולמית בתחום עם מדפסות המדפיסות דגמים בכל צבע ובמיגוון ענק של חומרים ומופתחות במשרדי החברה בישראל. 

Material Jetting

בדומה לפוליג'ט גם כאן נמצא ראשי הזרקת דיו כאשר החומר המוזרק הוא ג'ל המכיל אחוז גבוה של חלקיקי מתכת או חרס (Ceramic) להדפסה מאוד מדוייקת. בסיום ההדפסה, המודל מוכנס לתנור בטפרטורה גבוהה שמאייד את הג'ל ומסנטר את המתכת או החרסינה לחלק חזק ואיכותי בעל גימור טוב מאוד. חברת Xjet הישראלית היא הראשונה בעולם לפתח טכנולוגיה זו. 
 
הדפסת כלי ממתכת לאופנוע ב XJET

 ColorJet Printing - CJP

מודל גבס צבעוני
מדפסות מגש אבקה המשתמשות באבקת גבס אותה הופכים למוצק בעזרת מריחת שכבה דקה של חומר מקשר.  התוצאה מתאימה למודלים גדולים כגון מבנים אדריכליים. הטכנולוגיה מאפשרת  לשלב ראשי צבע במדפסת ולהדפיס מודלים בצבעים מלאים מה שהופך אותה מתאימה במיוחד לפסלי אדם או חיה המגיעים מסריקה תלת ממדית. 

Lamination,  למינציה או ריבוד גיליונות 

ייצור על ידי הנחת שכבות דקות של דפי ניר, פולימר או רדידי מתכת וחיתוך כל שכבה לאחר ההנחה. החיבור בין שהכבות נעשה על ידי דבק, חום או הרעדה  תלוי בחומר. 
אחד היישומים הותיקים לשיטה זו הוא הדבקת שכבות דקות של ניר גזור אחת על השניה. המודל המתקבל דומה בתכונותיו לעץ דחוס וניתן לקבל צבע מלא ואמיתי בשילוב של ראש מדפסת הזרקת דיו שמדפיס על הניר

Directed-energy deposition - DED

הדפסה באמצעות הוספת אנרגיה ישירה. תהליך הדפסת מתכת שעושה שימוש במקור אנרגיה עוצמתי, בדרך כלל קרן לייזר, שמופעל על אבקה מותזת או על חוט מתכת ומתיך אותם שכבה אחר שכבה לבנית חלק מתכתי. ראש ההדפסה הוא בדרך כלל זרוע רובוטית.  ההדפסה היא גסה ונהוג לשלב עיבוד שבבי לאחר הדפסת כמה שכבות בשביל לקבל גימור טוב יותר (Hybrid 3D printing). לא נהוג להדפיס תמיכות ומכיוון ששכבת המתכת המודפסת מתקררת במהירות, ניתן לייצר גאוטריות לא נתמכות ללא בעיה. שיטת הדפסה זו משמשת בדרך כלל לבנית חלקים גדולים כגון מנועים רקטים, קונסטרוקציות או גשרים. מדפסות המתכת הגדולות בעולם מייצרות בשיטת DED.

Hybrid 3D printing

Directed energy deposition (DED) metal 3D printing
שיטות שונות להדפסת מתכת המשלבות הוספת חומר מתכתי ולאחר מכן עיבוד האזור בכלי עיבוד שבבי (CNC) לקבלת מוצר סופי חזק ובעל גימור אחיד. 




פורמט גדול  
קיימות מספר שיטות המיועדות להדפסה של גופים גדולים במיוחד החל ממודלים של תבניות אפוקסי ליצירת חומרים מרוכבים ועד לבניינים שלמים בני מספר קומות. השיטות והחומרים למודלים גדולים הם מאוד מגוונים. למשל, המדפסת האנכית של Massivit מישראל שמדפיסה מודלים לצרכי פרסום ושיווק מפוטופולימרים וגם תבניות אפוקסי או המדפסת האופקית של BAAM היכולה להדפיס גוף של סירה שלמה. 

 



גל רז 

יום חמישי, 26 במרץ 2015

על החברות המשפיעות ביותר בתחום ההדפסה בתלת ממד

על בנין ישן באזור התעשייה של רעננה מתנוסס עדין לוגו מהיפים שיש, סוס השחמט המפוקסל של קיוביטל. החברה, שהוקמה ב 1987 וחדלה להתקיים אחרי כ 10 שנות פעילות, היא אחת מעשרות החברות שניסו במהלך השנים לממש את הפוטנציאל של תחום ההדפסה התלת מימדית.  בחמש השנים האחרונות חווה התחום התעוררות מחודשת עם מיזוגים, רכישות וכניסה של שחקנים חדשים לתחום. ברשימה הבאה אסקור את החברות הפעילות המעניינות ביותר בתחום ההדפסה והייצור בתלת ממד.

3D Systems - החברה הוותיקה והמגוונת ביותר בתחום. ל 3D Systems פרוטופליו עשיר והיא היחידה שמייצרת היום מדפסות בכל טכנולוגית הדפסה קיימת (כמעט) לפלסטיק, מתכת, שעווה, גבס ואפילו סוכר. לחברה מנכ"ל ישראלי, אבי רכטנטל, ותחת הנהגתו היא רוכשת חברות חדשות בקצב מסחרר. בנוסף לייצור ושיווק מדפסות וחומרי גלם, 3D systems מעורבת בכל מה שרק נשמע קרוב לתחום ההדפסה והסריקה התלת ממדית. בבעלות 3D systems חברות לייצור בטכנולוגיות שונות, לשכות שרות להדפסה, אתרי אינטרנט למסחר בקבצי תלת ממד, סורקים תלת ממדים, תוכנות לתכנון, סריקה וייצור ב CNC ועוד. קשה מאוד לעקוב אחר כל החברות והטכנולוגיות השונות הקיימות תחת המעטפת של החברה. בשנה האחרונה היא רכשה שתי חברות ישראליות. תחילה את סמביוניקס, חברת תוכנה להדמייה רפואית ולאחר מכן את חברת התיב"ם הישראלית הותיקה - סימטרון.  סימטרון מצטרפת ל Geomagic ו Alibre שנרכשו ב 2011 ויחד נותנים ל 3DS את אחת מחטיבות התיב"ם החזקות בתעשייה.
לכל העושר הזה יש גם מחיר. מערך המכירות של החברה לא מפוקס והיא נחשבת לחברה שקשה לעשות איתה עסקים. הכנסות של 650$ מיליון דולר ב 2014 לא ממש הרשימו את המשקיעים ומשווי חברה של 10 מיליארד דולר בתחילת 2014 היא התרסקה לאזור ה 3 מיליארד דולר ב 2015.

Stratasys - עם הכנסות של 750 מיליון $ בשנה החולפת סטראטסיס היא היום החברה הציבורית הגדולה בתחום. סטראטסיס החדשה נוצרה ב 2012 ממיזוג של החברה האמריקאית הוותיקה עם אובג'ט הישראלית.    גם בראשה עומד מנכ"ל ישראלי  וחלק גדול ועיקרי מהפעילות שלה נעשה בארץ בפארק המדע רחובות ובמפעל החדש בקרית גת. כמו 3D systems גם לסטראטסיס פעילות מגוונת כתוצאה מרכישת חברות כמו Makerbot, אתר שיתוף הקבצים GrabCad ולשכות שרות גדולות.  MakerBot מהווה גורם משמעותי בשוק המדפסות הזולות בשיטת FDM/FFF וממשיכה לשמור על ערוץ שיווק עצמאי שאחראי לכך שהיא החברה המובילה במכירת מדפסות זולות.
סטראטסיס מייצרת בעיקר שני סוגי מכונות. מדפסות FDM העושות שימוש בחוט להדפסה ומדפסות multijet של אובג'ט המשמשות בעיקר למודלים. 
נכון להיום אין לסטרטאסיס מדפסות בטכולוגיות מסוג SLS ו SLM המאפשרות ייצור מוצרים הנדסיים סופיים או הדפסת מתכות בנוסף, החברה התעלמה לחלוטין מתחום התוכנה ולא פיתחה טכנולגיה או רכשה חברה בתחום המידול והסריקה בתלת ממד. ללא טכנולוגיות הדפסה נוספות קשה לראות אותה מתמודדת בהצלחה בשוק שעובר מייצור דגמים לייצור סטנדרטי בהדפסה תלת ממדית.
כמו 3D Systems גם המניה של סטראטסיס התרסקה תוך חצי שנה מ- 130  לכ 50 היום. 

Materialise - החברה הבלגית ייצרה עד היום רק דגם אחד של מדפסת אשר שש יחידות ממנו מופעלות בלעדית באתר החברה אבל, לא בזכות מדפסת ה"ממותה" היא נמצאת ברשימה זו. Materialise היא אחת מלשכות השרות הגדולות בעולם ויצרן התוכנה מספר אחד למדפסות מקצועיות. התוכנות של מטריאליס נמצאות אצל רוב לשכות השרות המספקות שרותי הדפסה ומסופקות מהיצרן עם חלק מהמדפסות.  למטריאליס פתרונות ממוקדים להרבה אספקטים של הדפסה מקצועית בפלסטיק, מתכת ועיבוד תמונה לתחום הרפואי. חלק מפתרונות הניהול וסידור החלקים במכונה הם בלעדיים וחסרי מתחרים. החברה מהווה מופת ללשכת שרות המשקיעה משאבים במיצוי כל האפשרויות הקיימות בטכנולוגית ההדפסה.

Autodesk - באחד מאזורי המסחר היקרים בישראל, ברחוב רוטשילד בתלת אביב, ממוקמת מעבדת התלת ממד של  יצרן התוכנה הוותיק  שהביא לעולם את תוכנת האוטוקאד הפופלארית. חברת אוטודסק משנה פוקוס בשנים האחרונות מחברת תוכנה למחשבי PC לחברה לפתרונות ענן עם דגש על תחומי סימולציה, סריקה, ייצור והדפסה בתלת ממד. השנה הוציאה החברה את ה Ember, מדפסת DLP תלת ממדית ראשונה מתוצרת עצמית. צעד מפתיעה לחברה שהתמקדה תמיד רק בפתרונות תוכנה. אוטודסק, המכוונת להיות החברה המובילה בעולם בכל מה שקשור לפתרונות תוכנה לתחום הייצור וההדפסה בתלת ממדית, אמצה את הגישה של גוגל עם אנדרואיד וטלפונים סלולרים הגורסת שפיתוח חומרה חיוני על מנת להיות דומיננטי ומשפיע בשוק. לאוטודסק שורה ארוכה של פרויקטים הנוגעים ברוב האספקטים של סריקה והדפסה תלת ממדית כאשר חלק עקרי מהתוכנות ניתן בחינם לכל אחד.
לאוטודסק יתרון ענק על פני כל חברה אחרת בתחום. היא מחזיקה ברשת ענקית של מפיצי משנה המפוזרים בכל העולם ומיומנים בתמיכה בלקוחות מכל תחומי ההנדסה והפיתוח. לשום חברה בעולם אין היום את היכולת של אוטודסק להגיע לכל מתכנן בתלת ממד, מהנדס מכני, אנימטור, אדריכל או מעצב בכל מקום על פני כדור הארץ. 

HP - הניסיון הקודם של חברת Hewlett-Packard להיכנס לתחום היה ב 2010 באמצעות מיתוג ושיווק מדפסת ה U-Print הכושלת של Stratasys תחת השם HP. הפעם HP מתכונים להיכנס לשוק עם כל הידע והטכנולוגיה שהם צברו במשך שנים כחברה מובילה בתחום ההדפסה הדו ממדית. ב 2016 הם מבטיחים להוציא מדפסת שתשנה את יחסי הכוחות בשוק. המדפסת החדשה של HP מיועדת לשוק המקצועי ואמורה לתת ביצועים חסרי תחרות מבחינת מהירות, סוגי חומרים ומיגוון צבעים. נכון לעכשיו HP שומרים את רוב הפרטים הטכנולוגים בסוד. ל HP יש את כל התנאים והמשאבים להפוך לסיפור הצלחה גם בתחום ההדפסה התלת ממדית. לחברה היסטוריה טכנולוגית מרשימה, ידע רב בחומרים והכרות עמוקה עם עולם הדפוס.  האם הם יעמדו בציפיות? אולי בעוד שנה נדע יותר.

EOS - מחוץ לעולם ההדפסה המקצועי לא הרבה מכירים את החברה הגרמנית אבל, יתכן שתופתעו לגלות שרובם של החלקים המיוצרים בארץ בתלת ממד, מיוצרים באחת מהמדפסות של EOS. בתחום הדנטלי בלבד יש בישראל שמונה מדפסות מתכת   המדפיסות גשרים וכתרים דנטליים לרופאי שיניים בארץ ובעולם.  החברה שהוקמה לפני 25 שנים מתמקדת בשתי טכנולוגיות ייצור באבקות - ה SLS ליצור פלסטיק ו SLM לתחום המתכת.  המתחרה היחידה ל EOS היכולה להציעה טכנולוגיות דומות היא חברה 3D systems. החברה מאוד ממוקדת בטכנולוגית הליבה שלה ומשקיעה בשיפור המדפסות והוספת חומרי גלם. המדפסות של EOS יקרות מאוד ומתאימות לייצור חלקים הנדסיים מדויקים ואבי טיפוס.

ExOne - מדפסות האבקה של Exone מדפיסות  דבק נוזלי על האבקה וכך יוצרים שכבה מוצקה. הטכנולוגיה מאפשרת להדפיס עם מגיוון של חומרים באבקה כגון חול, חומרים קרמים ומתכת. במקרה של מתכת, לאחר ההדפסה החלק מוכנס לתנור שבטמפ' גבוהה מסנטר את החלק והופך את האבקה לחלק מוצק. שיטת ההדפסה מתאימה ליצירת אובייקטים גדולים יחסית, לחלקי מתכת בדיוק לא גבוהה ולתבניות ליציקות חול.

Voxeljet - יצרן מדפסות אבקה בטכנולוגיה דומה ל ExOne . המדפסות של Voxeljet ייחודיות בנפח ההדפסה הענק שלהן המאפשר הדפסת גופים גדולים מאוד ומספר רב של חלקים בהרצה אחת. המכונות של החברה גדולות מאוד והיא מוכרת מהם מעט מידי ולכן לא מפתיעה שהמניה שלה הפסידה  כ 70 אחוז מהלך השנה האחרונה.

Arcam - חברה שוודית המייצרת מדפסות מתכת בלבד. המדפסות של ארקאם עובדות עם אבקת מתכת, בדרך כלל טיטניום, המותכת באמצעות קרן אלקטרונים בטכנולוגיה המכונה EBM. החלקים מתאפיינים בפני שטח מחוספסים יחסית שמהווים יתרון בשתלים רפואיים. בעבר הלא רחוק Arcam סומנה כהבטחה של תחום הדפסת המתכת בגלל הטענה למהירות הדפסה גבוהה פי חמש מהמקובל בהדפסת לייזר SLM. השיפור במדפסות ה SLM והמגבלות הטכנולוגיות של EBM איזנו את התמונה וכמו חברות אחרות בתחום, גם המניה של Arcam עברה צלילה חופשית בשנה האחרונה והיא נסחרת היום בפחות מ 70 אחוז ממחירה בשיא.

Markforged - כחברה עם מדפסת אחת שעדין לא ממש נמכרת MarkForged היא חברה מעניינת אבל, הפוטנציאל שטמון במדפסת ה Mark One גורם להרבה סקרנות סביבה. המדפסת אמורה להדפיס ניילון מחוזק בקרבון, קבלר או פיבר גלס, להחליף תהליכי ייצור ידניים יקרים ולייצר חלקים עם תכונות מכניות עליות.  ה Mark One יכולה לפתוח את הדלת להדפסת חלקים מחומרים מורכבים בעלי גאומטריה ייחודית האפשרית רק בהדפסה ולמגוון גדול של יישומים.

BluePrinter - חברה דנית המייצרת מדפסות ניילון המשתמשות בראש תרמי במקום סינטור בלייזר למיצוק השכבה. הטכנולוגיה אמורה לתת תחליף זול למדפסות ה SLS. החברה שהוקמה ב 2008 עדין מתקשה לתת פתרון איכותי הדומה למה שמוסג ב SLS .


מענין יהיה לסקור את הביצועים של החברות הנ"ל בעוד שנה ואולי לגלות שחקנים נוספים שנכנסים לתחום הטכנולוגי המבטיח.

גל רז

בכל שבוע אני מפרסם ניוזלטר עם תקציר של 10 הידיעות המעניינות ביותר בתחום ההדפסה התלת ממדית. הניוזלטר עוזר לכם להשאר מעודכנים וחוסך את הצורך לעבור על מאות ידיעות חדשות כל שבוע (אני עושה זאת בשבילכם) להרשמה, כנסו ללניק הבא: 10X3D printing newsletter
במידה ותגלו שהמייל השבועי לא תורם, מפריע, מרעיש או מיותר, אל דאגה. לכל מייל מצורף כפתור הסרה.
 

יום שבת, 4 בינואר 2014

שיטות ההדפסה השונות וכמה ראשי תיבות

הפוסט הוא מ 2014. גרסה מעודכנת נמצאת כאן 

בסרטים בלבד, אני מעדיף את גרסת הדו ממד. חוץ ממספר אפקטים, החוויה התלת ממדית יוצאת לי מסורבלת והמשקפיים הם אביזר מעצבן. אבל, בכל האספקטים של הנדסה, תמיד חיפשתי את התלת ממד.  כשסיימתי לימודי הנדסה, אוטוקאד דו ממדי היה השם הנפוץ בשוק (גרסת 12 על דוס).  החלטתי ללמוד לבד. רכשתי ספר הדרכה ואחרי שלושה עמודים ושיעמום טוטלי, דילגתי לפרק האחרון וניסיתי לתכנן בתלת ממד שזה בערך כמו ללמוד לסרוג, אבל עם צמר פלדה. לא ממש מומלץ.  למזלי, ההתנסות הבאה שלי עם תיב"ם כבר הייתה על הגרסה הראשונה של SolidWorks, התוכנה הראשונה שנבנתה מראש בעיקר לתלת ממד.
לפני כשבע שנים, בפרק בו תכננתי חלקי אופניים , גיליתי שחלקים שנראים נפלא בתלת ממד על המחשב הם עדין דו ממד בהשוואה למציאות שהופיע עם אותם חלקים מודפסים בתלת ממד בגודל מלא ומחומר קשיח. הדפסת החלקים בגבס במדפסת של Z-corp ובפוטו-פולימר אצל אובג'ט לימדה אותי מונחים חדשים ומספר ראשי תיבות המתייחסים לסוגי קבצים ושיטות הדפסה. 
ברשימה הבאה אסביר בקצרה על שיטות ההדפסה הנפוצות בשוק ומה עומד מאחורי קיצורי השמות .

הראשון והנפוץ מכולם הוא צרוף של שלוש אותיות המופיע בסוף שם קובץ ומתייחס לפורמט של קובץ מחשב. חשוב להכיר את ה STL מכיוון שזה הפורמט הסטנדרטי שמכירות כל המדפסות משנת 1986
STL - לכל מדפסת תלת ממד יש תוכנה ייעודית שנותנת הוראות למדפסת כיצד להדפיס. הקובץ התלת ממדי אותו מקבלת התוכנה מגיע בפורמט סטנדרטי המכונה STL. הפורמט פותח ע"י יצרן המדפסות הגדול בעולם , 3D Systems והוא מכונה על שם שיטת ההדפסה הראשונה -  stereolithography . הקובץ הוא תיאור תלת ממדי של המודל בעזרת פוליגונים (משולשים) תלת ממדיים. גודל הקובץ ואיכות ההדפסה נקבעים על פי צפיפות הפוליגונים. יותר צפוף - יותר טוב. הפורמט STL הוא מיושן. הקבצים מנופחים, קשה לבצע בהם שינויים והמידע שהם שומרים הוא חלקי. אבל, נכון לעכשיו זה הפורמט הסטנדרטי היחידי שכל תוכנת תלת ממד יודעת להוציא וכל מדפסת לקרוא.

SLA -   סטראוליטוגראפי (stereolithography) שיטת ההדפסה המסחרית והוותיקה ביותר. נמצאת בשימוש כבר 25  שנים. הבסיס לשיטה זו הוא נוזל מסוג פוטופולימר ההופך למוצק בחשיפה לאור. ב SLA משתמשים בקרן לייזר או במקרן DLP כדי למצק את הנוזל שיכבה אחר שיכבה. מתקבל מודל מאוד מדויק ובעל פרטים ברורים. כאשר התוצאה יכולה להיות גם שקופה. אבל,  התכונות המכניות של  המודל  אינן טובות. הוא קשה, שביר ומושפע לאורך זמן מתנאי הסביבה כגון לחות, חום או אור. 
כמה מהפטנטים המקורים של שיטה זו יפוגו בחודשים הקרובים ולכן יש סיכוי שנראה יצרנים חדשים מנסים כוחם עם מדפסות SLA

FDM - התכה ומיזוג לצורך מידול (fused deposition modelling) , זאת שיטת ההדפסה הנפוצה ביותר. Stratasys הציגה אותה לעולם עוד ב 1991 וב 2005 הוקם על בסיס אותו הרעיון פרויקט ה  Reprap  לבניית מדפסת ביתית בקוד פתוח. בשיטת ה FDM  חוט פלסטיק מועבר דרך ראש הזרקה מחומם שמוציא חוט דקיק ומצייר איתו בצירים X וY (דמינו אקדח דבק חם) כאשר גובה הבסיס, ציר Y , משתנה לאחר כל ציור של שיכבה. יתרונות השיטה הן בפשטות, במגוון סוגי החומרים שניתן להדפיס איתם, בהחלפה הקלה של חומרי הגלם ובעלותם הנמוכה. החסרונות - בגלל הדבקת השכבות החלקים חלשים מאוד בציר Z . פרטים לא מתקבלים ברור. ההדפסה איטית מאוד כאשר מדפיסים מספר חלקים עם תמיכה ולא ניתן לסדר חלקים אחד מעל השני כדי למקסם את שטח ההדפסה. 

  בארן מו"פ בקיסריה   SLS
SLS - סינטור בעזרת לייזר סלקטיבי (   ( Selective laser sintering בשימוש מ 1992. כמו ב SLA גם בשיטה זו יש קרן לייזר שמציירת שכבה חדשה כל פעם. רק שב SLS חומר הגלם הוא אבקת פלסטיק ולא נוזל. התהליך מתבצע בתא סגור ומחומם והתוצאה היא חלקים בעלי תכונות מכניות מצוינות כמו של חלקים המתקבלים בהזרקת פלסטיק לתבנית. החוזק מתקבל דומה בכל הצירים והחלקים עמידים וניתנים לעיבוד משלים. ניתן להשתמש בתערובות אבקה שונות כגון ניילון 12 עם כדורי זכוכית או בתוספת אלומיניום, קרבון וכו'. בשיטה זו ניתן לקבל חלקים מוכנים לשימוש מידי והיא משמשת כשיטת ייצור מקובלת במקומות רבים.
חסרונות - חומר הגלם יקר, פני השטח טיפה גסים, לא ניתן לקבל חלקים שקופים. 

SLM
SLM - התכה בעזרת לייזר סלקטיבי ( Selective laser melting) כמו ב SLS אבל חומר הגלם הוא אבקת מתכת אשר קרן לייזר מתיכה אותה לשכבה דקה כל פעם. התהליך מתבצע בתא קר סגור ומרוקן מחמצן ע"י הזרמה של גז אינרטי . התוצר הוא אחד מהמרשימים שניתן לקבל בהדפסה תלת ממדית. מתקבלים חלקי מתכת, בדרך כלל טיטניום או אלומיניום חזקים ומוכנים לשימוש. השימוש במדפסות כאלו נפוץ מאוד בתחום רפואת השיניים ליצירת בסיס לכתרים מטיטניום.

EBM - התכה בעזרת אלומת אלקטרונים ( Electron beam melting) . הדפסת מודלים ממתכת כמו ב SLM אבל באמצעות אלומת אלקטרונים במקום הלייזר

שיטות נוספות: 
שימוש באור UV כדי למצק נוזל מסוג פוטו-פולימר. חברת אובג'ט הישראלית (היום חלק מ Stratasys) משתמשת בראשי הדפסה, כמו במדפסת הזרקת דיו\ כדי להזריק נוזל ומיד להאיר ולמצק אותו. בשיטה ייחודית זו ניתן להדפיס ממספר חומרים בעלי תכונות שונות בו זמנית. לאובג'ט קרוב ל 70 חומרים שונים בעלי תכונות, צבעים ושקיפות שונים. 
סולידו - המדפסת השולחנית הראשונה
הדפסה עם גבס - חברת Z-corp (כיום חלק מ 3D System) פיתחה את סדרת מדפסות ה Z המשתמשות באבקת גבס אותה הם ממצקים בעזרת מריחת שכבת אפוקסי דקה.  התוצאה מתאימה למודלים גדולים כמו מבנים אדריכליים. Z-Corp הייתה גם הראשונה לשלב ראשי צבע במדפסת ולהדפיס מודלים בצבעים מלאים.
שיטת הדפס נוספת היא ע"י  הדבקת שכבות דקות של נייר או פלסטיק גזור. MCOR יודעת לעשות זאת עם גיליונות של דפי A4 רגילים ואפילו להוסיף צבע. Solido הישראלית ידעה לעשות זאת מגליל של פלסטיק דק וצהבהב.

מודל גבס צבעוני










גל רז