3D Printing 2nd Meetup - על אתגרים טכנולוגים, אופניים והדפסה

זה אולי יחשב לחוסר תרבות אבל אני מודה, בדרך כלל אני מעדיף בירה על יין. בירה נחשבת למשקה התאוששות אצל רוכבי אופניים ואופניים אני מאוד אוהב ולכן, בקבוקי הבירה הקרה במפגש ה Developing for 3D Printing 2nd Meetup היו מבחינתי ממש במקום. המפגש התקים ב 13 ליולי ב"היכל" ההדפסה התלת ממדית שהקימה חברת אוטודסק באזור הכי טרנדי בארץ , שד' רוטשילד 22 בתל אביב. 

הפוסט הבא מבוסס על מה שהצגתי במפגש.

   אני חושב שהעניין הגדול שלי באופניים ובמדפסות תלת ממד נובע מאותו המקום. בתור מהנדס מכונות וחובב מכניקה את שני התחומים קל לי להבין.  את הטלפון הניד שלי לעומת זאת אני יודע להפעיל אבל, אל תשאלו אותי בבקשה על ההנדסה הפנימית של מה שבתוך הקופסה. לי, כמו לרוב האוכלוסייה, זה נראה כמו סוג של קסם. אבל, מכניקה, גלגלי שיניים, מסיבים ורצועות, את זה קל להבין ולהסביר.

יולי כל שנה הוא המועד בו נערך המרוץ הגדול מכולם, הטור דה פראנס.  האנגלי סר ברדלי ויגנס זכה לפני שלוש שנים בטור והיה לרוכב הבריטי הראשון שהצליח במשימה וכך גם קיבל את התואר "סר". לפני שבועות מספר סר ויגנס ניגש לכבוש אתגר נוסף, שיא המרחק אותו ניתן להשיג בשעה של רכיבה על אופניים במסלול אובלי באולם. 

גראם אוברי הסקוטי היה מכונה היום "מאקר" בנוסף להיותו רוכב מחונן. לאוברי סיפור חיים מורכב ובשנת 93 הוא הדהים את העולם כאשר כבש את השיא עם אופניים אווירודינמיות שאותם בנה לבד מחלקים של מכונת הכביסה המשפחתית. בשנה שעברה ניסה אוברי לשבור שיא נוסף בעזרת אופניים אוירודינמיות ברכיבה בתנוחת שכיבה על הבטן .

מאז עבר השיא מספר גלגולים והאופניים התפתחו תוך שלוש שנים בלבד מיצירה ביתית ליצרית אומנות במליון דולר מקרבון  שפותחה ויוצרה על ידי יצרני מכוניות מרוץ לוטוס.

לפני כחודש, ב7 ליוני, האלוף האולימפי וויגנס שבר את השיא במתכונתו החדשה. כדי שיוכל לרכב שעהברציפות בתנוחה אווירודינמית ויגנס היה זקוק לכידון בהתאמה אישית עם מקדם גרר נמוך ושיעמוד בחוקי המירוץ. הדרך המקובלת לבנות מתקן מורכב כזה היא מחומרי מרוכבים, יריעות של סיבי פחמן עם דבק בתהליך ייצור ידני. התהליך עצמו הוא יקר וארוך.  הצוות של ויגנס הימר על הדפסה תלת ממדית ובזמן קצר יחסית יכול היה להתחיל להתאמן עם  כידון טיטניום אווירודינמי בעל גרר מופחת. 

האם הטיטניום בהדפסה יחליף מעכשיו את כידוני האופניים העשויים סיבי פחמן ? 

 

אם תשאלו את ספנסר רייט הוא יספר לכם שהדרך עוד ארוכה לייצור סדרתי של חלקי אופניים בהדפסה. ספנסר תיעד את ניסיונו לייצר חלק של מוט כיסא בהדפסת טיטניום. לאחר 6 ניסיונות הדפסה יקרים הוא עדין לא קיבל חלק שיכול היה למלא את תפקידו על האופניים.

את האתגרים שיש כיום בייצור בהדפסה תלת ממדית אחלק לשלוש קטגוריות. נתחיל מהמדפסות עצמן. הצע החומרים שניתן להדפיס איתו היום הוא די מוגבל. את הכידון היה נכון יותר להדפיס מחומרים מרוכבים אבל, הטכנולוגיה הזו היא עדין רק בתחילת הדרך. כמעט ולא ניתן היום לשלב חומרים שונים בתהליך ההדפסה. אזורי האחיזה בכידון מצופים בחומר רך אותו נדרש היה להוסיף לאחר ההדפסה. כמה נוח היה להדפיס את הכידון ישר עם הגימור הרך היכן שנדרש. לאחר ההדפסה נדרש היה מאמץ נוסף להחליק ולצבוע את הכידון בשחור ואם נחזור לחוויות של ספנסר וייט מהשקף הקודם, דיוק ושמירה על טולרנסים זה עדין נושא כאוב בתהליכי הדפסה בתלת ממד.

בשילוב בין המדפסת לתוכנת ההפעלה יש עדין מקום רב לשיפור. חסרה לי מאוד האפשרות להתערב בתהליך הייצור. לדוגמה, לעצור את המדפסת, להוסיף חלקים ולהמשיך ולהדפיס סביבם. חסרה גם האפשרות לייצר על משטח לא ישר או על פני חלק קיים. תהליכי ההדפסה הקיימים היום לא מאפשרים ייצור בסרט נע. כשזה יתאפשר, נוכל לראות הוזלה משמעותית בייצור כמויות גדולות בהדפסה תלת ממדית.

בצד התוכנה חסרים היום כלים טובים יותר לניהול ובקרה אחר הקבצים המשתתפים בתהליך ההדפסה. ניהול גרסאות, תמחור אוטומטי, מעקב אחר קבצי הייצור, שיתוף קבצים ועוד הם נושאים שעדין לא מטופלים מספיק טוב. תוכנות המידול הסטנדרטיות לתכנון מודלים בתלת ממד לא מנצלות את יכולות הייצור של המדפסות. היכולת לייצר ללא מגבלות גאומטריות דורשת כלי תכנון המאפשרים לבנות בקלות צורות גאומטריות מורכבות החוזרות על עצמן כגון "סריג". גם תוכנות הסימולציה המכנית אינן יודעות היום לבצע אנליזת חוזק לחלק המיוצר בשכבות. ככול שנכנסים לייצור של חלקים קריטיים יותר כגון חלקי מטוסים, הבעיה הזו הופכת ליותר קריטית. כלים טובים יותר נדרשים גם לאופטימיזציה של תהליך הייצור. כיצד לסדר את החלקים על המגש או מה הפוזיציה המתאימה לכל חלק? 

אני מאוד מקווה שמפגשים כמו זה שנערך במשרדי אוטודסק ייעזרו למציאת פתרונות יצירתיים לייצור בהדפסה תלת ממדית ויעזרו למצב את ישראל כמדינה מובילה במחקר וידע בתחום .

גל רז

כל שבוע אני מפרסם ניוזלטר עם תקציר של 10 הידיעות המעניינות ביותר בתחום ההדפסה התלת ממדית. הניוזלטר עוזר להשאר מעודכנים וחוסך מכם את הצורך לעבור על מאות ידיעות חדשות בכל 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.

XXL להדפיס מהר ובמידות גדולות

לזה היייתי רוצה להגיע בהדפסה

מדפסת חדשה מיצרן מדפסות ישראלי חדש ועם ערך מוסף על פני כל מה שקיים היום, בפוסט הבא:

חלקי פלסטיק קטנים אין בעיה להדפיס אבל בינינו, חלקים קטנים זה לא ממש חוכמה,  אם אין מדפסת אז אפשר גם לגלף אותם מחתיכת פלסטיק, לפסל בפימו או לשייף קלקר אבל, מה אם נמאס לי מחלקי פלסטיק בגודל של ביצת הפתעה. אני רוצה להדפיס משהו גדול, שיהיו לו נפח ונוכחות למשל, ממש עכשיו מתאים לי פירינג חדש לאופנוע או, אולי חיפוי אוירודינמי מלא לאופניים, כמו שיש ל go-one  שבתמונה. לסטראטאסיס יש את ה-   Fortus 900 ,עם נפח של 900X900X600  היא לא ענקית, אבל די גדולה. לצערי, מודלים גדולים עם תמיכה לוקחים כל כך הרבה זמן שכשהיא תגמור להדפיס לי את הפירינג, האופנוע כבר יהפוך לרכב אספנות. ה BigRep   ועוד כמה מדפסות גדולות בסגנון דומה סובלות כולן מאותה הבעיה, הן איטיות להחריד וכאשר צריך תמיכה (וצריך) הן מסבכות את החיים.

כשמתייעצים איתי על מדפסות ביתיות אני תמיד ממליץ ללכת על נפח קטן. ברוב מדפסות החוט (FFF) הגודל הוא חיסרון. כאשר ראש ההדפסה נע על מערכת צירים  XYZ וצריך לשמור על דיוק רב תוך כדי תאוצות ותאוטות בלי סוף יש חשיבות עצומה לתכנון הנדסי טוב. ככל ששטח ההדפסה גדול יותר צריך יותר הבנה טובה וניסיון בתכנות מערכות צירים מכניות. ככל שהמדפסת קטנה יותר, קל יותר לייצר מבנה איכותי. רוב מדפסות ה FFF לא תוכננו על ידי צוותים של מהנדסים מנוסים ורובם המוחלט לא תוכננו על ידי צוות של מהנדסים ישראלים!  כדאי שתדעו שאין בעולם מקום עם כזה ריכוז גבוה של מהנדסים המנוסים במערכות הדפסה גדולות ומורכבות מכנית כמו בישראל. לאורך השנים גדל כאן דור של מהנדסים שעבדו בסאיטקס, אינדיגו, נור, עידנית, אפריון, אובג'ט ועוד.. והתמחו במערכות הינע מדויקות בפורמט רחב, בראשי הזרקת דיו ובהדפסה תלת ממדית. על רקע זה, רק טבעי שחברה כמו MASSIVit3D  תצמח כאן בישראל.

להדפיס מודלים ענקים, מהר וללא צורך בתמיכה זה הרעיון העיקרי מאחורי המדפסת החדשה של .MASSIVit3D 

הודפס במדפסת החדשה של מאסיביט

החברה הממוקמת באזור התעשייה של לוד, לא רחוק מהאנגרים הגדולים של נתב"ג, מפתחת מדפסת "ג'מבו" שמדפיסה מודלים מאוד גדולים מפלסטיק טרמוסטי. הטכנולוגיה הייחודית של MASSIVit3D  משתמשת בראשים המזריקים ג'ל פוטופולימרי כלומר, חומר ההופך למוצק בחשיפה לתאורת UV . השימוש בג'ל ולא בחוט מוצק כפי שמקובל במדפסות FDM מאפשר לחברה להציע שתי תכונות חשובות וייחודיות. התכונה הראשונה היא קיצור זמני ההדפסה. למדפסת קצב הדפסה דמיוני שמאפשר בשעות ספורות לקבל מודל בגודל של אדם בוגר. התכונה הייחודית השנייה היא הוויתור על הדפסת תמיכה. תמיכה היא צורך הכרחי כאשר חוק הכובד נכנס לתמונה ולא מאפשר לראש ההדפסה להדפיס "באוויר". מדפסות ה FDM נאלצות להדפיס קונסטרוקציית תמיכה הגוזלת זמן וחומר גלם ומקשה על ניקוי החלק. הג'ל הייחודי בשילוב של תוכנה ייעודית מאפשר ל Massivit3D  להצמיד פס של שכבה חדשה המוזרקת מהראש בצמוד לשכבה קודמת ולא רק מעליה כמקובל. התכונה הזו מבטלת כמעט לחלוטין את הצורך בהדפסת תמיכה, מאפשרת חופש מוחלט בהדפסת צורות מורכבות ומוזילה את עלויות ההדפסה בצורה משמעותית. התוצאה היא מדפסת  המדפיסה בנפח של  1.2X1.5X1.8 m ובקצב של 35 ס"מ בשעה! 

צוות החברה ליד המודלים

הצוות המוביל של החברה הוא בעל ניסיון רב בפיתוח מערכות גדולות לתחום הדפוס כמתבקש ממי שצמחו בתעשייה הישראלית  Massivit3D  . מיעדים את המדפסת להדפסת גופים חלולים בעלי נפח גדול לאפליקציות שונות בהן דיוק של 1 מ"מ מספק ואין צורך בחוזק מכני רב. פני השטח דומים למתקבל במדפסות ה FDM  וכמובן שניתן לשייף ולצבוע לגימור הנדרש. בעתיד מתוכננים חומרי גלם נוספים ופיתוח הטכנולוגיה כך שתתאים ליישומים נוספים.    

גל רז

 

חמים על תלת ממד? 10X3DP, עדכונים קצרים בכל יום שלישי על כל מה שלוהט בתחום. להרשמה

מה ללמוד באוניברסיטת לימודי התלת ממד

אם תשאלו את העוסקים בעתידנות, את האנליסטים את חוזי הטכנולוגיה או את הפוליטיקאים (אובמה למשל) ואפילו אם תפליגו עד למחוזות השרלטנות והטיפשות של האסטרולוגים, הנומרולוגים או עושי הכשפים האחרים, תמצאו תמימויות דעים שהדפסה תלת ממדית היא מקצוע העתיד. 

תפישה זו מנביטה  קורסים שונים המלמדים "הדפסה תלת ממדית" על רגל אחד. אבל, מה באמת צריך ללמוד כדי להשתלב בתחום בצורה מסחרית ? 

במסלול הלימודים במגמת הנדסת ה 3D להדפסה, אלו המקצועות שהייתי שמח לראות אותכם לומדים:

תיב"ם (CAD)

ראשי התבות של תכנון בעזרת מחשב. כל מי שעוסק בתחום ההדפסה התלת ממדית חייב שליטה במספר מאפיינים של תוכנות תיב"ם תלת ממדיות שונות.שליטה טובה באחת מתוכנות ה SOLID הנפוצות היא הכרחית על מנת לתקשר עם העולם ההנדסי. SolidWorks או אוטודסק אינוונטור היא בחירה טובה. תוכנת הענן החדשה  Onshape יכולה לשמש גם היא ככרטיס כניסה. אבל, בעוד סטודנטים להנדסת מכונות יכולים להסתפק בתוכנות הנ"ל, במסלול שלנו להנדסת 3D צריכים כלי תיב"ם נוספים.

נדרשת  שליטה בתוכנות המכינות את הקבצים להדפסה. תוכנות המסדרות את החלקים בצורה אופטימלית על מגש ההדפסה. על מנת לנצל את היתרונות של הייצור בהדפסה יש צורך גם בכלי תכנון ייחודיים המייצרים גאומטריה אופטימלית שלא ניתן לקבל אותה בתוכנת SOLID . תוכנות כגון Inspire או Within המבצעות סימולציה כדי לקבל מודל אופטימלי להדפסה או תוכנות כמו Grasshopper המאפשרות לקבל צורות גאומטריות ממשואות מתמטיות. 

הפורמט הסטנדרטי של קבצי הדפסה הוא STL . קובץ מסוג זה מופק מרוב תוכנות התלת ממד ושייך לקטגורית קבצי ה Mesh . נדרשת הכרות עם תוכנות לטיפול, תיקון ושינוי קבצים אלו. 

דוגמה יפה מאוטודסק הממחישה את המעבר ממודל סוליד ולמודל המתוכנן להדפסה

הנדסת חומרים:

הבנה בחומרים נדרשת לפיתוח חומרים חדשים לתחום וגם, להבנת ההתנהגות של החלקים בתוך תהליך ההדפסה, למה לצפות ומה צריך לעשות כדי לקבל חלקים טובים יותר.

אפשר לומר די בודאות שהרבה יותר קל לפתח מדפסת חדשה מאשר חומר חדש להדפסה. כל חומר מתנהג אחרת במעבר מנוזל, אבקה או שרף לחומר מוצק עם מקדמי התכווצות והתפשטות שונים, יכולות שונות להולכת חום ועוד... יש כיום רק כ 200 חומרים להדפסה מכ 10 משפחות שונות. עדין אנו מתקשים במציאת חומרים גמישים, מוליכים או בצבעים ושקיפויות שונות.

כדי קבל תוצאות טובות בהדפסה תלת ממדית על המפעיל להכיר את חומר הגלם, את תכונותיו ולהבין את המגבלות וכיצד לעקוף אותן. יש חשיבות רבה לאורנטציה המרחבית בהדפסת החלק בהתאם לתכונות ולגאומטריה, לזמן ואופי קירור החלקים לפני הוצאת מהמכונה, להכרת התהליכים המשלימים שניתן לבצע עם כל חומר ועוד...

 חוזק חומרים:

התמחות בתחום חדש יחסית מחייבת גם הכרות עם כלי סימולציה המאפשרים לבדוק את התכנון לפני הייצור. המעבר מטכנולוגיות ייצור מסורתיות בהן נצבר ניסיון וידע במשך שנים רבות לייצור בטכנולוגיה חדשה ועם חומרים חדשים קל יותר כאשר ניתן לוודא שהתכנון נכון ומתאים לטכנולוגיה על ידי בחינת החלק בכלי סימולציה ובכך להקטין את הסיכוי לכשל מאוחר יותר.

רובוטיקה:

מדפסת  תלת ממד היא סוג של רובוט הפועל על פי תוכנית מוכנה מראש. בעתיד אין סיבה שלא ישולבו במדפסות מעגלי החלטה שיאפשרו למכונה קבלת החלטות עצמאיות שיאפשרו להשתמש במדפסות להרכבות ושיבוץ של רכיבים נוספים. קיימים גם מספר פרויקטים של פיתוח מדפסות, מעין רובוט מעופף, היכולות להדפיס תוך כדי תנועה למשל, מדפסת מעופפת המדפיסה חלקי בנין במבנה רב קומות. 

 סריקה תלת ממדית:

כדי להדפיס אנחנו חייבים מודל תלת ממדי, לפעמים, הדרך היחידה להשיג אותו היא סריקה תלת ממדית. הדרך להעביר מודל פיזי כקובץ תיב"ם תלת ממדי למחשב איננה קלה כלל. היא מחייבת הכרות עם שיטות הסריקה השונות, טיפול במידע המתקבל ושימוש בתוכנות ייחודיות המאפשרות להפוך את אוסף הנקודות המתקבלות בסריקה למודל שאיתו אפשר להמשיך לעבוד בתוכנות שונות.

ראייה מלאכותית:

סריקה תלת ממדית היא חלק חשוב מעולם ההדפסה התלת ממדית אבל ראייה מלאכותית יכולה לשמש גם כדי לשפר תהליכי הדפסה במקומות רבים ולתת בקרה וביקורת איכות טובות יותר. בדור העתיד של המדפסות נראה יכולות כאלה במספר מאפיינים. 

נניח שאנחנו מדפיסים טבעת ורוצים לשלב אבן יקרה בתוך התהליך. יכולת ראייה מלאכותית תאפשר למדפסת לזהות את האבן הספציפית ששלבנו בתהליך ולהתחשב בגאומטריה הייחודית שלה כדי להדפיס מסביב מבלי שנצטרך לתת לה הוראות מראש.

בקרה ממוחשבת:

מדפסות מורכבות ממנועים חשמליים, ראשי חימום, מקרנים, ראשי לייזר, משאבות, מערכות קירור ועוד. כל החומרה הזו נשלטת ע"י בקרים המחוברים למערכת מחשוב. על מנת לבנות את הדור הבא של מדפסות התלת ממד או לתחזק את הדור הקיים, נדרש ידע והבנה בכל הנושא של בקרה ממחושבת.

הנדסה רפואית:

עצמות, איברים ובכלל גופים אורגנים מגיעים תמיד בצורות שונות ובגאומטריות שקשה לייצר בשיטות מסורתיות. הדפסה תלת ממדית מאפשרת התאמה קלה ומהירה של כל מודל וייצור של כל צורה. תחומים שונים בעולם הרפואה מאמצים את ההדפסה כפתרון ייצורי. נוכל למצוא היום מדרסים אורתופדים, שתלים אורטודנטים, מקבעים לניתוחים, סדים שונים, פרותזות ועוד מוצרים רבים העושים שימוש בהדפסה תלת ממדית. לתחום הרפואי דרישות ואילוצים משלו ששונים במקרים רבים מתחומי הנדסה אחרים.

ניהול הייצור:

הדפסה תלת ממדית היא שיטת ייצור חדשה הפועלת לצד שיטות מוכרות ונפוצות. להדפסה תלת ממדית חוקי ייצור ייחודיים למשל, בייצור סדרתי בהדפסה, כל חלק עומד בפני עצמו והמורכבות של הייצור סדרה של 1,000 חלקים זהים או 1,000 חלקים שונים היא די דומה בנוסף, מהדפסה תלת ממדית מצופה לייצר את הסדרה הראשונה מהר יותר מאשר כל שיטת ייצור אחרות.  על מנת להצליח בעולם זה יש ללמוד על שיטות ניהול הייצור, בקרת איכות, רכש ואספקה.

חוקי זכויות יוצרים:

הדפסה וסריקה תלת ממדית מאפשרות העתקה, שכפול והפצה בקלות שלא הייתה מוכרת עד היום. הנושא מעורר ענין ויש לצפות לחקיקה בעתיד שיכולה להשתנות ממדינה למדינה עם הגבלות מיוחדות על מה מותר להדפיס. כלי נשק למשל אינם מותרים להדפסה בכל מקום. 

 

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.