7 דרכים לשימוש בהדפסה בתלת-ממד באקדמיה

הטכנולוגיה התקדמה מאד בכיתת הלימוד. ממקרנים עיליים בשנות ה-30' של המאה הקודמת למחשבוני יד בשנות ה-70' שלה עד לשגרת המחשבים בשנות ה-2000, הטכנולוגיה סייעה לאנשי חינוך בהפיכת הכיתה למושכת יותר ובהכנת הסטודנט לתוכניות לאחר התואר הראשון.

עתה, בכוחה של הדפסה בתלת ממד לגרום למהפכה בכיתה. ההתקדמות בטכנולוגיות ההדפסה בתלת ממד הפכה את התחום לנגיש יותר ובהישג יד, דבר המוביל לעלייה בפופולריות שלו במסגרות אקדמיה וחינוך.

אנשי חינוך בכל מקצוע אקדמי למעשה, יכולים להשתמש בהדפסה בתלת ממד בכיתה בשיעורים פרונטליים ובשיעורים מקוונים. כאשר המורים משלבים טכנולוגיה זו באופן מושכל בכיתה, הם יכולים לשפר את תוצאות הלימוד, כגון שיפור במיומנויות אנליטיות ומיומנויות חשיבה ביקורתית.

מוצגות להלן שבע דרכים בהן ההדפסה בתלת ממד יכולה לסייע ביצירת סביבת לימודים עם השתתפות פעילה של הסטודנט להגברת היצירתיות, להכנת הסטודנט לשוק העבודה, ועוד. הדרכים הן:

1.            יצירת סביבת לימודים עם השתתפות פעילה של הסטודנט          

2.            הגברת יצירתיות וחדשנות

3.            איפשור הבנת המציאות

4.            הכנה לתוכניות לאחר התואר הראשון

5.            חיזוק מעורבות דיגיטלית

6.            שיפור מיומנויות בפתרון בעיות

7.            מינוף חשיבה עיצובית

יצירת סביבת לימודים עם השתתפות פעילה של הסטודנט

הסטודנטים נהנים יותר בכיתה בה סביבת הלימוד כרוכה בהשתתפותם. צפייה בשקופיות יכולה רק לעורר עניין ולכבוש את תשומת לב הסטודנט. הדפסה בתלת ממד הופכת את הלימוד לדבר פעיל, דבר הממריץ אותו לעשות שימוש במיומנויות חשיבה ביקורתית לצורך יצירת המודלים שלהם. מעורבות הכיתה פירושה שהסטודנט יכול ללמוד טוב יותר נושאים מתקדמים יחד עם שיפור במיומנויות כגון פתרון בעיות. בנוסף, הדפסה בתלת ממד מסייעת לסטודנט בשימוש בסגנונות לימוד שונים: סטודנטים הנוטים יותר ללימוד עם מגע וגם סטודנטים הנוטים יותר ללימוד ויזואלי, יפיקו תועלת רבה מהדפסה בתלת ממד.

לדוגמה, במכללת Morrison Tech (אילינוי, ארה"ב), כמעט כל הקורסים להנדסה כוללים הדפסה בתלת ממד. הסטודנטים לומדים הדפסה בתלת מימד לפיתוח מוצר ואב-טיפוס, ומייצרים חלקים פונקציונליים, כגון גלגל שיניים. מהנדסים עוברים אותו תהליך, וכך, באמצעות הדפסה בתלת ממד, הסטודנט יכול לחוש כיצד מהנדס מבצע את העבודה שלו, ובכך, הוא מקבל ניסיון מעשי.

הדפסה בתלת ממד אינה מתאימה רק לעבודה מעשית בקורסי הנדסה. קיים מגוון רב של שימושים להדפסה בתלת ממד בכל המקצועות האקדמיים, למשל סטודנטים לביולוגיה יכולים להדפיס מודלים של איברים, סטודנטים לכימיה יכולים להדפיס מודלים של מולקולות וללמוד עליהן, סטודנטים לגרפיקה יכולים ליצור גרסאות תלת ממד של יצירת האמנות שלהם, סטודנטים להיסטוריה יכולים להדפיס חפצים היסטוריים, וסטודנטים לאדריכלות יכולים להדפיס מודלים תלת ממדיים של עיצוב המבנה שלהם.

סביבת הלימודים עם השתתפות הסטודנט אינה נעדרת גם בכיתות מקוונות. אומר הפרופסור לאדריכלות במכללה לעיצוב ואדריכלות באוניברסיטת קנטאקי, מיכאל סילבר, "הסטודנטים יכלו לעצב מודלים שהמרצה שלח להם במייל". מודל פיזי עוזר לסטודנט בהבנת הרעיון. אף שהכיתה מקוונת, הדפסה בתלת ממד הפכה אותה לניסיון כובש.

הגדלת יצירתיוּת וחדשנות

לא רק שמיומנויות יצירתיוּת מוערכות בחסר, אלא שהן קריטיות להצלחת הסטודנט. יצירתיות הנה האופן בו רעיון חדש ופתרון חדשני צצים. הדפסה בתלת ממד הנה יצירתית כשלעצמה, ומאפשרת לסטודנט לחשוב כיצד לפתור בעיות באמצעות הדפסה בתלת ממד, לתכנן מודלים באמצעות שימוש בתוכנת  CAD כמו SOLIDWORKS, ולהבין כיצד למטב את תהליך ההדפסה בתלת ממד. בנוסף, ובמיוחד עבור יישומים באמנות, הסטודנטים יכולים לצבוע את המודלים שלהם, ובכך להעלות את דרגת היצירתיות שלהם.

באוניברסיטת UMass Lowell, הפרופסורית יוּקוֹ אוֹדה שילבה הדפסה בתלת ממד לשיפור הקורסים שלה לעיצוב, פיסול, מידול ואנימציה בתלת ממד. אחת התפתחויות משמעותיות בפיסול היא שילוב מציאות מדומה והדפסה בתלת מימד. מציאות מדומה מורידה מחסומים בעיצוב בתלת מימד ומאפשרת לאמנים ולסטודנטים ליצור אובייקטים למרחב המציאות הרבודה (Metaverse). בכיתה ח', יוקו לימדה את התלמידים כיצד ליצור חפץ תלת ממדי ב-30 דקות ולהדפיס אותו במדפסת תלת ממד. הדפסה בתלת ממד פותחת נתיבים חדשים לחדשנות.

איפשור הבנת המציאות

אם הכנה לחיים האמיתיים שמחוץ למוסד הלימודי הנה אחת מהמטרות אותן הלימוד הגבוה משרת, אזי חשוב שאנשי החינוך ייצרו הזדמנויות עבור הסטודנטים להבין טוב יותר כיצד אפשר ליישם מיומנויות הנרכשות בכיתה, בעבודה המקצועית. אמירת רעיון לסטודנט אינה דומה להצגת הרעיון, ומה טוב יותר מלהציג אותו באמצעות הדפסה בתלת ממד?

סטודנטים בתורכיה ביצעו טיפול שורש בדגמים מודפסים בתלת ממד.
לדוגמה, מודלים בתלת ממד יכולים לסייע לסטודנטים בשיפור בהבנת אנטומיה. באוניברסיטת Canakkale Onsekiz Mart בתורכיה, מודלים של שיניים בתלת ממד שימשו ללימוד רפואת שיניים באופן מקוון.

"המדפסת Formlabs Form 3B הנה מדפסת תלת ממד בעלת נפח בנייה גדול המאפשר לנו להדפיס שיניים טוחנות ב-9 שעות. הפרטים במודלים אלה חדים מאד והדיוק מאד גבוה, ואנחנו הדפסנו את השיניים עבור הסטודנטים", אומר מר יוֹסוּנְצ'יג'יר. באמצעות שימוש בשרף מותאם ליישום בשטח הבריאות, כגון Elastic Resin או BioMed Clear Resin, הסטודנטים יכולים להדפיס מודלים בתלת ממד של עצמות, איברים, תאים, ורכיבים ביולוגיים אחרים. בחינוך רפואי, הדפסה בתלת ממד יכולה להכין את הסטודנטים לביצוע ניתוחים על ידי יצירת מודלים. סוג זה של ויזואליזציה הנו בעל ערך רב ביותר, בכך שהוא מסייע לצוותים הכירורגיים בניתוחים.

הכנה לתוכניות לאחר התואר הראשון

הדפסה בתלת ממד הנה מיומנות המוערכת במקום העבודה. לא מדובר רק בהדפסות עבור יישומים הנדסיים או של ייצור בתעשייה. הדפסה בתלת מימד רלוונטית להרבה מאוד תחומים, מתעשיית הבידור ועד לתכשיטים. דוח של Grand View Research מצא כי שוק ההדפסה בתלת ממד מוערך ב-11.58 מיליארד דולר ב-2019 והוא צפוי לגדול בשיעור שנתי מצטבר העולה על 14% מ-2020 עד 2027. בעולם, נמסרו ב-2018 כ-1.4 מיליון מדפסות תלת ממד, ומספר זה צפוי להגיע ל-8 מיליון יחידות עד 2027.

גידול זה בשימוש במדפסות תלת ממד מניע ביקוש למיומנויות עיצוב בתלת ממד בקרב סטודנטים לעיצוב גרפי. הדפסה בתלת ממד מתאפשרת על ידי מעצבים הבונים מודלים. עם הגידול בביקוש למוצרים מותאמים לפי דרישה, עיצוב מודלים לפי דרישה הופך לחשוב יותר מתמיד. עבודות במחקר ופיתוח כרוכות כבר בידע בתחום ההדפסה בתלת ממד. ייצור מוצרי צריכה דורש ניתוח רב ואנשי מחקר ופיתוח יכולים להבין כיצד להפחית עלויות ולשפר את היעילות באמצעות טכנולוגיות כגון הדפסה בתלת ממד. מידול אדריכלי ובנייה מראה גם צורך רב להדפסה בתלת ממד כיוון שתחומים אלה נסמכים במידה רבה על אבי-טיפוס.

כאשר סטודנטים לומדים על הדפסה בתלת מימד במוסדות הלימוד, המוכנות שלהם לעבודה בהמשך משתפרת. וסולל את הדרך לתפקידים יצירתיים יותר בסיום הלימודים.

חיזוק מעורבות דיגיטלית

בעולם ההופך יותר ויותר דיגיטלי, סטודנטים צריכים ללמוד כיצד להשתמש בטכנולוגיה דיגיטלית לטובתם. טכנולוגיה דיגיטלית מקבלת לעתים שם רע על שהיא מסיטה את דעתם מהלימוד, אך שימוש נכון בה, יכול לסייע לסטודנט ללמוד כיצד להשתלב בעולם באופן המעשיר אותו. אין זה חשוב באיזו תעשייה עובדים, מקום העבודה הפך למודרני יותר בכל שטח, החל מסטודיו לאמנות עד לאולם הייצור. על ידי שילוב הדפסה בתלת מימד בתוכנית הלימוד, אנשי החינוך יכולים לעודד את הסטודנטים להבין טוב יותר מהלך עבודה דיגיטלית. הדפסה בתלת ממד כרוכה ביותר ממדפסת תלת ממד: סטודנטים העוסקים בהדפסה בתלת ממד חייבים להבין את כל התהליך, מתכנון באמצעות CAD עד לשלב שאחרי הייצור.

לדוגמה, סטודנטים יכולים ללמוד את מהלך עבודת הפוטוגרמטריה, המדע העוסק בהפקת מדידות מדויקות מצילומים. הפוטוגרמטריה נוטלת סט צילומים חופפים של חפץ מסוים, מבנה, אדם או סביבה, והופכת אותם למודל תלת ממד באמצעות שימוש באלגוריתמים של מחשב.

היכנסו להשתתפות בוובינר

צפו בוובינר בנושא:
כיצד לבחור
את החומר המתאים
להדפסה בתלת ממד?


קראו את המאמר

מגוון חומרי הדפסה הנדסיים, אינסוף פתרונות להדפסת מוצרים.
כל מה שמהנדסים צריכים לדעת !


שיפור מיומנויות בפתרון בעיות

הדפסה בתלת ממד פותרת בעיות במציאות. לדוגמה, ההדפסה בתלת ממד היוותה פתרון לטיפול במחסור בציוד מגן אישי בזמן מגפת הקורונה. אותו הגיון קיים גם בכיתה. ללא ספק, הדפסה בתלת ממד דורשת מהסטודנטים להשתמש במיומנויות פתרון הבעיות שלהם. כאשר סטודנט מתחיל לעסוק בפרויקט הדפסה בתלת ממד, הוא עומד מול מספר שאלות מפתח, כגון:

1.            לְמה ישמש החלק שהדפסתי בתלת ממד?

2.            מה צריכים להיות השיקולים בעיצוב המודל, בבחירת החומר להדפסה, ובגימור החלק?

3.            כיצד אני יכול להתאים את תהליך ההדפסה בתלת ממד כך שהוא יהיה יעיל?

אלה רק מספר שאלות, אך הן דורשות חשיבה ביקורתית על הפרויקט בו הם עוסקים. הסטודנטים צריכים להיות מסוגלים לעבור מרעיון מופשט לחפץ מודפס בתלת ממד מתוך הבנה כיצד מושגים אלה מתקשרים האחד לשני. כאשר מייצרים אב-טיפוס, הם צריכים להיות מסוגלים לבחון ולהעריך את מידת הצלחת העיצוב בהשגת המטרה שלהם מעבר לתפקודיות גרידא. הדפסה בתלת ממד מעודדת סטודנטים לטפל בבעיה באופן לוגי ושיטתי אך גם מעודדת חשיבה יצירתית.

מינוף חשיבה עיצובית

חשיבה עיצובית היא יותר מביטוי רווח. המושג מוגדר כ"תהליך חוזר בו אנו שואפים להבין את המשתמש, לחלוק על הנחות, ולהגדיר מחדש בעיות, בניסיון לזהות אסטרטגיות ופתרונות חלופיות אשר אינן מזוהות מיד באמצעות דרגת ההבנה הראשונית שלנו". יותר ממגמה חולפת, חשיבה עיצובית כאן כדי להישאר, וחברות גדולות, כמו אפל וגוגל, מאמצות גישה זו.

כיצד הדפסה בתלת ממד מסייעת בחשיבה עיצובית?

שיתוף פעולה הנו רכיב מפתח בחשיבה עיצובית, והדפסה בתלת ממד יכולה לעודד שיתוף פעולה בין עמיתים כאשר המורה קובע פרויקטים קבוצתיים. בפרויקטים קבוצתיים להדפסה בתלת ממד, הסטודנטים לומדים מנקודת המבט ומסגנון העבודה של האחר. חזרתיות הנו היבט מפתח נוסף בחשיבה עיצובית. הדפסה בתלת ממד מעודדת סטודנטים בשיפור העיצוב שלהם בהתבסס על תוצאות קודמות ועל משוב.

מסקנה

הדפסה בתלת ממד הנה טכנולוגיה רבת פנים היכולה להפיק את המיטב בסטודנט. מורים בכל המקצועות והרמות האקדמיים יכולים לגרום לחוויית לימוד בעלת מעורבות ולתוצאות לימוד גדולים יותר עבור הסטודנט על ידי שילוב הדפסה בתלת ממד. החל מהצתת דמיון הסטודנטים עד ללימוד האופן בו מושגים שונים מיושמים במציאות, הדפסה בתלת ממד הנה בעלת ערך שלא יסולא בפז.

למידע נוסף על הדפסה בתלת מימד בתחום החינוך, בקר בעמוד המשאבים בחינוך שלנו.


מקור המאמר: Formlabs
עריכה: גיא ירוס. מהנדס אפליקציה הדפסה בתלת ממד. סיסטמטיקס

אנליזות SOLIDWORKS SIMULIA במבחני הרס ROPS ו-FOPS בתעשיית הציוד התעשייתי

מבחני הרס ROPS ו-FOPS הן בדיקות פיזיות חשובות מאוד בתעשיית הציוד התעשייתי.

מיותר להגיד שביצוע בדיקות אלו הוא תהליך מורכב ביותר שעולה לחברות בלא מעט זמן וכסף.

במאמר זה נראה כיצד מבצעים את הבדיקות האלו באמצעות פתרונות SOLIDWORKS SIMULIA על מנת להקל על התהליך ולאפשר לבצע את הבדיקות עוד בשלבי התכנון המוקדמים בגישת ה- SIMULATION DRIVEN DESIGN.

לצפייה בכתבה במגזין https://www.theyeshivaworld.com לחץ כאן

על מנת לאשר מבנה מכונה או תא נהג, הוא נדרש לעמוד במבחני הרס, על שניים מהמבחנים נדבר כאן.

מה הם מבחני ROPS & FOPS ?

Roll-Over Protective Structures (ROPS) ISO 3471:2008

Falling-Object Protective Structures (FOPS) ISO 3449:2009

ROPS הוא מבחן הרס שבו עומס כמעט סטטי מופעל על המבנה עד שמגיעים לכוח או אנרגיה קבועים, תוך הימנעות מהתמוטטות המבנה והתנגשות בין המבנה לנפח המדמה את מפעיל המכונה.

FOPS הוא מבחן הרס שבו חפץ בדיקה כבד מופל אנכית על המבנה קרוב למפעיל המכונה בעוצמה מוגדרת מראש.

בסרטון בקישור הבא אפשר לראות כיצד מבצעים את הניסויים האלו בתעשייה:

RESEMIN

אנו ננסה לבצע את הבדיקות האלו על מכונה של חברת RESEMIN . המכונה משמשת לעבודות שונות במכרות, סביבה הנחשבת מסוכנת ביותר.

>>לצפייה במגזין www.rasemin.com

SIMULIA

על מנת לדמות את הבדיקות המורכבות האלו אנו נשתמש בסימולציות אלמנטים סופיים מבית SIMULIA  SOLIDWORKS. הסיבה שבה בחרנו ב SIMULIA   היא שמדובר בעיה דינאמית לא-לינארית מורכבת מאוד שדורשת שימוש בפותרנים מיוחדים.

עוד כמה דברים שיש ב SIMULIA שיעזרו לנו פה הן:

  • מנוע חישוב עוצמתי IMPLICIT & EXPLICIT של ABAQUS
  • שיטת MULTI-STEP המאפשרת לחלק תהליכים מורכבים לשלבים פשוטים
  • יכולת הרצה בענן עם 144 ליבות שמאפשרת לפתור סימולציות מורכבות מהר על מחשב נייד רגיל.
  • אפשרויות MESH רחבות מאוד(בין הייתרHEX ELEMENT) המאפשרות לדמות את המודלים בצורה מדויקת תוך שמירה על כמות אלמנטים נמוכה.
  • הגדרות CONTACTS אוטומטית החוסכות זמן רב בבניית מודל האלמנטים הסופיים.

SIMULIA התמודדה בקלות עם המשימה המורכבת הזאת וסיפקה תוצאות מדויקות לבעיה.

לשמחתי כל הבדיקות עברו בהצלחה. כמובן שלא תמיד המצב הוא כזה וחלק גדול מהמקרים התצאה היא כשל או מה שאנו מכנים תכנון Over-design.

 מציאת הנקודה האופטימלית הזאת, היא אחת הסיבות העיקריות לשימוש בכלי סימולציה, המאפשרים לא רק לבצע וולידציה סופית אלא גם אופטימיזציה תוך כדי התהליך.

תוצאות מבחן ROPS :

תזוזות (צד ימין) ומאמצים (בצד שמאל)

תוצאות מבחן FOPS:

תזוזות (צד ימין) ומאמצים (בצד שמאל)

עוד כמה תמונות בחתך:

אנימציה של ההתנגשות:

סרטון המראה את התקדמות גל ההלם

לסיכום,

ביצוע בדיקת הרס שונות, בפרט הבדיקות שראינו היום ROPS ו FOPS הוא תהליך לא פשוט. אבל שימוש בכלי אנליזה במקרים אלו יהיו כדאיים במיוחד. בין היתרונות שנקבל:

  • שחזור מדויק של הניסוי על ידי סימולציה מאפשר לקצר משמעותית את ה  Time-To-Market ולחכוך בהמון אבי-טיפוס.
  • ברגע שמכניס לתהליך הפיתוח כלי סימולציה בשלב מוקדם – אפשר לבטל הרבה נעלמים. זה יאפשר לתת הערכות זמנים ועלויות מדויקות יותר לתהליכי הפיתוח.
  • מתפנים יותר משאבים וזמן למהנדסים לפתח מוצרים טובים יותר.
  • השימוש בסימולציה בעצם נותנת לנו אב-טיפוס וירטואלי שזמין לכל בדיקה שאנו צריכים לבצע היום או מחר.

Verification and Validation – האם אנחנו במסלול הנכון?

יצא לכם פעם להיות עם קבוצת אנשים שכל אחד מדבר שפה אחרת? או שאולי כל אחד מדבר שתי שפות וכל מסר עובר כמה ידיים לפני שהוא מגיע ליעד? נשמע כמו משחק של טלפון שבור, נכון? איזה כיף אם במצב הזה היה מישהו שדובר את כל השפות, ויודע לתרגם אותם בצורה מדויקת. זאת בדיוק הנקודה שאנחנו מדברים עליה ב-Model-Based Design.

בפוסט הבא נתמקד בחלק של הבדיקות האוטומטיות שמלוות את התהליך, מוודאות ומתקפות או התהליך משלב הדרישות ועד שלב ייצור הקוד.

בעבודתי הראשונה לאחר סיום הלימודים, עבדתי ב-V&V (Verification and Validation, אימות ותיקוף) ב-SpaceIL (ניתן לקרוא עוד בקישור), ואני זוכר היטב את קצב הפיתוח המהיר – בכל זאת, היה צריך לעמוד בלוחות זמנים מאוד נוקשים. מצד שני, צריך להוציא מערכת שעובדת בצורה טובה. כלומר, צריך להיות מסוגלים לבדוק את המערכת כל הזמן ולראות שהעדכונים לא פוגעים במקומות אחרים, ושהיא עדיין מתכנסת לדרישות.

בבואכם לאפיין תהליך בדיקות, אתם צריכים לשאול את עצמכם שאלות כגון: מה רמת הבדיקתיות שאנחנו צריכים? אנחנו צריכים לעמוד בתקן מסוים? כמה מתוך התהליך צריך להיות אוטומטי?

בכדי לענות על השאלות הנ"ל, כדאי להסתכל על השלבים השונים, ולהבין איזה תהליכים נכון להפוך לאוטומטיים. בסופו של דבר, אני רוצה ללחוץ על כפתור, שהמערכת תיבדק, וייצא לי דוח (כמובן שאוכל להגדיר את הדוח עם Simulink Report Generator, אבל בזה לא ניגע בפוסט זה).
אבל מה זה למעשה אומר ש"המערכת תיבדק"?

החלק הזה כבר משתנה מארגון לארגון, אבל כנראה שנרצה לראות שאנחנו עונים על הדרישות המערכתיות (שאולי הגיעו ב-Word, אולי ב-Excel, אולי בפלטפורמת ניהול דרישות אחרת כמו Doors), נרצה לבדוק את הפונקציונליות של המודל, את הלוגיקה שלו, האם הוא מכוסה בצורה טובה והאם הקוד שיוצר באופן אוטומטי תואם את המערכת שפיתחנו.

חברת MathWorks מציעה מגוון רחב של כלים לבדיקות V&V, ובהמשך הפוסט המטרה שלי היא לעשות לכם סדר לגבי איזה כלי נותן מענה לאיזה שלב ואיזו בעיה.

שלב ראשון – קישור הדרישות למודל

נרצה לקשר את הדרישות ישירות למודל. נוכל להפריד בין דרישות פונקציונליות לדרישות אינפורמטיביות, אבל נרצה שהכל יהיה זמין ונגיש מתוך המודל שלנו.

Simulink Requirements מאפשר לנו לעשות בדיוק את זה. בנוסף, נוכל לראות עבור כל דרישה כמה ממנה מקושר למודל, לאן היא מקושרת, וכמה ממנה נבדק, כאשר הדרישות יכולות להיות מנוהלות ומסודרות במודל בצורה נוחה (ניתן ללמוד עוד בסרטון).

אבל רגע, מה זאת אומרת כמה מכל דרישה נבדק? מי בודק? לפי מה?

שאלה מעולה ואני שמח ששאלתם אותה! התשובה היא פשוטה מאוד – אתם. כאשר מגדירים את הדרישה, צריך להגדיר קריטריון הצלחה וקריטריון כשל, ואז לקשר לממשק אוטומטי שיריץ עבורכם את הבדיקות ויגיד אם עברתם או לא, ואולי גם יכמת כמה עברתם עבור דרישות מסוימות.

שלב שני – הגדרת הבדיקות וקישורן לדרישות

בחלק הזה נכנס Simulink Test, שבעזרתו נוכל להגדיר את הבדיקות ולקשר אותן גם לדרישות.

הרעיון הוא שנגדיר את הבדיקות פעם אחת (כמובן שניתן לערוך/להוסיף בדיקות), ובכל פעם שנעדכן גרסה, נוכל להריץ את כל הבדיקות דרך ה-Test Manager. נוכל גם להשתמש בכלי על מנת לייעל את זמני הריצה באמצעות עבודה מקבילית, בעבודה באופני העבודה Accelerator ו-Rapid Accelerator, או לרוץ על ה-GPU במקרים מסוימים.

כמובן שנוכל להכניס בדיקות פונקציונליות, בדיקות של תנאים מסוימים, לוגיקות מסוימות, ואפילו לבדוק את הקוד שלנו ב-SIL, PIL  ו/או HIL, במידה ויש לנו ממשקים מוכנים ואת הכלים הרלוונטיים (ניתן לקרוא עוד בקישור).

בסוף נקבל דוח נוח ואינטראקטיבי שאומר לנו כמה מהבדיקות עברו, באיזה אחוזים הם עברו, ונוכל גם לראות כמה מהמודל שלנו מכוסה. שמוביל אותנו לחלק הבא – בדיקות ה-Coverage.

שלב שלישי – כיסוי (Coverage) של מצבי המודל ע"י הבדיקות

Simulink Coverage מוסיף לנו עוד רמה של אימות למודל, כאשר נוכל לראות גם בדוח וגם ויזואלית את הכיסוי. בסופו של יום, נרצה מודל יעיל, נרצה לראות שלא הכנסנו סתם דברים שלא באמת צריך או שהם לא נגישים. כמובן ש-Simulink Coverage משתלב מאוד יפה עם Stateflow, פלטפורמה לבניית מכונות מצבים ומערכות לוגיות בצורה ויזואלית ונוחה

באמצעות Coverage נוכל למצוא חוסרים במודל שלנו או פונקציונליות לא מתאימה, ונוכל לבדוק את הקוד שייוצר, כאשר כל זה נעשה בצורה ידידותית וויזואלית.

שלב רביעי – עמידה בתקנים ובדרישות Safety

שני הכלים האחרונים שיעזרו לנו להשלים את הבדיקות הם Simulink Check ו-Simulink Design Verifier. נשתמש בהם בשביל לקבל רמה גבוהה יותר של בדיקות, למשל בשביל לעמוד בתקנים מסוימים או בשביל להגיע למוצר ברמת סמך גבוהה יותר.

Simulink Check מספק לנו בדיקות סטנדרטיות למודל, שמאפשרות לנו למצוא מודלים שניתן לעשות בהם שימוש חוזר, להשתמש ב-model slicer בשביל לייצר חתכים מהמודל שלנו ולבדוק אותם. נוכל להשתמש בו בשביל לפשט את המודל, לייעל אותו ולהתמקד בבעיות בפיתוח.

Simulink Design Verifier מביא את המודל לרמת הבדיקתיות הגבוהה ביותר.

הכלי מאפשר לנו למצוא שגיאות נסתרות במודל, וחלקם אפילו מבלי להריץ את המודל(!). למשל, נוכל לזהות מקומות שבהם יש לנו integer-overflow, dead logic, חלוקה באפס וחריגות בגישה למערכים מסוימים.

בנוסף, הכלי יוכל לייצר עבורנו בדיקות חסרות לכיסוי מלא, או לייצר בדיקות שיענו על דרישות שאנחנו נגדיר בעצמנו, כאשר המטרה הסופית היא לקבל מודל מפושט ובדוק ככל האפשר. הכלי הזה נותן את המענה המקיף ביותר לבדיקות המודל והמערכת משלב הדרישות ועד שלב ייצור הקוד.

לסיכום,

בשביל לענות על השאלות שאיתם פתחתי (מה רמת הבדיקתיות שאנחנו צריכים? אנחנו צריכים לעמוד בתקן מסוים? כמה מתוך התהליך צריך להיות אוטומטי?) – זה תלוי פרויקט ותלוי מטרה, כאשר המחשבה העיקרית היא:

  • כמה אני רוצה שהמודל שלי ייבדק?
  • כמה מהבדיקות אני רוצה שייכתבו ידנית?
  • כמה אני מרוויח בשעות מהנדס כשאני עושה אוטומציה לתהליך הבדיקות?

אתם כמובן מוזמנים לדבר איתנו ונשמח לעזור לכם לאפיין תהליך בדיקות מתאים לפרויקט שלכם, כאשר המטרה הראשית כל הזמן לנגד עינינו: מוצר מוכן ובדוק ככל הניתן, במינימום זמן ומינימום עלות.

אתם כמובן מוזמנים לפנות לתמיכה שלנו בקישור.

יום בחייו של מתכנן מכאני – הכירו את יכולות ניהול המידע של SOLIDWORKS

כל זה היה על קצה המזלג כמובן ונועד לתת לנו את ההרגשה של המערכת וכיצד היא יכולה לתרום לנו לעבודה אפקטיבית ויעילה יותר בחברה שלנו.

>> לחצו כאן לצפיה בוובינר

בעקבות הוובינר עלו מספר שאלות שנשמח לענות עליהן פה בהרחבה.

מדוע נרצה ליצור מק"ט חדש לחלקים שקיבלנו?

ניקח לדוגמא עבודה עם קבלני משנה. על מנת להוריד מעומס העבודה של הצוות, נרצה לעשות אאוט-סורסינג לקבלן משנה ולקבל ממנו קבצים שנוכל לשלב בקלות בתכנון שלנו.

חוץ מבדיקה גיאומטרית שקבצים אלו אכן תואמים לדרישות שלנו, נרצה לעשות גם יישור קו ולהתאים את שמות ומאפייני הקבצים לנהלי החברה שלנו.

לדוגמא, בנהלי החברה הרבה פעמים יש חובה בבחירת חומר לחלק, כתיבת תיאור מלא, ומילוי חותמים. בנוסף, שמות הקבצים חייבים להתאים לסטנדרט הנהוג בחברה שלנו, הכולל בדרך כלל את מספר הפרויקט, מספר ההרכבה ותחילית המייצגת את סוג החלק.

באמצעות מערכת ה-PDM נוכל בקלות גם לבדוק את ההתאמה לנהלי החברה שלנו וגם לבצע תיקונים במידת הצורך.

כפי שהודגם, נוכל ליצור תיאור מלא לכל הקבצים ברגע, הכנסת חומר ברירת מחדל, חותמים אוטומטיים ועוד.

בנוסף, נוכל ברגע לעדכן את המק"ט המתאים לנו לכל הקבצים בעץ ההרכבה!  

זאת באמצעות פעולת COPY TREE שראינו.

מידע נוסף על הפעולה תוכלו לקרוא בפוסט הזה – הקליקו כאן.

הקליקו על התמונה לצפייה

האם אפשר לשמור גם PDF לשרטוטים באופן אוטומטי?

וודאי, בשביל זה אנחנו פה!

נוכל לשמור תוצרים מסוגים שונים עבור קבצים שונים. בגיפ למטה, תוכלו לראות את הרשימה המלאה של המרות הקבצים האוטומטיות האפשריות במערכת ה-PDM, כאשר תמיד אפשר גם לפתח המרות נוספות.

אם אנחנו רוצים לשמור על דינמיות בבחירה שלנו, נוכל להגדיר שכל משתמש יבחר, בעת ביצוע ההמרה, לאיזה קובץ הוא רוצה להמיר, על איזה מחשב ומה יהיה שם הקובץ הסופי.

אם ניקח את זה לשלב הבא, נוכל להגדיר שההמרה תתבצע רק במידה והקובץ עומד בתנאים מסויימים, בגודל מסוים או מכיל מאפיינים הכרחיים.

הקליקו על התמונה לצפייה

איך מערכת ה – PDM מתממשקת עם מערכת ה – ERP?

מערכת ה – PDM נולדה מתוך צורך לעבודה נכונה, מסודרת ומתועדת בתוך צוות המכאניקה. עם הזמן היא הלכה והתרחבה לצוותים אחרים ומאפשרת לנו כיום שיתוף מידע בחברה כולה.

כחלק משיתוף הפעולה ומייעול התהליכים, מערכת ה – PDM יכולה להתממשק עם מערכות ניהול נוספות בארגון.

למשל מערכת PLM (Product Lifecycle management) שאחראית בדרך כלל על מידע לוגיסטי, הזמנות, מלאים וכדומה, או מערכת ERP (Enterprise resource planning ) שאחראית על הניהול הכולל של עצי המוצר בחברה.

ההתממשקות בעצם כוללת העברת מידע בין המערכות כאשר בדרך כלל נרצה להעביר למערכת ה – ERP את המידע הבא:

  1. מידע על המודל – קובץ המכיל את כל המאפיינים של המודל, רויזיות, חומרים וכדומה.
  2. מידע על ההרכבה – קובץ המכיל את מבנה ההרכבה המלא והמאפיינים שלה.
  3. תוצרים –קבצים "סגורים" הכוללים PDF עבור קבצי השרטוט וקבצי XT או STEP עבור קבצי המודל.
  4. מק"טים, תהליכי עבודה כגון ECO, ECN ועוד…

לחילופין, מערכת ה – ERP יכולה לתת למערכת ה – PDM מידע שימושי, כגון זמינות במלאי לחלק מסוים, מחירים, מק"ט מתאים בתאם לקטגוריות במערכת ה-ERP, ועוד.

היופי בסיפור הוא שאין גבול להתממשקות מכיוון שאנחנו מתעסקים פה בשתי מערכות פתוחות, היודעות לתקשר עם העולם ומאפשרות גישה מאובטחת ומלאה לכל הדאטאבייס שלהם.

ממשקים לדוגמא עם מערכת הפריוריטי, שהיא מערכת ה – ERP הנפוצה בארץ, הצגנו בוובינר בנושא ממשק למערכת הפריוריטי:

זהו להפעם, נשמח לשמוע מכם שאלות נוספות בנושאים אלו או כל נושא אחר הקשור למערכת ה – PDM וכיצד היא יכולה לתרום לעבודה בארגון שלך.

מדריך – כמה עולה מדפסת תלת ממד? (חלק 2 מתוך 2)

סינטור לייזר סלקטיבי (SLS)

מדפסות תלת מימד משתמשות בלייזר רב עוצמה להתכת חלקיקי אבקה פולימרית. האבקה הלא מותכת תומכת בחלק המיוצר בזמן ההדפסה ומבטלת את הצורך במבני תמך ספציפיים, דבר ההופך את שיטת ה-SLS לאידיאלית לבניית חלקים בעלי גיאומטריה מורכבת, כולל פרטים פנימיים, פעולות בצד התחתי, קירות דקים, ופרטי תשליל.

חלקים המיוצרים בשיטת SLS הנם בעלי מאיינים מכניים מצוינים ובעלי חוזק הדומה לזה של חלקים המיוצרים בשיטת ההזרקה. כתוצאה מכך, שיטת SLS הנה השיטה הנפוצה ביותר של הדפסה בתלת מימד עם פלסטיק לצרכים תעשייתיים. 

בדומה לשיטת ה-SLA, הדפסה בשיטת SLS הייתה זמינה רק עם שימוש במערכות מורכבות של הדפסה בתלת מימד ובעלות מידות גדולות, במחיר המתחיל מ-$40,000 לערך. המדפסת Fuse 1 SLS של Formlabs, מאפשרת עתה לרכוש מערכת SLS תעשייתית במחיר התחלתי של $30,000, ובמחיר של $45,000 עבור מתקן שלם הכולל מערכת לביצוע עבודות שלאחר ההדפסה ולהשבת אבקה. כמו כן, בדומה למדפסות SLA, מדפסות SLS מסופקות מורכבות ומכוילות מראש. הן אמינות והן פותחו לייצור רצוף כל יום כל היום, ומלוות בהדרכה יסודית ובשירות לקוחות מהיר.

מחיר חומרי ניילון להדפסה בשיטת SLS הוא כ-$120 לק"ג. השיטה אינה דורשת מבני תמך, ואפשר לעשות שימוש חוזר באבקה שלא הותכה, תכונה המפחיתה עלויות חומר.

שיטת SLS הנה תהליך הדפסה בתלת מימד הדורש את כמות העבודה הפחותה ביותר במערך הייצור, כיוון שהחלקים הנם באיכות גבוהה בנקודת היציאה מהמדפסת ונדרשת פעולת ניקוי פשוטה להסרת עודף אבקה.

הדפסת מתכת בתלת מימד

בנוסף לפלסטיק, קיימים תהליכים רבים של הדפסה בתלת מימד עבור הדפסת מתכת בתלת מימד.

FDM מתכת (ADAM)

מדפסות מתכת בשיטת FDM פועלות באופן דומה למדפסות FDM רגילות אך הן משתמשות בפילמנט הכולל חלקיקי מתכת המוחזקים יחד באמצעות חומרים מקשרים פולימריים. החלקים המוגמרים "הירוקים" נשטפים בחומר ייעודי,  ולאחר מכן מחוממים בתנור סינטור לקבלת תוצר מתכתי סופי.  מחירים של מערכות אלו הם נמוכים ביחס לטכנולוגיות הדפסת מתכת אחרות.

התכת לייזר סלקטיבית (Selective Laser Melting – SLM)
וסינטור מתכת באמצעות לייזר (Direct Metal Laser Sintering – DMLS)

מדפסות SLM ו- DMLSפועלות באופן דומה למדפסות SLS אך הן מתיכות חלקיקי אבקת מתכת יחד, שכבה אחר שכבה, באמצעות שימוש בלייזר רב עוצמה. מדפסות SLM ו-DMLS יכולות לייצר פריטי מתכת חזקים, מדויקים ומורכבים, אידיאליים לשימוש בתעשיית התעופה והחלל, תעשיית הרכב.

יחד עם הירידה במחירי מדפסות תלת מימד, ומחירים הנעים בין $100,000 למיליון דולר, מערכות אלו אינן בהישג ידן של רוב החברות.

השוואת מחירי מדפסת תלת מימד לפי תהליך

תהליכי ההדפסה בתלת מימד בפלסטיק ומתכת הנם בעלי תכונות ייחודיות ההופכות אותם למתאימים לשימושים שונים, כמפורט להלן: 

עלות לחלק: חישוב עלויות הדפסה בתלת מימד

חישוב עלות לחלק מצריך התחשבות בעלויות בעלוּת על הציוד, עלויות מתכלים, ועלויות עבודה. יש להבין את הגורמים המשפיעים על כל סוג עלות ואת השאלות שיש להעלות על מנת להעריך שיטות ייצור חלופיות ולמצוא עלויות חבויות.

בעלות על ציוד

עלות בעלות על הציוד מורכבת מעלויות קבועות, כגון מחיר מדפסת תלת מימד, חוזי שירות, התקנה ותחזוקה. הוצאות אלו חלות אם המדפסת תלת מימד עומדת ללא שימוש או שהיא מייצרת עשרות חלקים בשבוע.

נחלק את עלויות הבעלות על הציוד לאורך כל חיי המכונה לפי חלקי הציוד השונים, נחבר את התוצאות, ונחלק את התוצאה הסופית במספר החלקים הצפוי לייצור באמצעות המכונה. ככלל, ככל שהפריון והשימוש במדפסת התלת מימד גבוהים יותר, כך עלות הבעלות על הציוד לחֶלֶק, נמוכה יותר.   

מדפסות תלת מימד שולחניות התקדמו מאד בשנים האחרונות בהפחתת עלויות הבעלות על הציוד. עם מחיר קטן פי 10 עד פי 100 מהמדפסות תלת מימד התעשייתיות הרגילות והיכולת לייצר אלפי חלקים לאורך חיי המכונה, עלות הבעלות על הציוד עשויה להיות זניחה.

שאלות שכדאי לשאול:

  • האם יש הוצאות התקנה, הדרכה, או הוצאות ראשוניות אחרות מעבר לעלות המכונה?
  • האם קיים חוזה תחזוקה (מחייב)? מה הוא כולל?
  • בנוסף למכונה, איזה אביזרים וכלים נדרשים לייצור החלקים?
  • מהן דרישות התחזוקה של המכונה לאורך משך הפעילות? מהי עלות התחזוקה השנתית הצפויה? כיצד היא משתנה אם רמת הייצור עולה?
  • חומרים וחומרים מתכלים

חומרי הדפסה בתלת מימד וחומרים מתכלים אחרים הדרושים לייצור חלקים, מהווים עלויות משתנות. עלויות אלו תלויות מאד במספר החלקים המיוצרים.

קראו את המאמר

מגוון חומרי הדפסה הנדסיים, אינסוף פתרונות להדפסת מוצרים.
כל מה שמהנדסים צריכים לדעת !

איזה חומר מתאים לך? הקליקו למאמר

מדוד את עלות החומרים על ידי חישוב כמות חומר ההדפסה בתלת מימד הנדרשת לייצור חלק בודד וכפוֹל אותה בעלות החומר. הוסף עלות פסולת שאריות וחומרים מתכלים אחרים נדרשים. עם הירידה בעלויות הבעלות על הציוד עם הייצור, עלות חומר להדפסה בתלת מימד יורדת במהירות.

ברר היטב מאילו חומרים אתה נדרש לייצור החלקים, כיוון שעלות חומרים מתכלים עבור הדפסה בתלת מימד משתנה. שים לב גם שמדפסות תלת מימד פועלות רק עם חומרי יצרן מסוים בלבד, כך שהאופציות לחומרים מספק אחר מוגבלות.

שאלות שכדאי לשאול:

  • מהי עלות כל סוג חומר להדפסה בתלת מימד?
  • מהי כמות החומר הנדרשת לייצור חלק, כולל פסולת שאריות?
  • מהו אורך חיי המדף של החומר?
  • האם יש חומרים מתכלים אחרים הנדרשים לייצור החלקים?
  • האם המכונה יכולה לעבוד עם חומרים של ספקים צד-שלישי?

עבודה

יחד עם היכולת של הדפסה בתלת מימד להחליף ייצור מסורתי הכרוך בעבודות מורכבות ולהביא לחיסכון משמעותי בזמן, התהליך הזה יכול להיות עתיר עבודה עדיין, תלוי בטכנולוגיית ההדפסה בתלת מימד.

מדפסות תלת מימד שולחניות מותאמות בדרך כלל לשימוש נוח. מדפסות תלת מימד עשה-זאת-בעצמך ומדפסות לחובבים, דורשות, בדרך כלל, טיפול רב יותר בקביעת הגדרות המכשיר, אך תחזוקה סדירה או החלפת חומר במכשירים תעשייתיים מסורתיים עשויות להציב מטלות הדורשות זמן ושיש לבצע אותן בידי מפעיל מיומן.

העבודות שלאחר הייצור שונות בהתאם לסוג המדפסת בתלת מימד, אך ברוב המקרים, הן כוללות ניקוי חלקים והסרת מבני תמך או עודף חומר. קיימים פתרונות להפיכת חלק ממטלות אלו לאוטומטיות, לדוגמה, הכלי לשטיפת חלקים ולהקשייה , מתוצרת Formlabs (Formlabs Form Wash and Form Cure) מפשט את עבודות השטיפה וההקשייה במדפסות תלת מימד בשיטת SLA, ומכשיר ה Fuse Sift – מערכת טעינה והשבת אבקה עבור מדפסת Fuse 1 הפועלת בטכנולוגיית הדפסה SLS.

לקבלת חלקים באיכות גבוהה, תהליכים מתקדמים יותר, כגון SLA ו-SLS, אינם כרוכים בשלבים ארוכים, אך חלקים המיוצרים בשיטת FDM דורשים עבודה ארוכה יותר לאחר הייצור, לשיפור האיכות ולהסרת קווי שכבות ההדפסה.

שאלות שכדאי לשאול:

  • מהו מערך העבודה הכולל לייצור חלקים? מהם השלבים ספציפיים הנדרשים לקביעת הדפסה, להחלפת חומר, ולביצוע גימור החלקים?
  • כמה זמן נדרש לבצע גימור חלק?
  • האם קיימים כלים או אביזרים להפיכת חלק ממטלות אלה לאוטומטיות?

מיקור חוץ של ייצור כנגד הדפסה בתוך הארגון

מיקור חוץ של ייצור לספקי הדפסה בתלת מימד או למעבדות מומלץ כאשר יש צורך בהדפסה בתלת מימד לעתים רחוקות בלבד, ועבור חלקים גדולים או כאלה הדורשים חומר מיוחד. ספקי הדפסה בתלת מימד משתמשים, בדרך כלל, במספר שיטות להדפסה בתלת מימד, כגון SLA, ,FDM ,SLS ומדפסות מתכת. הם יכולים גם לייעץ בנושאי חומר ולתת שירותים בעלי ערך מוסף, כגון תכנון או גימור מתקדם.

החסרונות העיקריים במיקור חוץ הנם עלות וזמן אספקה. אחד היתרונות הגדולים בהדפסה בתלת מימד הוא המהירות שלה בהשוואה לשיטות ייצור מסורתיות, יתרון המצטמצם במידה רבה כאשר חלק המודפס במיקור חוץ דורש ימים או אף שבועות לייצורו ולמועד האספקה. עם גידול מהיר בביקוש ובייצור, מיקור חוץ הופך במהירות גם ליקר.

מדפסות תלת מימד שולחניות מסייעות רבות כאשר יש צורך בייצור חלקים במהירות. תלוי במספר החלקים ובנפח ההדפסה, השקעה במדפסת תלת מימד מקצועית עשויה לשלם את עצמה תוך מספר מועט של חודשים.

באמצעות מדפסות שולחניות ומדפסות מעבדתיות, אתה יכול לרכוש מדפסת המתאימה בדיוק לצרכי העסק שלך, ולהעלות את הייצור לפי הגידול בביקוש מבלי להשקיע הרבה במדפסת תלת מימד גדולה. על ידי שימוש במספר מדפסות תלת מימד, אתה יכול גם להשיג את הגמישות הדרושה להדפסת חלקים עם חומרים שונים במקביל.

שיקולים מעבר לעלויות ישירות

קל יחסית לחשב עלויות השקעה, חומר ועבודה, אך מה בדבר עלויות עקיפות וגורמים מסובכים לכימות אך המשפיעים עדיין על העסק? הבה נבחן חלק משיקולי המפתח הללו בבואנו להשוות הדפסה באמצעות מדפסות שולחניות להדפסה במיקור חוץ או לשיטות ייצור אחרות.

חיסכון בזמן: מה היה קורה אם היית יכול להביא מוצרים לשוק מהר יותר? או להפחית ימים או שבועות מזמן האספקה עבור המוצרים שלך? הדפסה בתלת מימד מפשטת ייצור מסורתי של אב טיפוס ושלבי ייצור, דבר המסייע בחיסכון בזמן ובעמידה בתחרות.

תוצאות טובות יותר: הדפסה בתלת מימד מאפשרת לייצר יותר מאותו הדבר, להתגבר על תקלות מהר יותר, ולהשיג מוצר סופי טוב יותר. גילוי ותיקון מוקדם של פגם בתכנון מסייע גם במניעת שינוי יקר בתכנון ושינוי בכלים לייצור.

קשר עם בעלי עניין: אב טיפוס וחלקים באיכות גבוהה מאפשרים קשר טוב יותר עם לקוחות, ספקים, ובעלי עניין אחרים, מניעת אי-בהירות וטעויות יקרות.

הגנת קניין רוחני: האם אתה עובד עם מידע רגיש? ייצור חלקים בתוך הארגון פירושו כי לא תצטרך להעביר קניין רוחני לצדדים שלישיים ובכך לצמצם את הסיכון לדליפה או גניבת קניין רוחני.

מדריך – כמה עולה מדפסת תלת ממד? (חלק 1 מתוך 2)

הדפסה בתלת ממד בתוך הארגון, הנה פתרון ורסטילי למגוון רחב של יישומים, ממודלים ברזולוציה גבוהה ועד להדפסה מהירה של אבות-טיפוס, ייצור כלים מהיר לתהליכי ייצור מסורתיים, כלי עזרי ייצור, וגם חלקים לשימוש אצל לקוחות קצה.

אך בבואנו לשקול השקעה במדפסת תלת ממד, פָּן ההיתכנות מסתכם, בסופו של דבר, בשאלה פשוטה: האם יש בזה הגיון כלכלי עבור החברה? כמה עולה מדפסת תלת ממד ומה מידת החיסכון בזמן וכסף שאפשר להפיק מכך לטובת החברה?

מחירי מדפסות תלת ממד נעים בין $200 לערך ועד יותר מ-$500,000, תלוי בטכנולוגיית ההדפסה, בחומרי ההדפסה הנתמכים, ובאיכות התוצרים.

במאמר זה, אנו נדריך אותך בתחומים השונים הקשורים בדבר, מעלוּת ההדפסה בתלת ממד בטכנולוגיות שונות, השוואת מיקור חוץ לייצור בתוך החברה, פירוט הגורמים השונים אותם יש לקחת בחשבון בחישוב העלות לחלק, וניתוח השיקולים מעבר לפן העלות כאשר משווים פתרונות שונים להדפסה בתלת ממד לשיטות ייצור אחרות.

סוגים שונים של הדפסה בתלת ממד – עלות ושיקולים

טכנולוגיות הדפסה בתלת ממד של חומרים פלסטיים

שלושת טכנולוגיות ההדפסה בתלת ממד הנפוצים ביותר כיום, הנם:

  • הדפסת חוט תרמופלסטי (Fused Deposition Modeling) – FDM
  • סטריאו-ליטוגרפיה (Stereolithography) – SLA
  • סינטור לייזר סלקטיבי – (Selective Laser Sintering) – SLS

לכל טכנולוגית הדפסה בתלת ממד, היתרונות והחסרונות שלה.

להלן, מידע להשוואה מהירה:

מחירי המדפסות בתלת ממד ירדו במידה משמעותית בשנים האחרונות, וכיום, כל שלוש הטכנולוגיות זמינות ובהישג יד, ובצורה קומפקטית.

ככלל, מדפסות תלת ממד הפועלות בטכנולוגיית FDM יפיקו את החלקים הזולים ביותר, לרוב עבור הדפסה של אבות-טיפוס פשוטים יחסית ובכמות מוגבלת.
מדפסות תלת ממד בטכנולוגיית SLA, מפיקות מודלים באיכות גבוהה יותר מבחינת רזולוציה וטיב פני שטח, עם מגוון רחב של חומרים במחיר גבוה מעט יותר, אך ההבדל במחיר מצטמצם במהירות כאשר מדפיסים פריטים מורכבים או אצווֹת ייצור גדולות. עקב אופי התהליך, נדרש עיבוד משלים לחלקים כגון שטיפה והקשיה נוספת.

ולבסוף, טכנולוגיית ההדפסה SLS הנה בעלת היחס עלות-תועלת הטוב ביותר לייצור כמויות בינוניות עד גדולות של חלקים פונקציונליים באיכות גבוהה המתאימים גם לאבות טיפוס וגם לשימושי קצה.

השוואת העלות הכוללת של מדפסות תלת ממד שונות, חורגת מעבר למחיר הנקוב. מחיר נקוב אינו מפרט כמה עולה מדפסת תלת ממד וכמה עולה החלק המודפס. לחומר ההדפסה בתלת ממד ולעלות העבודה הנוספת השפעה משמעותית על העלות לחלק, תלוי בשימוש ובצרכי הייצור שלך.

הבה נבחן את הגורמים והעלויות השונים הכרוכים בכל שיטה.

צפו בוובינר – כיצד לבחור את החומר המתאים להדפסה בתלת ממד

הדפסת חוט תרמופלסטי (Fused Deposition Modeling) – FDM

Markforged | BCN3D | Sindoh | Makerbot

בטכנולוגיית הדפסה  FDM חוט תרמופלסטי נדחף ע"י ראש הדפסה (Extruder) ועובר דרך צינורית מחוממת שבקצה התחתון שלה קיים נחיר (דיזה) (Nozzle) עם חריר קטן. (לרוב בקוטר 0.4 [ממ]) החוט נדחף דרך הנחיר בטמפרטורה גבוהה המאפשרת לבצע לו עיבוד פלסטי, ולהניח אותו בכל צורה שהיא על משטח ההדפסה או על המודל. לאחר שהחוט הונח על משטח ההדפסה או על המודל, הוא מתקרר והופך קשיח. התהליך חוזר על עצמו באופן שכבתי וכך נבנה המודל, מלמטה למעלה.

שיטת ה-FDM הנה צורת ההדפסה בתלת ממד הנפוצה ביותר, בעיקר כאשר מדובר במדפסות תלת ממד לחובבים. אך ישנם גם מדפסות מקצועיות ותעשייתיות שהם פופולריות בקרב מקצוענים.

מדפסות בתלת ממד הזולות ביותר, הן כמעט לחלוטין מדפסות FDM. המחירים ההתחלתיים למדפסות FDM עשה-זאת-בעצמך, נעים סביב $200, אך רוב הדגמים הללו דומים יותר לצעצועים או מזכירים פרויקטים של עשה-זאת-בעצמך יותר, הדורשים זמן רב להרכבה, כיוונון וכיול. איכות ההדפסה תלויה במידה רבה מאד בהצלחת ההרכבה והכיוונון של המכשיר, ועדיין, יידרשו תיקונים ותחזוקה סדירה על מנת לשמר אותו בפעולה, כך שזה מומלץ רק לאדם טכני עם חיבה לתחום ההדפסה בתלת ממד, ושמוכן להשקיע מזמנו בתפעול, ותחזוקת המדפסת.

מדפסות תלת ממד FDM, אשר מחירן נע בין $750 ל-$2,000, זמינות כערכה או מסופקות כאשר הן מורכבות כבר, דורשות מעט פחות כוונון, אך הן עדיין מתאפיינות ברוב החסרונות של המדפסות הזולות יותר. דגמים מסוימים הנמצאים קרוב לראש תחום מחירים זה, יכולים להפיק כמות גדולה יותר של פריטים ויכולים לעשות שימוש במגוון רחב יותר של חומרי הדפסה, מעבר לחומרי הדפסה בסיסיים כגון PLA.

מחירי מדפסות תלת ממד מקצועיות מתחילים סביב $2,500, ומחירי מדפסות מקצועיות FDM בעלות מידות גדולות, מתחילים סביב $4,000, והמדפסות התעשייתיות המתקדמות ביותר עשויות לעלות יותר מ-$10,000 עד $150,000. רוב המדפסות הללו זמינות כאשר הן מורכבות ומכוילות כבר או שהן יכולות לכייל את עצמן. המדפסות בקטגוריה זו מציעות איכות הדפסה גבוהה יותר, מגוון חומרי הדפסה רחב יותר, נפח הדפסה רב יותר, אמינות טובה יותר, והן נוחות יותר לשימוש ולתחזוקה. שלא כמו במדפסות במחיר נמוך, יצרני מדפסות תלת ממד מקצועיות מספקים תמיכה ישירה מול הלקוח. 

בנוגע לחומרים, מחיר חומר הדפסה בתלת ממד נע בין $75 ל-$200 לק"ג ברוב הסיבים הסטנדרטיים וההנדסיים ו-$150 עד $200 לק"ג חומר תמיכה בהדפסה. קיימות חלופות זולות יותר, אך שוב, על חשבון איכות.

והיבט אחרון, הדפסת FDM עשויה להיות עתירת עבודה מאד. גיאמטריות רבות, בעיקר בדגמים מורכבים, דורשות שימוש בתמיכות, אותן יש להסיר לאחר ההדפסה באופן ידני או באמצעות המסה אם חומר התמיכה הוא מסיס. בכדי לקבל גימור באיכות גבוהה ולהעלים את קווי שכבות ההדפסה, יש לבצע עבודה ידנית לאחר ההדפסה, כגון שיוף וצביעה.

הדפסת סטריאו-ליטוגרפיה (Stereolithography) – SLA

Formlabs

מדפסות SLA משתמשות בלייזר למיצוק שרף נוזלי פוטופלימרי להפוך אותו לחומר פלסטי מוקשה, בתהליך המכונה פוטופולימריזציה (photopolymerization). SLA הנה שיטה פופולרית מאד בקרב אנשי מקצוע עקב הרזולוציה הגבוהה בה היא מתאפיינת, הדיוק שלה, וגיוון חומר ההדפסה.

חלקים המופקים באמצעות טכנולוגיית SLA מתאפיינים בדיוק גבוה, יכולת הדפסת פרטים קטנים וברורים, טיב פני השטח חלק ומעולה, ומנעד רחב של חומרי הדפסה.

תוצרי השרף של שיטת ה-SLA מתאפיינים במגוון רחב של תכונות אופטיות, מכניות, ותרמיות התואמות לאלו של חומרים תרמופלסטיים סטנדרטיים, הנדסיים ותעשייתיים.

בעוד שטכנולוגיית SLA הייתה זמינה רק במדפסות גדולות ומורכבות העולות יותר מ-$200,000, התהליך הפך להרבה יותר נגיש. המדפסת Formlabs Form 3 מאפשרת עתה שימוש בשיטת SLA באיכות תעשייתית במחיר של $6,000 בלבד. מחיר מדפסת Form 3L שהיא מדפסת בעלת נפח הדפסה גדול במיוחד, מתחיל מ-$14,500 בלבד.

מדפסות תלת ממד SLA זמינות מורכבות ומכוילות כבר ישר מהקופסה. הן מהוות כלים מקצועיים בעלי אמינות בייצור וכמעט שאינן דורשות תחזוקה כלשהיא. שירות לקוחות לאיתור תקלות ניתן מיד במקרה של תקלה.

באשר למחירי חומר ההדפסה, השרף בשימוש בשיטת SLA עולה סביב $200 עד $250 לליטר עבור רוב השרף הסטנדרטי וההנדסי.

מדפסות SLA נוחות לשימוש, ואפשר להפוך לאוטומטיים את רוב שלבי העבודה בהן, כגון שטיפה וייבוש, על מנת להפחית את הצורך בעבודה. הפריטים המודפסים הנם בעלי גימור באיכות גבוהה ביציאה מהמדפסת ודורשים עבודה פשוטה יחסית לאחר ההדפסה להסרת התמיכות וסימני מבנה התמך.

סינטור לייזר סלקטיבי (SLS)

מדפסות תלת מימד משתמשות בלייזר רב עוצמה להתכת חלקיקי אבקה פולימרית. האבקה הלא מותכת תומכת בחלק המיוצר בזמן ההדפסה ומבטלת את הצורך במבני תמך ספציפיים, דבר ההופך את שיטת ה-SLS לאידיאלית לבניית חלקים בעלי גיאומטריה מורכבת, כולל פרטים פנימיים, פעולות בצד התחתי, קירות דקים, ופרטי תשליל.

בשבוע הבא נפרסם את החלק השני של מאמר זה. בחלקו השני נדבר על:

  • טכנולוגיית SLS
  • הדפסה בתלת ממד במכת
  • השוואת מחירי מדפסת לפי תהליך
  • נדבר קצת על חומרים
  • מיקור חוץ אל מול שימוש פנים ארגוני
  • ועוד…

חלק 2 של מדריך זה יפורסם ב-7 לדצמבר 2021.

מקור המאמר: Formlabs, עריכה: גיא ירוס, סיסטמטיקס

לתכנן חנוכייה עם SOLIDWORKS

הפיצ'רים העיקריים שנעשה בהם שימוש הינם:

  • Sketch Picture – מאפשר לייבא תמונה כשרטוט, לאחר מכן ניתן להשתמש בקווי המתאר של התמונה וב- Splineעל מנת למדל את התמונה.
  • Spline- ייצור של קו בשרטוט חופשי, לקו יש ידיות שעוזרות להתאים אישית את הגודל והזווית, למידע נוסף ניתן לצפות בוובינר הבא.
  • Revolve- מייצר נפח בעל סימטריה סיבובית סביב ציר.
  • Sweep – מייצר נפח בעזרת משיכת פרופיל לאורך מסלול.
  • Move/Copy Body – מאפשר להזיז/לשכפל/לסובב/לתת מייטים לגוף מלא או משטחי.
  • Linear Pattern –משכפל פיצ'ר/גוף בכיוון אחד/שניים, יש לפיצ'ר זה הגדרות שכפול רבות שניתנות לצפייה בוובינר הבא.
  • Combine – מאפשר למזג מספר גופים לגוף אחד, למידע נוסף ניתן לצפות בוובינר הבא.
  • נתחיל את המידול מיבוא של תמונה. לשם כך ניצור סקיצה חדשה על מישור Front ונייבא תמונה בעזרת הפעולה Sketch Picture אותה ניתן למצוא ב- Tools, Sketch Tools, Sketch Picture. ניתן לחפש תמונה כלשהי בגוגל ולשמור אותה במחשב כקובץ JPG. כאשר נייבא תמונה עם Sketch Picture ניתן יהיה לשנות את היחס אורך-רוחב שלה, להפוך את הרקע שלה לשקוף, ולמקם אותה בראשית הצירים.
  • נפתח סקיצה חדשה במישור Front ונשרטט עליה את קווי המתאר של בסיס החנוכייה בעזרת Spline. ניצור ציר סימטריה אנכי ולאחר מכן נשתמש ב-Revolve על מנת לתת לבסיס החנוכייה נפח בצורה מעגלית.
  • ניצור את החוליה הראשונה בחנוכייה באופן דומה לשלב הקודם בעזרת Spline ו-Revolve. נדאג שהאופציה Merge Result ב- Revolveתהיה כבויה (לא מסומנת) על מנת שייווצר לנו גוף נפרד. לאחר מכן נשתמש ב-Linear Pattern בכדי לשכפל את החוליה 9 פעמים כלפיי מעלה. עבור הכיוון ניתן לבחור את מישור Top (בבחירת מישור הכיוון יהיה הנורמל למישור).
  • ניצור את ראש-הפמוט הראשון עם Spline ו-Revolve באופן דומה לשלב הקודם ושוב נדאג לוודא שהאופציה Merge Result ב- Revolveתהיה כבויה על מנת שייווצר גוף נפרד. לאחר מכן, ניתן Mate של Coincident בין החלק התחתון של ראש-הפמוט אל החלק העליון של החוליה העליונה בעזרת הפעולה Move/Copy Body.
  • נתחיל סקיצה חדשה על מישור Front, נשרטט עליה שני משולשים שווי צלעות על ראש-הפמוט ונשתמש בפעולה Sweep עם Circular Profile. פעולה זו תגדיר פרופיל מעגלי בקוטר שנבחר (2 מ"מ במקרה הזה) ותריץ את הפרופיל לאורך המסלול שיצרנו (המגן דוד). נעשה 2 פיצ'רים של Sweep, אחד לכל מסלול משולש.
  • נשתמש בפעולה Move/Copy Body אך הפעם על מנת לשכפל את ראש-הפמוט פעמיים למיקומים הבאים.
  • על מנת לשכפל את ראש-הפמוט 8 פעמים נשתמש ב- Linear Pattern, כאשר נדלג על המופע הרביעי של השכפול (במרכז הפמוט) בעזרת האופציה Instances to skip. את הכיוון של ה-Linear Pattern נבחר לפי מישור Right (כאשר הכיוון הוא הנורמל למישור).
  • ניצור סקיצה חדשה על מישור Front ונבנה את ידית הפמוט בעזרת שני קווים ישרים וקשת  עם.Tangent Relations  לאחר מכן, נשתמש שוב ב Sweepעם Circular Profile בקוטר 5 מ"מ ליצירת הידית.
  • נשתמש ב- Linear Patternעם האופציה Instances to Vary על מנת לשכפל את הפיצ'ר, אך גם לשנות את הגודל של שלוש המידות של הידית בצורה עקבית. כלומר, כל מידה משתנה ממופע למופע בגודל אחר מותאם אישית.
  • לסיום החנוכייה נבצע Mirror כלפי מישור Right לארבע הידיות שנוצרו ונשתמש ב-Combine על מנת להפוך את כל הגופים שנוצרו לגוף אחד. כעת ניתן לתת חומר ו/או צבע לחנוכייה שנוצרה.
  • כעת נרצה ליצור את הנרות. לשם כך נעביר את הקובץ להרכבה על ידי הפעולה הבאה:

בחלון שיפתח נלחץ על ה-V על מנת למקם את החנוכייה ישר בראשית הצירים של ההרכבה.

  • כעת ניצור חלק חדש באופן הבא.

ולאחר מכן נבחר במישור Front של ההרכבה על מנת להגדיר שזהו מישור Front גם של החלק החדש שניצור.

  • כעת ניצור על מישור Front של החלק החדש סקיצה של הנר במידות הבאות. לאחר מכן נבצע Revolve. למידע נוסף על יצירת חלק חלש בתוך ההרכבה ניתן לצפות בוויבנר הבא.
  • נשתמש כעת ב-Linear Component Pattern  בכדי לשכפל את הנרות, וגם למקם את נר-השמש במיקום אחר. לכיוון 1 נבחר את מישור Right של הנר ונזין 9 מופעים במרחקים של 50 מ"מ (אותו מרחק של ראשי-הפמוט). לכיוון 2 נבחר את מישור Top של הנר ללא מופעים נוספים (מופע 1 סה"כ). בתיבה של Component to Pattern נבחר את הנר עצמו, ובתיבה של Modified Instances נבחר את השמש לעריכה. בתיבה שתפתח לנו נשנה את כיוון 2 מהחלק המקורי (ה-Seed) ל-40 מ"מ.
  • ניתן ליישם צבע ו/או חומר לנרות וליהנות מהתוצאה.

שיהיה חג שמח 🙂

ניהול משתמשים – Altium Dashboard

בשנה האחרונה ALTIUM השיקו את כלי הניהול – Altium Dashboard. כלי WEB אשר נמצא באתר – www.Altium.com וזמין לכל מנהל בארגון המחזיק ברישיונות Altium Designer.

במאמר הקרוב הכנו עבורכם מדריך למשתמש בנושא עם טיפים והמלצות לשימוש נכון בכלי.

לאחר שרכשתם את רישיונות Altium Designer וקיבלתם את משתמש – AltiumLive שלכם, האופציה של Dashboard תהיה זמינה לכם באתר Altium.

ה – Dashboard מכיל את האפשרויות הבאות:

  1. פירוט מלא של כל רישיונות החברה
  2. יצירת קבוצות של רישיונות ופילטור שלהם
  3. שיוך רישיון לאדם/קבוצה ספציפיים
  4. הוספת משתמשים חדשים שיוכלו למשוך רישיון Altium
  5. ניהול של משתמשים קיימים ועריכת ההרשאות שלהם
  6. שיוך משתמשים לקבוצות עם רישיונות מוגבלים
  7. ניטור השימוש בכל סוג רישיון לפי USER ונתוני אנליטיקה

לאחר שסקרנו את כל היכולות, להלן מדריך קצר בנושא, המכיל מפרט כיצד ניגשים ל – Dashboard וכיצד מנווטים בין התפריטים שלו.

שלב 1 – לאחר יצירת פרופיל באתר www.Altium.com נבצע התחברות:

שלב 2 – ניכנס תחת הפרופיל לשורה – Dashboard:

שלב 3 – לאחר הכניסה נקבל את המסך הבא בו נוכל לנווט בין ניהול המשתמשים, למידע על הרישיונות של החברה, קבוצות, ונתונים אודות שימוש ברישיונות לפי משתמשים:

לאחר מכן הניווט וההפעלה של כל אלמנט הוא נוח וקל ישירות מהתפריט הצדדי:

בצורה הזו מאוד קל לנטר את הרישיונות של החברה, להגדיר משתמשים חדשים שיכולים להתקין את Altium Designer, ליצור קבוצות שמורשות לגשת למספר רישיונות מוגבל או לסוגי רישיונות ספציפיים ועוד כל מני פעולות שבאות להפוך אתכם למנהלי המערכת ששולטים על כל מאפייני הרישיונות Altium שלכם.

לעוד פרטים בנושא אתם מוזמנים לפנות אלינו.

נתראה בפוסט הבא, בן מימון

היכרות עם פתרונות ALTIUM DESIGNER

במאמר שלפניכם, נסקור את סוגי הרשיונות השונים שמציעה ALTIUM DESIGNER. ראשית אציג את כלל סוגי הרשיונות שזמינים ואת היכולות של כל אחד ואחד מהם:

  • ON-DEMAND:

רישיון לתוכנה מבוסס CLOUD – כלומר, משיכת הרישיון והפעלתו מצריכה חיבור אינטרנט פעיל. ברגע שנסגור את  התוכנה ונצא ממנה הרישיון יחזור לענן ויהיה זמין לשימוש מהנדסים או משתמשים אחרים בחברה. הרישיון מופעל ע"י שם משתמש וסיסמא (ראו בלוג מדריך לניהול רישיונות).

אופצייה נוספת לשימוש ברישיון הנ"ל היא – ROAMING , שמשמעותה קיבוע של הרישיון מהענן אל המחשב באופן קבוע ולזמן מוגבל. כלומר, בעת ביצוע ה – ROAMING , התוכנה תשאל אותנו לכמה זמן אנחנו רוצים לקבע את הרישיון לתחנה המדוברת. לאחר הקיבוע של הרישיון, הוא לא יהיה זמין למשתמשים אחרים ואוכל לעבוד עם Altium Designer ללא חיבור אינטרנט כלל.

  • PRIVATE LICENSE SERVER:

רישיון הנטען לשרת ייעודי עם התקנה של ממשק Altium Designer לניהול רישיונות.

לשם כך יש להקצות תחנה/שרת שניתן להתקין עליו שירותי IIS ורק כך הוא יכול לעבוד. לאחר התקנת הרכיב בשרת וטעינת הרשיונות אליו ,  יש לקשר כל תחנה שעליה מותקנת Altium Designer אל השרת ורק כך ניתן להפעיל את התוכנה. צריך לציין שבמידה ונמצאים מחוץ לארגון/חברה יש להשתמש בחיבור VPN בכדי לפנות לשרת.

  • STANDALONE:

רישיון המבוסס על קובץ (ALF FILE) שאותו מקבלים לאחר רכישת התוכנה. את הקובץ יש לטעון לאחר ההתקנה של Altium Designer על מנת שיהיה מקובע לתחנת העבודה הזו בלבד. ניתן לבטל את האקטיבציה שלו ולהעבירו למחשב אחר.

  • CONTINENTAL\GLOBAL:

רישיונות Altium Designer שיכולים לשמש חברה שעובדת בארץ אך גם מחוצה לה. אפיון סוג הרשיון והפעלתו נקבע במעמד הפנייה לסיסטמטיקס.

לאחר שסקרתי את סוגי הרישיונות, אפרט לכם את דעתי האישית מניסיוני ומפידבקים של לקוחות שאני עובד איתם.

פלט של סימולציית SPICE של מתח/זרם כתלות בזמן ב – Altium Designer

כיום רובנו אשר נמצאים בתפקידים טכנולוגיים משלבים עבודה מהבית ומהמשרד , מה שנקרא עבודה היברידית. כשאנו עובדים בצורה כזו, השאיפה שלנו היא שכל כלי העבודה שלנו יהיו זמינים לנו מכל מקום ללא תלות בזמן או במיקום הפיזי שלנו. לכן המלצתי עבורכם היא לעבוד עם רשיונות Altium שמבוססים על ענן, דהיינו – ON-DEMAND LICENSES. מהסיבה הפשוטה שבעזרתם אפשר להפעיל את התוכנה מכל מקום בכל זמן, יתרה מזאת, נוכל להתקין את התוכנה על מחשבים שהם לא ארגוניים, מה שיכול להקל עליי משמעותית בשעת תקלה או מכל סיבה אחרת של שרידות.

תכנון פאנל ייצור בתוך סביבת – Altium Designer

הוכחות למה שכתבתי לעיל ניתן היה למצוא בתקופות הסגרים שנכפו עלינו בשנת 2020 עם הגעת מגפת הקורונה לישראל. לקוחות שעבדו עם רישיונות ענן, לא חוו שום קושי בהפעלה ובהתקנה של התוכנה בעוד שלקוחות שהיו מחוברים לשרת שמספק רישיונות לדוגמא, היו תלויים ברוחב פס, חיבורי VPN ועוד כהנה וכהנה.

לסיכום:

הכנתי טבלה קצרה שמרכזת לכם את כל היכולות בצורת MATRIX של כל סוגי הרישיונות אל מול יכולותיהם על מנת שתוכלו לקבל את ההחלטה הנכונה ביותר עבור הארגון שלכם:

מוזמנים להתייעץ איתנו בנושא כדי שנוכל להתאים לכם את הפתרון באופן אידיאלי עבור דרישותיכם.

לעוד פרטים בנושא אתם מוזמנים לפנות אלינו.

נתראה במאמר הבא, בן מימון

תכנון חלקים להדפסה בתלת-מימד

תכנון של חלקים לטובת ייצור בהדפסה תלת-ממדית (Design for Additive Manufacturing – DfAM) הוא תהליך מטוב (אופטימיזציה) החלק להדפסה במטרה לשפר את ביצועי החלק ולחסוך עלויות ייצור וזמן הדפסה, ובכך להגדיל את התפוקה ולייעל את תהליך ההדפסה. 

קיימים מספר תחומי מפתח בהם תהליך DfAM מוכיח עצמו כגורם מהפכני בייצור מודרני ובתהליכי פיתוח.

תכנון עבור הדפסה בתלת ממד VS תכנון עבור ייצור מסורתי

באופן מסורתי, בתכנון חלק עבור עיבוד שבבי CNC, יש להביא בחשבון מספר פרמטרים כגון: דגם מכונת הכרסום ,היכולות שלה, ונפח העבודה שלה. כל השיקולים הללו נגזרים מהמכונה, ותכונות של סיבולת, החלפת כלים והכנות, נגזרות כולן מהחלק המיוצר.

מעבר לשיקולי מכונה כנגד החלק, קיימים פרטים כגון מהירות  קדמה, חומר, וסוג הכלי, המשפיעים בתורם על תהליך הייצור בעיבוד שבבי. אם מדובר בחלק מורכב, קל יותר לייצר אותו במכונה יותר מורכבת (מכונה עם יותר דרגות חופש), אך מכונות אלו יקרות יותר.

תכנון עבור ייצור בעיבוד שבבי, דורש שיקולים מוקדמים עבור כל פעולה הדרושה לייצור החלק.

לתכנון עבור הדפסה בתלת מימד יש תכונות מסוימות הדומות לייצור המסורתי. היבטים מסוימים של תכנון הדפסה בתלת מימד תלויים בתהליך והיבטים אחרים תלויים במדפסת. מאחר והדפסה בתלת מימד הנה תהליך הוספה של חומר ולא תהליך החסרה של חומר, חתכים של חלקים נוצרים אחד על השני, שכבה אחר שכבה, לבניית המודל. מספר הפעולות והכלים הדרושים יורד לאחד או אולי לשניים, דבר המבטל שיקולים תפעוליים כגון החלפת כלים, קביעת מיקום בית, פתרונות קירור, דפינת החלק, פעולות הדרושות בדרך כלל לפני התחלת עיבוד שבבי.

דוגמה, חלק המיוצר בכרסום (CNC Milling), הכולל שלושה כלים שונים, שני שלבי הכנה, וסט מלחציים רכים מותאמים לדרישות, ניתן לייצר עם מדפסות תלת מימד בפעולה אחת, עם כלי אחד, וללא הכנות. אותו פישוט פעולה חל גם על חלקים הדורשים 20 פעולות, שמונה כלים, וארבעה שלבי הכנה. דבר זה פותח מספר רב של הזדמנויות תכנון אך הוא מלווה גם במגבלות משל עצמו אותן יש לשקול בזמן התכנון.

אחד היתרונות הגדולים ביותר של ייצור בהדפסה תלת-ממדית הוא שחלק מורכב קל לייצור בדומה לחלק פשוט.

צפו בוובינר קצר ובו נדגים את התהליך השלם – מתכנון החלק, לעיצוב,
הכנה להדפסה וקבלת החלק המודפס לאחר ההדפסה.  
בוובינר נכיר חלק מהכלים העומדים לרשות המתכנן ב- SOLIDWORKS
כדי להשלים את התכנון הקיים בכלים מתקדמים,
ייחודים וייעודים לייצור בהדפסה תלת-ממד

צפו בוובינר >>

הבה ניקח שני סוגי תכנון חלק כדוגמה. חלק מס' 1 הוא חלק פשוט עם קדח אנכי, וחלק מס' 2 הוא בעל קדח אלכסוני, פרט שאינו כל כך קל לייצור.

תכנון מס' 1 ידרוש הכנת עיבוד פשוט אם משתמשים בכרסומת. תכנון מס' 2 ידרוש מכונה מורכבת יותר או קיבוע החלק באופן מסובך יותר. שתי גישות עיבוד שונות בתכלית עקב הבדל קל בתכנון.

עם הדפסה בתלת מימד, אין צורך בשתי גישות שונות. את שני החלקים ניתן לייצר באותה המכונה ובאותה הקלות, כאשר נדרש בסה"כ להכין קובץ הדפסה בתוכנת יצירת קובץ ההדפסה ה"סלייסר" וללחוץ על כפתור "הדפס". בשלב ההדפסה, המדפסת מבצעת את כל השאר, וכך, חלק מורכב מבחינה גיאומטרית, דורש מאמץ זהה לחלק פשוט.

זיהוי תכונות גיאומטריות מורכבות ב- DfAM

אחד מקשיי תהליך הדפסה התלת-ממדית, בחלק מטכנולוגיות ההדפסה (לדוגמא FDM),  הוא שהחלקים הם אנ-איזוטרופיים, ותכונות החומר שונות בכיוונים המקבילים למשטח ההדפסה לעומת הכיוונים המאונכים למשטח ההדפסה. הדבר דומה לערמת פתקים. קשה לחדור מבעד לפני השטח אך קל לפרק את הגוש במקומות החיבור בין חלקי החומר הבודדים.

לכן, בתכנון להדפסה בתלת-ממד, חשוב לשקול לא רק את תכונת ההדפסתיות (printability) של החלק אלא גם את הביצועים שלו וכיצד הוא עומד בדרישות הפונקציונליות הנדרשות.

אפשר להדגים זאת באמצעות דוגמה של טטרהדרון פשוט (פירמידה בעלת בסיס משולש).

החזרה הראשונה שלה הנה סוג בסיסי של צורה גושית. זה עובד, אך בעיקרון, זה דומה למודל ,תלת-ממדי של גוש. קל להגיע לשלב הזה, להחליט שזה מספיק טוב, וללחוץ על כפתור "הדפס". ההדפסה תימשך תשע שעות ותעלה $12.63.

אם ברצוננו להדפיס מספר רב של העתקים או גרסאות של המודל הזה, נרצה לשפר מעט את התהליך על מנת לחסוך זמן וכסף. אנחנו יכולים להפחית בזמן על ידי החסרת כמות רבה של חומר במרכז אך נשמר את השלמות המבנית של החלק באמצעות צלעות במקום גוש מוצק.

הדפסת גרסת זו של החלק זו תימשך שש שעות ותעלה $6.12, אך מבחינה מבנית, החלק הוא אנ-איזוטרופי. עם הפעלת עומס על החלק, הוא עלול להיכשל בקווי השכבות (כשל של היפרדות שכבתית), לכן עלינו לשקול מחדש את הדרישות לחלק זה.

אנו דואגים לחוזק מאחר והחלק צריך לעמוד בעומס רב ואנו דואגים גם לזוויות הנדרשות על מנת לתת לחלק צורה של טטרהדרון. זוויות אלו הן בעלות גיאומטריה מורכבת הנדרשת להיות מדויקת והחלק עלול להישבר בנקודות הללו. אם אנו רוצים לחזור במהירות על גרסה זו של החלק ולשנות היבטים מסוימים בתכנון, עלינו לעשות זאת במחזורים של שש שעות או יותר. זה המקום בו אנחנו יכולים באמת לעשות שימוש בהדפסה בתלת מימד לטובתנו.

בהדפסה בתלת מימד, ניתן לבודד את הרכיבים המורכבים הקריטיים, אשר, במקרה זה הם הפינות. עקפנו את הרכיבים האנ-איזוטרופיים של החלק באמצעות מיתדים ושימרנו את הגיאומטריה הכללית. אם יש צורך בשינוי כלשהוא בחלק, כל פינה דורשת חצי שעה של עבודת הדפסה ותעלה $0.50, לכן אפשר לחזור במהירות רבה יותר על כל חיבור אם יש צורך, ואם ברצונך לשנות את גודל החלק, כל שיש לעשות זה להוציא את פיני המיתד מבלי להדפיס שוב את הפינות.

במקרה זה, הדפסה בתלת מימד מהווה פתרון מושלם עבור סוג זה של תכנון כיוון שבודדנו את התכונות הגיאומטריות המורכבות. זהו המפתח ל DfAM, זיהוי היבטי התכנון העשויים להקשות על תהליך ההדפסה התלת-ממדית.

פתרון זה מקטין את העלויות וזמן ההדפסה, משפר את ביצועי החלק, ומקל על ביצוע שינויים עתידיים.

מקור המאמר: Markforged, עריכה: גיא ירוס, סיסטמטיקס