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.

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

תגיות: FDM | SLA | בחירת מדפסת | טכנולוגיות הדפסה בתלת ממד | מדריך