המחשה לא רעה לבאזז הבלתי פוסק שיצרה תעשיית ההדפסה בתלת-ממד היא הספר "תלת-ממד, המהפכה התעשייתית הבאה", שיצא לאחרונה בהוצאת "ידיעות אחרונות". הספר, שמספר בשפה די פשוטה וברורה כיצד צמחה תעשייה זו, ומדוע היא אינה אופנה חולפת, מדבר לא מעט על החברה הישראלית, שהיא אחת משתי המובילות העולמיות בתעשייה זו: סטרטסיס (Stratasys). המחשה אחרת היא תערוכת Euromold שהתקיימה בנובמבר האחרון בפרנקפורט שבגרמניה, ובה ניתן היה להבין עד כמה הדפסה בתלת-ממד אינה גימיק, אלא מרכיב מהותי בשינוי הדרגתי ושורשי של תהליך ייצור, ולא משנה של מה כרגע.
בסיוע הספר, שאחד מכותביו הוא ישראלי לשעבר, בוגר הטכניון, ננסה להסביר לקהל קוראינו מהי הדפסה בתלת-ממד (תתפלאו, זהו נושא שעדיין קשה להבין אותו לעומק), ומדוע הוא עשוי להפוך למהפכה התעשייתית הבאה, כפי שטוען הספר.
אך לפני זה, תזכורת קצרצרה. סטרטסיס הנוכחית היא תוצאה של מיזוג בין סטרטסיס האמריקאית (שהייתה ציבורית בעת המיזוג) לבין אובג'ט (Objet) הישראלית (שהייתה פרטית). המיזוג, שיצא לפועל בדצמבר 2012, יצר למעשה דואופול בשוק יצרניות המדפסות בתלת-ממד: מצד אחד, סטרטסיס, שנסחרת כעת בשוק ההון האמריקאי לפי שווי של 4 מיליארד דולר (סימול מניה - SSYS), ומצד שני D3 האמריקאית שנסחרת בו לפי שווי של 3.4 מיליארד דולר (סימול מניה - DDD).
וול סטריט התאהבה די מהר בסיפור של שתי אלו, ושל אחרות קטנות מהן, אך באחרונה יצא די הרבה אוויר מבועת השווי של חברות אלו. סטרטסיס איבדה משוויה בשיא מינואר 2014 כמעט 43% (עמד אז על 7 מיליארד דולר), ואילו D3 איבדה 68% (עמד אז על 10.7 מיליארד דולר). "יש בוול סטריט הסכמה גורפת שזו תעשייה מלהיבה וארוכת-טווח, ולכן היא דורשת מהחברות בה לבצע השקעות הון", אומר דיוויד רייס, מנכ"ל סטרטסיס. "ועדיין, כל חברה בוול סטריט נבחנת לפי הרווח הנקי למניה, וכל הזמן יש מאבק בין הצורך להשקיע בשביל הטווח הארוך לבין הצורך לעמוד בציפיות הרווח למניה של השוק בטווח היותר קצר. בעיקרון, תוך דקה אני יכול להגדיל את הרווח למניה בדולר אחד לפחות, אבל אני לא אעשה את זה", אומר רייס, ומוסיף בחיוך: "כן, זו תעשייה די מורכבת ואפילו אותי היא מבלבלת לפעמים".
דרך אגב, רייס וארז שמחה, משנה למנכ"ל וסמנכ"ל הכספים, צריכים מדי רבעון לתת דין וחשבון ללא פחות מ-28 אנליסטים שמכסים את החברה. חלק ניכר מקבוצה זו מעניק כעת למניה המלצת "קנייה" או קנייה חזקה", ומצמיד לה מחיר יעד שדי דומה למחיר השיא שלה מלפני שנה, 134 דולר, פי שניים ממחירה הנוכחי.
זו לא הדפסה. זה ייצור
ועכשיו נזוז מעט הצדה כדי להסביר מהי הדפסה בתלת-ממד, כיצד היא עובדת ומה הייחוד של סטרטסיס בתוך תעשייה זו.
הדפסה בתלת-ממד כלל אינה דומה למדפסת השולחנית שיש לחלק ניכר מאתנו בבית. זו היא מדפסת דו-ממד, שלרוב מתיזה טיפות של דיו צבעוני על דפי נייר שטוחים. לעומתה, כפי שמסביר הספר לעיל, הדפסה בתלת-ממד נקרת בעגה המקצועית "ייצור בהוספה" (Additive Manufacturing), וביטוי זה מתאר בצורה די מדויקת את אופן הפעולה של המדפסות האלו. המילה "בהוספה" מתייחסת לכך ששיטות להדפסה בתלת-ממד מתבססות על הנחת שכבות של חומרי גלם או על הדבקתן כדי ליצור פריט מוצק ותלת-ממדי. המילה "ייצור" מתייחסת לעובדה שמדפסות אלו יוצרות את אותן שכבות לפי תהליך שיטתי, שאפשר לחזות אותו ולחזור עליו. לכן, בבסיסה הדפסה בתלת-ממד אינה תהליך של הדפסה אלא של ייצור.
וכך זה עובד: מדפסת תלת-ממד מקבלת הנחיות מקובץ עיצוב (דהיינו תוכנת מחשב), ואז היא מזרימה או ממצקת חומר אבקתי, מומס או נוזלי על משטח העבודה. לאחר שהשכבה הראשונה מתמצקת, ראש ההדפסה התלת-ממדי חוזר ויוצר שכבה דקה נוספת על גבי השכבה הראשונה. אחרי שהשכבה השנייה מתמצקת, ראש ההדפסה חוזר שוב ומניח על גביה עוד שכבה דקה. בסופו של דבר, השכבות הדקות נערמות ונוצר פריט תלת-ממדי.
את תוצרי אותן מדפסות ניתן לפגוש בחיי היומיום שלנו. לדוגמה, קרוב לוודאי שלוח המחוונים של המכונית שלכם עוצב בעזרת אבות-טיפוס שהודפסו בתלת-ממד, כדי לוודא שכל החלקים משתלבים זה בזה. מעבדות שיניים מדפיסות כתרים מותאמים בתוך פחות משעה לפי צילומי רנטגן. ברכיים תותבות, המודפסות מטיטניום ומקרמיקה, מתהלכות בכל רחבי העולם. "ואם התמזל מזלכם לטוס במטוס היוקרה החדש של בואינג, דרימליינר 787, הפקדתם את חייכם בידי 32 חלקים שהודפסו בתלת-ממד", טוען הספר של ליפסון וקורמן.
נמשיך בפן הטכנולוגי-טכני, ונקווה שתחזיקו מעמד, כי זהו חלק מהותי בהבנה של התעשייה כולה. ליפסון וקורמן מחלקים את מדפסות התלת-ממד לשתי משפחות: הראשונה נקראת "מדפסות ריבוד סלקטיבי", ואלו מניחות חומרי גלם בשכבות על-ידי התזה, ריסוס או סחיטת נוזל, משחה או חומר גלם אבקתי דרך מזרק או פיה; השנייה נקראת "מדפסות הדבקה סלקטיבית", ואלו קושרות ומדביקות חומרי גלם, והן משתמשות בחום או באור כדי למצק אבקה או פוטופולימר הרגיש לאור. המשפחה השנייה אינה רלוונטית לשיטות ההדפסה של סטרטסיס, ולכן נתמקד במשפחה הראשונה.
במקרה של משפחה זו, מדפסות ריבוד, חומר גלם להדפסה יכול להיות פלסטיק רך, שיתקשה ברגע שייגע במצע ההדפסה, הוא יכול להיות בצק עוגיות נא, או אפילו תאים חיים בתוך ג'ל רפואי מיוחד. הביטוי הטכני של שיטת הדפסה זו הוא "מידול בריבוד מותך" (FDM), וזו השיטה שלפיה עובדות המדפסות של Makerbot, שנרכשה אשתקד על-ידי סטרטסיס (ראו בהמשך).
השיטה השנייה העיקרית (יש כמה אחרות, אך אלו שעליהן נפרט רלוונטיות לסטרטסיס) במשפחת מדפסות הריבוד נקראת פוליג'ט (Polyjet), וזו שיטה שפותחה על-ידי אובג'ט הישראלית, שכאמור התמזגה לתוך סטרטסיס האמריקאית.
בשיטה זו, ראש ההדפסה מרסס שכבות דקיקות של פוטופולימר נוזלי עם נורת UV חזקה, המקשיחה אותו. היתרון בשיטה זו הוא שהתזת רסיסים קטנים מאפשרת להניח בצורה מהירה ומדויקת אפילו שכבות בעובי של 16 מיקרונים. לצורך המחשה, הקוטר של כדורית דם אדומה הוא 10 מיקרונים. לעומת זאת, החיסרון העיקרי של שיטת פוליג'ט נעוץ במגבלות המובנות של החומר המשמש להדפסה - פלסטיק הנקרא פוטופולימר, דהיינו חומר פלסטי יקר המיועד למטרה מאוד ספציפית: הוא מגיב לאור UV בכך שהוא מתקשח. רוב הפוטופולימרים הם שבירים ועדינים יחסית, ולכן טווח היישומים שלהם מוגבל.
לדברי ליפסון וקורמן, החיסרון המרכזי של מדפסות ריבוד הוא שהן מסוגלות להדפיס רק חומרים שאפשר לסחוט או לדחוס, או להזרים דרך ראש ההדפסה. לכן, אין אפשרות להשתמש במתכות נוזליות או זכוכית מותכת. הפלסטיק המשמש מדפסות כאלו מיוצר במיוחד עבורן, והוא נמכר כחוט ארוך דמוי ספגטי, מלופף על תוף או גליל. קצה החוט מוזן ישירות לתוך ראש ההדפסה של המדפסת, ואז הפלסטיק מותך ומוזרם החוצה דרך ראש ההדפסה.
2 טכ' מובילות בחברה אחת
ועכשיו נחזור לסטרטסיס. כשזו מיזגה לתוכה את אובג'ט, לא הייתה חפיפה בין שתי החברות, כי כל אחת מהן התמקדה בטכנולוגיה אחרת. סטרטסיס התמקדה בטכנולוגיית FDM, כפי שתוארה לעיל, ואילו אובג'ט התמקדה בטכנולוגיית פוליג'ט. כך יצר המיזוג ענק שמתמחה בשתי הטכנולוגיות המובילות של התעשייה. "בתעשייה הזו אין טכנולוגיה אחת שהיא הכי טובה", מסביר שמחה. "יש 5-6 טכנולוגיות, וה-2-3 הכי טובות נמצאות בסל של סטרטסיס". שמחה מדגיש כי כרגע אין טכנולוגיה אחרת בשוק שהיא טכנולוגיה פורצת דרך (Disruptive Technology), ולכן סטרטסיס לא מרגישה מאוימת מכיוון זה.
רייס טוען כי רמת החיכוך בשוק בין השחקניות השונות הוא די נמוך, ולכן התחרות אינה בהכרח פקטור מדאיג. "זוהי תעשייה שיש בה מגוון של טכנולוגיות הדפסה, ואין טכנולוגיה אחת שפותרת את כל הבעיות, או עונה על כל הדרישות. ויש אינספור אפליקציות להדפסה בתלת-ממד". בין אלו ניתן למנות תעשיות כמו תעופה, תחבורה, ארכיטקטורה, מוצרי צריכה, רפואה כללית ורפואה דנטלית, אופנה (כמו תכשיט), חינוך, בידור ועוד.
המדפסות של סטרטסיס משמשות בעיקר שלושה קהלים: מעצבים (שלב העיצוב); מהנדסים (שלב הפיכת המוצר לייצורי); וקווי ייצור (ככלי לייצור המוצר עצמו). לדוגמה, במקרה של עיצוב מסייעת החברה ללגו - ענקית הצעצועים האמריקאית - בבניית אב-טיפוס לצעצוע חדש פרי פיתוחה, ואילו לענקית התעופה בואינג היא מסייעת בהדפסת מרכיבי מטוס - לא אב-טיפוס - שמיועדים לכלי התעופה עצמו.
במקרה של סטרטסיס, המיזוג של אובג'ט לתוכה היה רק שלב ראשון בתוכנית-על, שמטרתה להפוך את החברה לשחקנית מספר אחת בתעשייה, וזאת על-ידי אספקת סל פתרונות כולל ללקוחותיה. לצורך כך ביצעה סטרטסיס במהלך 2013-2014 סדרה של רכישות לא מבוטלות. הראשונה הייתה Makerbot האמריקאית והפרטית, שנרכשה תמורת 403 מיליון דולר במניות. זו פיתחה מדפסות תלת-ממד שולחניות, דהיינו קטנות וזולות יותר ממדפסות תעשייתיות, והמיועדות בעיקר לצרכנים מקצועיים, דוגמת מהנדסים, מעצבים ואדריכלים.
הרכישות השנייה והשלישית היו אף הן של שתי חברות פרטיות אמריקאיות: Solid Concepts ו-Harvest Technologies, שתיהן ספקיות של שירותי הדפסה בתלת-ממד, ולא יצרניות של מדפסות. הראשונה נרכשה תמורת עד 295 מיליון דולר במזומן ובמניות, ואילו שווי הרכישה של השנייה לא היה מהותי.
בהמשך רכשה סטרטסיס את Grabcad, שמתמחה בתוכנות CAD (ר"ת של Computer Aided Design), אותן תוכנות שיוצרות את הקובץ העיצובי שעליו מתבססת כל הדפסה בתלת-ממד. שווי הרכישה לא היה מהותי. "הרכישות האלו הגדילו את שוק היעד שלנו, ה-Market Addressable", מסביר שמחה. "זהו שוק שנמצא בראשיתו, והוא יהיה ענק בעתיד".
רייס רומז כי הרכישות כנראה יימשכו. "יש מה שנקרא Sense Of Emergency, תחושה של דחיפות. אף אחד לא מחכה לנו, ולכן כדאי שנמשיך לרוץ קדימה. בבואנו לרכוש אנחנו מחפשים שלושה דברים: טכנולוגיות הדפסה משלימות; מוצרים משלימים; או חברות שמשפרות את הגישה לשוק או מגדילות ערוצי שיווק".
לבסוף, מטרת-העל של תעשיית ההדפסה בתלת-ממד, כפי שהוסברה במקביל בספר של ליפסון וקורמן, היא לשנות את תהליכי הייצור, דהיינו להפוך לסטנדרט של ייצור המוני. וזו עדיין מטרה קשה לביצוע. "ייצור המוני הוא שיטה יעילה, המגדילה רווחי חברה ומפחיתה את המחיר לצרכן. היתרון לגודל פוגע בגיוון של המוצרים וביכולת להתאים אותם. לעומת זאת, ייצור בידי בעלי מלאכה מתמודד בקלות עם דרישות לגיוון ולהתאמה אישית, אך תפוקתו מוגבלת לכמויות קטנות. טכנולוגיות ההדפסה בתלת-ממד מציעות דרך חדשה להתגבר על קשיים אלו ולשלב בין שתי השיטות", נכתב בספר.
ובכן, עכשיו נותר לחכות ולראות עד כמה תיאוריה זו תהיה נכונה בעתיד.
10 העקרונות של הדפסה בתלת-ממד
(לפי הספר "תלת-ממד, המהפכה התעשייתית הבאה" של הוד ליפסון ומלבה קורמן, ובהוצאת "ידיעות אחרונות")
1. מורכבות ייצור בעלות זניחה. בייצור המסורתי, ככל שצורת הפריט מורכבת יותר, הייצור שלו יקר יותר. במדפסת תלת-ממד יש למורכבות ולפשטות אותו מחיר. ייצור של פריט מסובך לא דורש יותר זמן, מיומנות או כסף מייצור של גוש פשוט. מורכבות שאינה עולה כסף תנפץ את דגמי התמחור המסורתיים, ותשנה את האופן שבו אנחנו מחשבים עלות של ייצור פריטים
2. מגוון חופשי. מדפסת תלת-ממד יחידה יכולה להכין צורות רבות. כמו האומן האנושי, מדפסת תלת-ממד יכולה לייצר צורה שונה בכל פעם. מכונות הייצור המסורתיות הן הרבה פחות גמישות ומגוון הצורות שהן יכולות ליצור הוא מוגבל. הדפסה בתלת-ממד מבטלת את עלויות התקורה הכרוכות בהכשרה של מפעילי מכונות אנושיים, או באבזור של מכונות בבתי חרושת עבור כל משימת ייצור חדשה
3. אין צורך בהרכבה. מדפסות תלת-ממד יוצרות חלקים המחוברים אלה לאלה. הייצור ההמוני מתבסס על עמוד שדרה אחד: פס הייצור. בבתי חרושת מודרניים מכונות יכולות לייצר פריטים זהים שאותם מרכיבים בהמשך רובוטים או פועלים אנושיים, הנמצאים לרוב ביבשת אחרת. ייצור פריטים בשכבות מאפשר למדפסת תלת-ממד להדפיס באותו זמן, למשל, גם את הדלת וגם את הצירים המחוברים אליה, ללא צורך בהרכבה. צמצום עבודת ההרכבה יקצר את שרשרת האספקה, כי ייחסכו העלויות הכרוכות בכוח עבודה ובתחבורה
4. זמן הכנה אפסי. מדפסת תלת-ממד יכולה להדפיס לפי דרישה, כשיש ביקוש לפריט מסוים. יכולת של ייצור נקודתי מצמצמת את המלאי הפיזי שחברות צריכות לאגור. ייצור באפס-זמן-הכנות יכול למזער את עלות השינוע למרחקים גדולים, בעוד שהסחורות מודפסות בזמן שבו הן נדרשות ובסמוך למקום שבו הן נדרשות
5. מרחב עיצוב אינסופי. רפרטואר הצורות שאפשר לייצר בטכנולוגיות ייצור מסורתיות ובעבודה אנושית הוא סופי, משום שאנחנו מוגבלים על-ידי הכלים העומדים לרשותנו. כך, למשל, מחרטת עץ מסורתית יכולה לייצר רק פריטים עגולים. מדפסת תלת-ממד מבטלת מחסומים אלו, ופותחת חללי עיצוב חדשים ועצומים. מדפסת תלת-ממד יכולה לייצר צורות שעד עתה היו אפשריות רק בטבע
6. מיומנות תפעול מינימלית. מדפסת תלת-ממד מקבלת את הנחיותיה מקובץ העיצוב (תוכנת מחשב), ולכן היא דורשת מיומנות הפעלה פחותה מזו שדורשת מכונת יציקה בהזרקה כדי לייצר פריט באותה רמת מורכבות. ייצור נטול מיומנויות יכול לאפשר אופני ייצור חדשים עבור אנשים העובדים באזורים מרוחקים או בתנאים קיצוניים
7. ייצור קומפקטי ונייד. קיבולת הייצור הממוצעת של מדפסות תלת-ממד לכל מטר מרובע של חלל ייצור היא גדולה יותר מזו של מכונות ייצור מסורתיות. למשל, מכונת יציקה בהזרקה יכולה להכין רק פריטים קטנים במידה ניכרת מהגודל שלה עצמה. לעומתה, מדפסת תלת-ממד יכולה לייצר פריטים בגודל מצע ההדפסה שלה
8. פחות פסולת ותוצרי לוואי. מדפסות תלת-ממד שמציירות חלקים ממתכת מייצרות הרבה פחות פסולת ותוצרי לוואי מהשיטות המסורתיות לייצור חלקי מתכת. ככל שישתפרו חומרי ההדפסה אפשר יהיה לעבור לייצור נקי וירוק יותר
9. גיוון אינסופי של חומרים. שילוב בין חומרי גלם שונים במהלך הייצור של פריט אחד הוא כמעט בלתי אפשרי במכונות הייצור של היום. אלו מעניקות לחפצים את צורתם באמצעות גילוף, חיתוך, כרסום, קידוח, הברזה או יציקה, ולכן לא קל לערב בתהליכי הייצור חומרי גלם שונים. עם ההתפתחות של הדפסת תלת-ממד מרובת חומרים, תהיה לנו היכולת לערבב ולמזג חומרי גלם שונים בייצור של פריט אחד
10. העתקה פיזית מדויקת. את קובצי המוזיקה הדיגיטליים אפשר להעתיק אינסוף פעמים, בלי לאבד מאיכות הקול. בעתיד, הדפסה בתלת-ממד תרחיב את הדיוק הדיגיטלי הזה גם לעולם החפצים המוחשיים.
על מחברי הספר: הוד ליפסון נולד בחיפה, והוא בוגר הטכניון בהנדסת מכונות. הוא מכהן כפרופסור באוניברסיטת קורנל שבניו יורק, והוא פרסם מחקרים בנושאים של עיצוב אוטומטי וייצור של צורות חיים רובוטיות, הדפסת מזון והדפסה ביולוגית. מלבה קורמן היא עיתונאית, אנליסטית ובלוגרית לנושאי טכנולוגיה. היא אוהבת מאוד להסביר את הערך של טכנולוגיות מורכבות בשפה יומיומית.
הכותבת הייתה אורחת סטרטסיס בתערוכת Euromold בפרנקפורט, גרמניה
