מהי הדפסה תלת מימדית ומה המקורות שלה?

הפרק הראשון במדריך השלם להדפסה תלת מימדית – מהי הדפסה תלת מימדית? מיועד עבור מי שמתעניין בהדפסת תלת מימד ומעוניין להעמיק את ההבנה שלו בקשר עם ההיסטוריה של טכנולוגיה זו. פרק זה מסביר מהי הדפסה תלת מימדית, מהם היתרונות שהיא מביאה, מהם המקורות ההיסטוריים שלה וכיצד התחילה טכנולוגיה זו להיות בשימוש נפוץ.

הקדמה

מימיה הראשונים של האנושות בני האדם ייצרו מוצרים פיזיים. המוצרים הפיזיים שפותחו על ידי בני האדם מקיפים אותנו בכל אשר נלך, בכלים בהם אנחנו משתמשים, בלבוש אותו אנחנו לובשים ובמבנים בהם אנחנו גרים. במרוצת השנים, פותחו מגוון שיטות ייצור אשר העניקו לאדם את האפשרות להרחיב את יכולות העיצוב, הבנייה והייצור שלו. שיטות הייצור החדשות גרמו למהפכות שהשרישו את השפעותיהן בכל תחומי החיים שלנו (כמו למשל המהפכה התעשייתית).

 הדפסה תלת מימדית היא המהפכה הטכנולוגית הנוכחית בעולם הייצור, אותה אנחנו זוכים לראות כיום ולחוות את השפעתה על כל עולמות הייצור השונים. טכנולוגיה זו פותחת עולם חדש של אפשרויות עיצוב וייצור שלא היו קיימות מעולם.

מהי הדפסה תלת מימדית

הדפסה תלת מימדית היא שיטת ייצור בה מכונות הנקראות מדפסות תלת מימד מייצרות חלקים פיזיים מקובץ תלת מימדי הנשלח מהמחשב. הקובץ התלת מימדי נפרס לשכבות על ידי תוכנה יעודית. הוראות הפריסה של המודל מועברות מהמחשב אל מדפסת התלת מימד (יש שאומרים תלתפסת בעברית) שבונה את המודל שכבה אחר שכבה.

יתרונותיה של ההדפסה התלת מימדית על תהליכי ייצור אחרים

בניגוד לשיטות אחרות לייצור מוצרים וחלקים, הדפסה תלת מימדית היא שיטת ייצור "תוספתית"  – Additive Manufacturing, או AM.שיטת ייצור זו מבוססת על פיזור חומר באזורים נבחרים והוספת שכבה מעל שכבה עד ליצירה של מודל מוגמר.

תמונה - הדפסה תלת מימדית

עד להמצאת שיטה זו, הדרך המרכזית לייצור חלקים מורכבים היתה Subtractive Manufacturing, שיטת ייצור "החסרתית". בשיטה זו משתמשים בנפח חומר (גוש של חומר כלשהו) ומחלצים ממנו את הצורה המבוקשת באמצעות החסרת חומר. לדוגמה: סיתות פסלי שיש ואבן או גילוף עץ כפי שנעשה עוד מימי קדם, וטכנולוגיות עדכניות כדוגמת מכונות CNC. לתהליך הפחתת החומר ישנם חסרונות משמעותיים, ביניהם בזבוז חומר, ייצור מוגבר של חום, שבבים, זיהום אוויר וכו'.

הדפסה תלת מימדית מאפשרת בניה של המוצר שלב אחר שלב ושימוש בחומר רק במקומות בהם הוא נדרש. התהליך בדרך כלל חוסך חומר, מזהם פחות, משפר תהליכי ייצור, חוסך זמן ופותר מגבלות ייצור שונות של חלקים מורכבים.

מקורות ההדפסה התלת מימדית

אף על פי שמדפסות התלת מימד נתפסות כטכנולוגיה חדשנית, טכנולוגית ההדפסה התלת מימדית פותחה כבר לפני כ-40 שנה!כבר בשנת 1981, ד"ר הידאו קודמה מהמכון למחקר בנגויה שביפן ייצר מודל תלת מימדי ראשון בעזרת תהליך פוטופילמור.

פוטופילמור הינו תהליך התמצקות של תמיסה נוזלית המכילה פוטופולימרים, פולימרים הנקשרים זה לזה בעקבות חשיפה לאור באורך גל מסוים. המודל של קודמה נבנה באמצעות שכבות של תמיסת שרף נוזלית (בדומה למדפסות ה-SLA של היום)  המכילה פוטופולימרים שנפרסו אחת מעל השניה והוקשו בעזרת קרני לייזר, כשכל אחת מהן ייצגה שכבה במודל התלת מימדי (בדומה למדפסות התלת מימד שאנחנו מכירים כיום).

הידאו קודמה הוא הראשון שהגיש בקשה לפטנט עבור הקשיה של שרף פוטופולימרי בעזרת קרני לייזר. 

ארבע שנים לאחר מכן, צ'ארלס הול, ממציא אמריקאי, המציא את הסטריאוליתוגרפיה. סטריאוליטוגרפיה היא טכנולוגיה למיצוק חומרים פולימריים בעזרת קובץ ממוחשב המוקרן בעזרת קרן או גל הגורמים להתמצקות של החומר באזורים הרצויים. כך מתמצקות השכבות בזו אחר זו לפי הקובץ הממוחשב על מנת ליצור את המודל התלת מימדי שתוכנן.

צ'ארלס הול עבד בתעשיית ייצור רהיטים וחיפויי שולחנות. על מנת להקשות את ציפוי המשטחים העליונים של השולחנות השתמש הול במנורת UV. השימוש בנורות UV עבור הקשיה העניק להול רעיון – שימוש בנורות UV על מנת להקשות תמיסות פוטופולימריות ובאמצעותם לייצר מוצרים מותאמים אישית.

הול התחיל לעשות ניסויים בטכנולוגיה זו וב-1984 הגיש את בקשתו לפטנט עבור טכנולוגיה זו ותבע את שמה – סטריאוליתוגרפיה. הפטנט הוצא בשנת 1986 ובאותה שנה הקים הול את החברה 3D Systems. 3D Systems השיקה את מוצרה הראשון בשנת 1988, מדפסת התלת מימד SLA-1. כיום החברה היא בין המובילות בייצור מדפסות תלת מימד תעשיתיות, כדוגמת ה- ProX 500 בשיטת SLS.

תמונה-בלוג הדפסה תלת מימדית פרק ראשון- מדפסות ראשונות

מההיסטוריה אל ההווה והעתיד של הדפסה תלת מימדית

במרוצת השנים, התפתחו טכנולוגיות ההדפסה והזדמנויות הייצור שהן מביאות איתן. בעוד שבעבר הייתה זו טכנולוגיה יקרה ביותר, כיום מדובר בטכנולוגיה המשתרשת כמעט בכל תעשיה. מחיריה יורדים, וכיום אף אנשים עצמאיים יכולים לאפשר לעצמם להדפיס מודלים תלת מימדיים עבור צרכיהם הפרטיים.

כיום נוספו אל הסטריאוליתוגרפיה מגוון טכנולוגיות הדפסה תלת מימדית חדשות כאשר לכל טכנולוגיה יש את היתרונות והחסרונות שלה המאפשרים למדפסות התלת מימד יעודים שונים בתעשייה.

לקריאה נוספת במדריך השלם להדפסה תלת מימדית, עברו לקריאה בפרק על טכנולוגיות שונות להדפסה תלת ממדית.