המהפכה התעשייתית הבאה: הדפסה תלת-ממדית

אם יתממשו הבטחות המהפכה הזו, הייצור הסדרתי צפוי להפוך ל- ‘ייצור על פי דרישה’, שמפירותיו יוכלו ליהנות כל שכבות החברה: מהתעשיינים הגדולים ביותר, דרך העסקים הקטנים וכלה באדם הפרטי.

בתחילת המאה ה- 19 הגיעה המהפכה התעשייתית באנגליה לשיאה, ושינתה לעד את פני העולם. המכונות תפסו את מקום הפועלים האנושיים, ופסי הייצור החליפו את בעלי המקצוע המתמחים. המכונות ופסי הייצור הוכיחו במהרה את יעילותם, וכתוצאה מחלוקת העבודה החדשה, חלה עלייה תלולה באיכות החיים האנושית באנגליה, ואחריה גם ביתר מדינות העולם שאימצו את השיטה.

עתה, בתחילת המאה העשרים ואחת, אנו עומדים בפני פרוץ עידן חדש, אותו כינה מגזין האקונומיסט לאחרונה בשם ‘המהפכה התעשייתית הבאה’. כאשר יתממשו הבטחות המהפכה הזו, הייצור הסדרתי צפוי להפוך ל- ‘ייצור על פי דרישה’, שמפירותיו יוכלו ליהנות כל שכבות החברה: מהתעשיינים הגדולים ביותר, דרך העסקים הקטנים וכלה באדם הפרטי. בבוא המהפכה, כל אדם צפוי להחזיק בידיו את הכוח ליצור כמעט יש-מאין: כל אחד מאיתנו יוכל ליצור בביתו חפצים, צעצועים, מכשירים אלקטרוניים ואפילו כלי-נשק. הכל בזכות שיטת הייצור החדשה המכונה הדפסה תלת-ממדית.

פני העתיד

“קמתי בבוקר, צחצחתי שיניים, ופתחתי את דלת הארון בשביל להגיע לחולצה. הידית נשארה לי ביד. לא נורא. הלכתי למחשב, נכנסתי לרשת וקיבלתי את קוד העיצוב של הידית מאיקאה. תוך עשר דקות, המדפסת יצרה לי ידית חדשה.” רועי – 2030.

מהי הדפסה תלת-ממדית? העבירו את ידיכם על דף שיצא ממדפסת הזרקת דיו, ותוכלו לחוש שהאותיות מזדקרות כמאית המילימטר מעל הדף. זהו עוביין. עתה דמיינו שנעבור על אותה אות פעם נוספת, ונדפיס אותה מחדש, בדיוק על האות הקודמת. ניתן לדיו להתייבש, ואז נעבור עליו שוב. ושוב. ושוב. אם נשתמש בדיו צמיג מספיק, ובעל תכונות מכאניות וכימיות נכונות, הרי שנוכל לקבל מבנה תלת-ממדי.

ההתפתחות המשמעותית של טכנולוגיית ההדפסה התלת ממדית החלה לפני כעשור וכוונה בעיקר לייצור אבות-טיפוס (prototype) של מוצרים. הייצור של אבות-טיפוס מלווה למעשה כל תהליך פיתוח של מוצר פיזי: החל ממברשת שיניים וכלה במכונית פורמולה 1. עד לא מזמן, אבות-טיפוס יוצרו בעיקר בשיטות ‘כרסום’. בשיטות אלו מתחיל התהליך בבלוק פלסטיק או מתכת גדול, ממנו מוסרות חתיכות חומר בשיטות של חיתוך, שיוף וכרסום, עד שכל שנותר הוא הדגם הרצוי.

תחילה מכונות הכרסום הופעלו ידנית ומאוחר יותר עברו לשיטת המחשב (CNC), כך ששרטוט הנדסי תורגם בקלות יחסית לחלק תעשייתי. החסרונות העיקריים של שיטות הכרסום היו ונשארו מורכבות התהליך הדורשת סביבה תעשייתית וכוח אדם מקצועי, העלות הגבוהה ומהירות ייצור נמוכה מאד. אולי החסרון הגדול ביותר טמון בחוסר-היעילות האינהרנטי של השיטה: חלק גדול מהבלוק המקורי הופך לפסולת, עד ליצירת הדגם הסופי.

הדפסת תלת ממדית שונה בתכלית משיטות הכרסום, בהיותה תהליך יצירה הדרגתי, בדומה לבניית בניין או אריגה. שימוש בטכנולוגיות חדשניות אפשר יצירת מדפסות קטנות ופשוטות בהרבה ממכונות הכרסום. מדפסות אלו מסוגלות לייצר אבות-טיפוס במהירות ועלות נמוכים יותר, ודורשות כוח אדם מינימלי. כיום יותר ויותר חברות המייצרות מוצרים פיזיים, מחזיקות לפחות מדפסת מקצועית תלת-ממד אחת.

חברת אובג’ט בע”מ הינה אחת משלושת החברות הגדולות בעולם לייצור מדפסות וחומרים להדפסה בתלת-ממד. מדפסות אובג’ט משמשות ליצירת אבות-טיפוס של חלק משמעותי מהמוצרים החדשים שאנו פוגשים בחיי היומיום החל מטלפונים ניידים וכלה באופניים וריהוט. “הטכנולוגיה של אובג’ט עובדת באמצעות הזרקת פולימר נוזלי בטכנולוגיית הזרקת דיו, והקשחה שלו באמצעות אור UV. בונים שכבה אחר שכבה עד ליצירת המודל הסופי.” מסביר ד”ר דניאל דיקובסקי, ראש צוות פיתוח חומרים באובג’ט. “כל שכבה היא בעובי של 16 מיקרומטרים – הרבה פחות מעובי שערה אנושית.”

כפי שניתן להבין, אובג’ט אינה עובדת עם דיו מדפסות רגיל. רחוק מכך. המדפסות התלת-ממדיות שלהם מסוגלות להדפיס יותר ממאה הרכבים פולימריים שונים – פלסטיק, בעגה ההמונית – הניחנים בקשיחות שונה, צבע שונה ושקיפות שונה. המדפסות עצמן נעות מגודל המתאים לשולחן העבודה לצד ה- PC, ועד למדפסות תעשייתיות.

“אחת התכונות הייחודיות של הטכנולוגיה שלנו היא בכך שאנו יכולים להדפיס יותר מחומר אחד בו זמנית. לדוגמא, נוכל להדפיס בחתיכה אחת גלגל רכב אשר מורכב מחלקים קשיחים וחלקי גומי. אין צורך בייצור נפרד והרכבה. יותר מכך, פיתחנו יכולת לערבב את החומרים המוזרקים תוך כדי הדפסה וכך אנו מסוגלים להקנות לכל חלק ביצירה מגוון תכונות ייחודיות, לדוגמא שלט טלוויזיה בו לכל כפתור קשיחות שונה. וזו רק ההתחלה, מכיוון שריבוי חומרים מאפשר גם הדפסה של חומרים מרוכבים, חומרים בעלי תכונות מוכוונות או בעלי שינוי הדרגתי של תכונות, וחפצים בעלי מורכבות מבנית העולה על כל מה שאנחנו מכירים כיום.”

עם הזמן הדפסת תלת-ממד החלה להתפשט מתעשיית אבות-הטיפוס גם לתחומים אחרים. כיום משתמשים בה יותר ויותר גם ליצירת מוצרים סופיים, במיוחד מהסוג שלא משתלם ליצור בייצור סדרתי. בעלי מכוניות יוקרה יכולים להשתמש בשיטה להדפסת חלקי חילוף ייחודיים. אמנים מסוגלים ליצור באמצעותם חפצי אומנות. במאים ומפיקים משתמשים בהן ליצירת פסלונים של דמויות הוליוודיות, כמו גיבורי הסרט אווטאר שהודפסו לצורך בחינה של זוויות צילום ומצבי תאורה. בחלק מהמקרים, כל מוצר שונה מקודמו. כך המצב, לדוגמה, בייצור פרוטזות, שיניים תותבות או מכשירי שמיעה. כיום, ניתן ליצור את כל אלו בהתאמה מושלמת ללקוח, באמצעות סריקה תלת-ממדית של השיניים והחניכיים, של האזור הקטוע, או של האוזן. גם כאן, בניגוד לייצור סדרתי, הדפסת תלת ממד מאפשרת ליצור חלקים בעלי מורכבות ומגוון אדירים ללא שום ייקור של התהליך, מכיוון שהמעבר מהקובץ הדיגיטלי לחלק הפיסי הינו אוטומטי לגמרי ואינו דורש כמעט התערבות של מפעיל אנושי.

למעשה טכנולוגיית הדפסת תלת ממד כל כך פישטה את תהליך הייצור של חלקים ומוצרים, שהדבר אפילו הפך לנחלת הפרט. “היום אם אתה רוצה ליצור חפצים תלת-ממדיים בעצמך יש לך כמה אפשרויות.” אומר דניאל. “אתה יכול לרכוש מדפסת זולה ופשוטה שתאפשר לך להדפיס חלקים בבית, אלו עדיין מסורבלות לשימוש, ורחוקות מיכולותיה של מדפסת מקצועית. האלטרנטיבה השנייה היא להשתמש בשרותי הדפסה חיצוניים, ממש כשם שנהגנו ללכת לחנות הצילום כדי לפתח תמונות.”

“כיום קיימות מאות לשכות בעולם (עשרות בישראל) , אליהן ניתן להביא את קובץ התלת-ממד ולקבל את החלק המודפס באיכות גבוהה לביתך. חלק מהלשכות אפילו מקוונות. הן מאפשרות לך לבחור מתוך מגוון שיטות הדפסה ומתוך מגוון חומרים – פלסטיק, גומי, מתכת או אפילו קרמיקה. לדעתי, האפשרות הזאת תהיה מועדפת על רוב האנשים עד אשר המדפסות הביתיות יגיעו לרמה סבירה של נוחות שימוש ואיכות חלקים.”

מתי יגיעו המדפסות הביתיות לרמה כזו? קשה עדיין לדעת, אך דיקובסקי מאמין שהשוק הפרטי חשוב מאד עבור המהפכה התעשייתית הבאה. “השוק הפרטי הוא הסיבה העיקרית שבגללה יש כרגע באזז מסביב להדפסה התלת-ממדית בתקשורת.” הוא אומר. “המדיה רואה כאן סוג של מהפכה בייצור, ועם הזמן צופים שאנשים יתחילו להדפיס דברים לבד בבית, ואני מסכים – זה יקרה מתישהו! אבל לפני כן הם ישתמשו בשירותי הדפסה בחנויות, כמו היום.”

“כיום הרבה יותר קל להרוויח מעיצוב תעשייתי. למעשה כל אחד יכול להתחיל לייצר מוצרי צריכה כמעט ללא צורך בהשקעה כספית. בעבר היית צריך לחשוב על רעיון, לעצב אותו, לעשות אב-טיפוס, להזמין מסין ייצור סדרתי של המוצר בעשרות-אלפי חתיכות, להחזיק אותן במחסן ולנהל לוגיסטיקת משלוח. היום, מספיק לפרסם את החלק באינטרנט ועבור כל רוכש להזמין הדפסה ומשלוח מלשכת שרות בהדפסת תלת ממד. ישנן חברות, כמו SHAPEWAYS, שלקחו זאת צעד קדימה. הן מאפשרות לך לפתוח חנות וירטואלית באתר שלהם, לפרסם שם עיצובים ולקבל אחוזים על כל חלק מודפס שמוזמן דרך האתר. לדעתי, כיום זו אחת הדרכים היותר פשוטות בהן בן אדם יצירתי יכול להתחיל להרוויח כסף.”

אובג’ט אמנם חברה ישראלית, אך בכל העולם קיימת התעוררות בתחום ההדפסה התלת-ממדית. ממשלת ארצות-הברית במיוחד שמה כבר את עינה על הטכנולוגיה החדשה.

“ממשלת ארה”ב מתייחסת להדפסה תלת-ממדית כאל תחום של עדיפות אסטרטגית, גם בשל יכולתה לתרום לתעשיית הביטחון וגם בשל העובדה שהיא עשויה לקטוף ממדינות המזרח הרחוק את הבכורה בייצור תעשייתי.” אומר דיקובסקי. “יש שיטות של ייצור תלת-ממדי במתכות ובקרמיקה, שאפשר ליצור באמצעותן חלקים שעולים במורכבות הגיאומטרית שלהם על חלקים שאפשר לעשות בכל דרך אחרת. זה מאפשר ליצור מכונות מתקדמות יותר ויעילות יותר. ניתן למשל להדפיס כנפונים של מנועי סילון, עם תעלות קירור מורכבות מאד בזכות הייצור התלת-ממדי. ביציקה פשוט אי-אפשר להגיע לכזאת מורכבות גיאומטרית. וכאשר משתמשים בטכנולוגיה זו לתעשיית האווירונאוטיקה והחלל או לתעשיית המנועים, היא הופכת להיות עניין בעל חשיבות לאומית. ”

צעצועי העתיד

“רק כשסיימתי לתקן את הארון, דאג האייפון להזכיר לי: שכחתי את יום ההולדת של בני! רצתי בחזרה למחשב בפאניקה. האם להדפיס לו רובוטריק? תהיתי. וצחקתי לפתע לעצמי. הרובוטריקים, צעצועי פלסטיק קשיחים וחסרי אופי, עברו מן העולם כבר לפני שנים רבות. את מקומם תפסו אחרים. כמה חבל שטויס-אר-אס לא הצליחו לשרוד כדי לראות את השינוי מושלם. הם התמוטטו ברגע שהפיראטים התחילו להעלות תרשימים לרשת.” רועי – 2030

עולם קמעונאות הצעצועים, כך נראה, עומד לסבול קשות מהמהפכה הבאה עלינו לטובה. הצרכנים צפויים רק להרוויח, ממגוון עצום של כלים לשעות הפנאי.

“ביפן יכולים לסרוק את הראש שלך ולהדפיס אותו מחדש על בובה. אתה יכול לקנות שם בובות שנראות בדיוק כמוך. יש לזה פוטנציאל גדול. אפשר ליצור בובות-מין עם פנים וגוף של כל מי שתרצה – מהחברה שלך לשעבר, ועד לביבי נתניהו.” מבטיח דיקובסקי. “אנשים ששכלו ילד, יוכלו לעשות שכפול אחד-לאחד של יקירם. בדיוק כמו שהם תולים תמונה שלו על הקיר, כל אדם יוכל ליצור מוזיאון שעווה פרטי אצלו בבית. אפשר אפילו להשתמש בחומרים שגורמים לבובה להיות בעלת מרקם שדומה לבשר ועור אנושי. זה קריפי, אבל יכול לתפוס תאוצה אדירה במיוחד במדינות מסוימות.”

כיצד תשפיע ההדפסה התלת-ממדית על טויז-אר-אס וקמעונאים אחרים? כיצד ניתן יהיה למכור כלים מכל סוג שהוא, בעולם בו ניתן לשכפל כל עצם וליצור אותו מחדש?

“הדפסה ושכפול של חלקים קיימים, ואפילו חלקים שאתה בעצמך עיצבת, יכולה להיות בעייתית מבחינה חוקית.” מתנבא דיקובסקי. “כיום ישנו מכלול אדיר של חוקים הבא להגן על אנשים וחברות מתחרות. הוא כולל את חוקי הפטנטים, זכויות יוצרים, פטנטים על עיצוב וחוקים המגנים על סמלים מסחריים ואפילו על מראה כללי של מוצר מוכר. לכל מכלול כזה מאפיינים משלו והם יכולים להגביל במידה מסוימת את חופש הפעולה של מי שמעוניין להדפיס חלקים.”

הטכנולוגיות של שיתוף מידע דרך הרשת – מוזיקה, סרטים ואפילו ספרים – לימדו אותנו בשנים האחרונות, כי דווקא ההגבלות המשפטיות עלולות להתנקם בסופו של דבר במטילים אותן. יצירות אומנות מכל הסוגים נפרצות ברשת ומופצות בחינם דרך אתרים כגון פיראט-ביי. קשה להאמין שניתן יהיה לעצור גם את ההדפסות הפיראטיות של חפצים וחלקים מסוגים שונים. למעשה, פיראט-ביי כבר פתח בשנה האחרונה אגף חדש באתר, המוקדש להורדת תרשימים להדפסה תלת-ממדית.

“בלי קשר לזכויות יוצרים, יהיו בסוף ספריות מאד גדולות של החלקים שאנחנו נתקלים בהם ביום-יום.” אומר דיקובסקי. “כל חלק תלת-ממדי שאתה נתקל בו בסביבתך, תוכל למצוא שרטוט תלת-ממדי שלו ולייצר אותו. לפעמים השרטוט יעלה כסף – ובטח יהיו דרכים למנוע שכפול או העתקה שלו – אבל כל השרטוטים יהיו נגישים. נוכל גם לסרוק חפצים קיימים ולהדפיס אותם מחדש.”
מדפסות כל הדרך למטה

“הילד קיבל את הבובה עם הפנים של ביבי נתניהו – המשובט, לא המקורי, כן? – ונרגע. חשבתי שאוכל לצפות קצת בטלוויזיה, אבל האשה נזפה בי. שבת היום – לא נצא לטיול? לא אהבתי את הרעיון. בכל זאת, הטבע הוא מקום מלא הפתעות. אולי אזדקק לבורג בשביל מוט האוהל? ומה אם אהיה מעוניין בכלי לאיסוף חרקים? הבנתי שאין לי ברירה. הלכתי למדפסת והקלדתי קוד ארוך במיוחד. האשה חכתה ברכב. אחרי שעתיים, הצטרפתי אליה עם מדפסת תלת-ממדית חדשה וקומפקטית יותר.” –רועי 2030

האם המדפסות התלת-ממדיות יוכלו יום אחד להדפיס מדפסות תלת-ממדיות קטנות יותר? קיימות כיום מדפסות בעלות יכולת להדפיס מעגלים חשמליים בסיסיים, אך הן ייחודיות ויוצאות-דופן. המדפסות הטיפוסיות יותר מסוגלות ליצור את רוב חלקי החילוף המכאניים – מנופים, ידיות, גלגלי שיניים – מתוכם ניתן לבנות ולהרכיב מדפסת חדשה.

“לדעתי תהיה הדפסה היברידית – מדפסת שמדפיסה שבבים, ומדפסת שמדפיסה רכיבים מבניים וכו’ – ורובוט שמשלב את החלקים זה בזה כדי להגיע למוצרים מורכבים יותר.” אומר דיקובסקי.

זהו אינו חלום בעלמא. כבר מזה שנים שדרפ”א – הסוכנות שמספקת לנו צעצועים חדשים שנראים לקוחים מספרי המדע הבדיוני – מתנבאת אודות אמצעים לייצור כלי-נשק וכלי עבודה בתנאי שדה. עכשיו ההבטחות מתחילות להיפדות, וההצלחות מרשימות. צבא ארצות-הברית שכלל כבר את המדפסות התלת-ממדיות לאב-טיפוס של ‘מעבדת ייצור ניידת’ – מכולה שאפשר להשתמש בה בעומק השטח באפגניסטן כדי להדפיס מחדש כלים שנשברו. ייתכן בהחלט שתוך עשרים שנים נהיה עדים למדפסות, או לקומפלקסים של מדפסות, המסוגלים ליצור שכפול מלא של עצמם.
הצד השני של המטבע

“חיבקתי את אשתי בחוזקה, וניסיתי לאטום את אוזניי ליפחותיה. סמכנו על הילד. הסכמנו להשאיר אותו בבית –הוא כבר בן 12, וכל-כך בוגר ביחס לגילו! – אבל לא תיארנו לעצמנו שינסה להדפיס לעצמו את אותו תרשים פיראטי שהוריד מהרשת. הרופא דיווח שהקליע רק שרט את הקרקפת, אבל זה היה קרוב. קרוב מדי.” –רועי 2030

האם המדפסות התלת-ממדיות ישמשו להדפסת נשק? קשה להאמין שנצליח להימנע מעתיד זה. כבר היום עמלים מהנדסים – במגזר האזרחי דווקא, בפרויקט המכונה Defense Distributed – על עיצוב תרשים שיאפשר הדפסת אקדח או רובה של ממש במדפסת תלת-ממדית. כיום ניתן להדפיס רק חלקים מהנשק במדפסת, ודיקובסקי סקפטי. אבל לא מהסיבות הנכונות.

“אני מאמין שההדפסה של הנשק לא הייתה יעילה, כי הטכנולוגיה בה הם השתמשו יוצרת פני-שטח מחוספסים אשר עלולים לשבש את הירי.” הוא אומר בספקנות, וממהר להוסיף – “התהליך של אובג’ט מייצר פני-שטח טובים יותר ואטימים יותר למים ולגזים. אני מניח שאם Defense Distributed היו רוכשים מדפסת אובג’ט, הם היו יכולים להדפיס כלי-נשק הרבה יותר יעילים ומשוכללים.”

לפי תוצרי פרויקט בינלאומי שנערך בניהול המרכז הבינתחומי לניתוח ותחזית טכנולוגית באוניברסיטת תל-אביב (גילוי נאות: הכותב הינו חוקר במרכז), המדפסות התלת-ממדיות עומדות להוות גורם שקשה לשלוט עליו בשוק האזרחי. ניתן יהיה לייצר באמצעותן כלי-נשק מסוגים שונים, עם פיקוח מינימלי בלבד מצד הממשלה. אפילו אם הן יכללו אמצעי הגנה מובנים שימנעו יצירה של כלים מסוימים, עדיין קשה לראות כיצד יעמדו האמצעים הללו בפני פריצה בעידן בו כל גרסה חדשה של אייפון נפרצת תוך שבועות ספורים.

האם זה נורא כל-כך? יש שיאמרו שאנו מתקדמים לקראת גרסה קיצונית של חוקי הנשק בחלק ממדינות ארצות-הברית, שם יכול כמעט כל אדם לרכוש ולשאת נשק חם. אך האם אנו באמת רוצים להגיע למצב בו ילדים יכולים ליצור כלי-נשק בכל בית, בכל שעה?
סיכום

להדפסה התלת-ממדית קיימים יתרונות גדולים שעומדים לשנות את פני החברה. בתעשייה, היא מאפשרת יצירה של מבנים מורכבים במיוחד, בעלי תכונות שונות מכל מה שהכרנו עד היום. המומחים אומרים שעד 2020, עשרות אחוזים מהמנועים המשוכללים ברכבים ובמטוסים, יהיו עשויים מחלקים שיודפסו תלת-ממדית ממתכות. חלקים אלו יהיו קלים יותר וחזקים יותר מאלו הנוצרים כיום ביציקה.

חברות ישתמשו בהדפסה התלת-ממדית כדרך לזירוז תהליכי פיתוח. כבר היום, חברות משתמשות בהדפסה התלת-ממדית כדי לבדוק אבות-טיפוס חדשים של מוצרים. אם בעבר בדיקה כזו הייתה לוקחת בין שבוע לשבועיים, הרי שהיום היא יכולה להסתיים תוך יום אחד.

קשה להתעלם גם מכוחה של ההדפסה התלת-ממדית בידיו של האינדיבידואל. כל אדם יוכל לייצר לעצמו בביתו מגוון רחב של עצמים, ולמכור אותם או להשתמש בהם כרצונו. מחפצי אומנות יקרים ועד לידית הדלת – האפשרויות בלתי-מוגבלות. וכך, גם העולם הפיזי יהפוך להיות חלק ממהפכת הרשת. כל מה שנראה ברשת – נוכל להפוך למציאות. וכל מה שנראה במציאות, נוכל לשכפל ולשפר.

האם ההדפסה התלת-ממדית תביא אותנו לעולם טוב יותר? קשה לדעת. לכל היותר ניתן לטעון שהיא תעניק לכל אדם שליטה גדולה יותר על העולם הפיזי, ובסופו של דבר – על גורלו. לטוב ולרע.

גילוי נאות: הוזמנתי לאובג’ט כדי לשמוע על החידושים האחרונים ועל פועלה של החברה, ובמשתמע גם לכתוב עליהם. נציגי החברה עברו על המאמר ונתנו את אישורם. לא קיבלתי תשלום או טובות הנאה מכל סוג שהוא עבור הכתיבה.