הכותרות לפני מספר חודשים, שכיכבו באתרים, בעיתונים היומיים ובאולפני הטלוויזיה, חגגו את סיומו המוצלח ביותר של ניתוח מורכב במיוחד ונדיר, שבוצע לראשונה בישראל - ניתוח להפרדת תאומות המחוברות בראשן. הניתוח התבצע במרכז הרפואי סורוקה בבאר-שבע, על-ידי צוותים רפואיים של בית החולים בשילוב עם מומחים בין-לאומיים, לאחר היערכות והכנה של חודשים ארוכים. מה שהציבור הרחב לא ידע הוא שהניתוח הנדיר, שבוצע רק 20 פעמים בלבד בעולם כולו, דרש חודשים של הכנות מקיפות, וכלל שימוש במודלים מודפסים תלת-מימדיים, מדוייקים להפליא מבחינה אנטומית, שהתבססו על הדמיותMRI , CT ואנגיוגרפיה, כדי לדמות - אחד לאחד בצבע ובתחושה - את החיבור של כלי הדם, קרומי המוח, עצמות הגולגולת והעור של התאומות.
לימור חביב, מעצבת תעשייתית ובעלת החברה 3D4OP, מספרת עד כמה קריטי היה המודל המודפס בתכנון הניתוח. "בעזרת מדפסות התלת-מימד האנטומיות של סטרטסיס (J850) ניתן היה להדפיס את חלקי הגולגולות של שתי התינוקות במרקם ובקושיות דומה לאיבר האמיתי. הגולגולות למעשה הודפסו מחומר הדומה במאפייניו המכאניים לעצם, כאשר כלי הדם הודפסו בחומרים גמישים והדורה (מעטפת המוח) הודפסה מחומר גמיש ושקוף שאיפשר לבצע את הסימולציה בדיוק כמו שהניתוח יתבצע בפועל".
מיקסום כל ליטר דלק
פריצות דרך דומות ניתן לראות כיום בלא מעט תחומים בתעשייה. למשל, בחללית "אוריון" של נאס"א, שהשתגרה לחלל במסגרת משימת "ארטמיס", כקאמבק של בני האדם אל הירח. לאורך השנים האחרונות בהן תוכננו ונבנו מערכות החללית, עשתה נאס"א שימוש נרחב בהדפסות תלת-מימד. במשימות המאוישות העתידיות של אוריון, החללית אף תצויד במושבים מודפסים שישמשו את אנשי הצוות. לייצור החלקים שישייטו בחלל נעשה שימוש בחומרים מתקדמים, כולל בחומר הדפסה תרמו-פלסטי חדשני, המציע ביצועים מכאניים, כימיים ותרמיים בעלי ביצועים גבוהים.
"שחקניות המפתח הפועלות בזירת התעופה והחלל מודעות מזה שנים ליתרונות הגלומים בטכנולוגיה", אומר ד"ר יואב זייף, מנכ"ל סטרטסיס, חברה ישראלית אמריקאית המפתחת, מייצרת ומשווקת מדפסות תלת מימד. "השנתיים האחרונות, עם הבעיות העולמיות של שרשראות האספקה, עיכובי תובלה, מחסור בידיים עובדות ופתיחות גדולה יותר לאימוץ חדשנות ואוטומציה היוו מאיץ של ממש לתופעה".
לדבריו, יש עניין הולך וגובר בחלקי פולימרים קלים, מעוצבים, כדי לשפר את צריכת הדלק במטוסים וחלליות מבלי להתפשר על עמידות ואמינות, וכל ירידה של קילוגרם חוסכת 14,000 ליטר דלק בשנה. "שינוי שיטת הייצור יכול ליצור שיפור עצום בפני עצמו, לצד מיקסום הקילומטראז׳ שניתן להפיק מכל ליטר דלק. כשמדובר על דלק לחללית - זה נתון קריטי", הוא מדגיש.
האבחון נכון: התחום הידוע כ"הדפסת תלת-מימד", או בשמו המקצועי יותר, "ייצור תוספי" (Additive Manufacturing) - עבר בשנים האחרונות מהפכה. שוק הדפסת התלת-מימד העולמי צפוי להכפיל את עצמו פי-ארבעה במהלך העשור הבא ולעלות על 50 מיליארד דולר, לפי דו"ח של Lux Research, חברת ייעוץ טכנולוגי שבסיסה בבוסטון. הביקוש עולה וכך גם פופולריות המכונות המדפיסות. על-פי ההערכות, תחום ייצור מודלים, או אבות-טיפוס, התחום המסורתי בו כיכבה הדפסת תלת-מימד עד לא מכבר, צפוי לגדול מ-4.4 מיליארד דולר לכמעט עשרה מיליארד דולר. עם זאת, הערך הכולל הגדול ביותר יתרחש ככל הנראה בשימוש העיקרי האחר של הדפסת תלת-מימד: תבניות וכלים. הם יצמחו משווי של 5.2 מיליארד דולר ב-2020 ל-21 מיליארד דולר עד 2030. הזינוק הגדול ביותר בשווי הוא עבור חלקים לשימושי קצה מודפסים בתלת-מימד, שיגדל פי-שבעה ויגיע לכ-19 מיליארד דולר ב-2030.
הדפסת איברים בהתאמה אישית
אחד התחומים היותר "סקסיים" בזירה הזו, שגם מצית את הדמיון האנושי, הוא תחום הדפסת האיברים (BioPrinting). כך לדוגמה, לראשונה בעולם, הצליחו חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב להדפיס לב חי במדפסת תלת-מימד מתאים אנושיים של חולה. הלב שהודפס הורכב מתאי שומן של חולה, שעברו תהליך התרבות והפכו לתאי גזע של שריר הלב וכלי דם, עורבבו עם רקמות קולגניות, והוכנסו למדפסת תלת-מימד שיצרה לב חי. הלב שנוצר בשלב זה מתאים לארנבת. לדברי צוות החוקרים, בראשות פרופ' טל דביר מהפקולטה לביולוגיה מולקולרית ומרכז סגול באוניברסיטת תל-אביב, עם המשך הניסויים ניתן יהיה להשתיל את הלב המודפס בארנבות ובחולדות ובעוד כעשור ניתן יהיה להדפיס לבבות חיים בבתי החולים ולהשתילם לחולים הממתינים להשתלת לב. פריצת הדרך הזאת פותחת פתח לרפואה עתידית שבה לא יהיה עוד צורך בהמתנה להשתלות ולייתר את הצורך תרופות המונעות דחייה של איברים. במקום זאת יודפסו האיברים הדרושים בהתאמה אישית מלאה לכל חולה. חברת Cyfuse היפנית, עובדת בימים אלה ממש על בניית מדפסת תלת-מימד שתוכל לייצר מוצרים תאיים מודפסים לשימושי קצה מעשיים.
בחזית נוספת נמצאים המאכלים המודפסים, ובראשם הבשר. תחליפי בשר אינם דבר חדש, אבל, מבט מהיר אל תפריטי לא מעט מסעדות ופסטיבלי אוכל גדולים, מעיד שאנו ניצבים בתחילתו של עידן חדש, בו נוכל לצרוך, במחיר שפוי, בשר שמרגיש כמו הדבר האמיתי, אבל יצא מראש הדפסה של מכונה. בין השמות שמככבים יש לא מעט חברות ישראליות, דוגמת רידיפיין מיט. בראיון ל"הארץ", אמר אשחר בן שטרית, מנכ"ל ומייסד החברה, שהחברה מחזיקה בעשרה פטנטים שרובם עוסק דווקא במרקם המוצר. לדבריו, מוצרים אחרים עסקו הרבה בצבע ובטעם ואילו הם השקיעו 90% מהטכנולוגיה דווקא במרקם. "הפה שלנו פוגש טעמים דרך מרקמים והגענו למסקנה שהדרך הטובה ביותר לייצר עסיסיות היא באמצעות המרקם. אנחנו משיגים אותו בעזרת טכנולוגיית ייצור רב-שכבתית".
חברה ישראלית אחרת, אלף פארמס, הגדילה לעשות ושם עוסקים בייצור בשר אמיתי, מתורבת, שגדל במפעל. ד״ר נטע לבון, המנהלת הטכנולוגית, סיפרה שהזמן שלוקח להפוך מתא לסטייק נע בין שלושה לארבעה שבועות, לעומת שנתיים לפחות כשמדובר בפרה. כך מאפשרת הטכנולוגיה של החברה לייצא את חומר הגלם למקומות אחרים בעולם, לייצר/להדפיס באופן מקומי ובכך להימנע משינוע של בעלי חיים ולחסוך במשאבים, מבחינת זיהום האוויר ופליטת פחמן. ד"ר לבון ידעה גם לספר כי החברה מייצרת מוצרים שונים, כולל מינוט סטייק וריב איי, שמיוצרים בהדפסת תלת-מימד כדי "שבכל ביס גם תאים של שריר וגם של השומן".
מאבות-טיפוס לייצור המוני
הדפסה בתלת-מימד אינה חדשה לאנושות, אך היסטורית, מקרי השימוש העיקריים שלה היו עד לא מכבר הפקה וייצור של אבות-טיפוס. מודלים. משתמשי קצה היו מדפיסים אבות-טיפוס, שאחר כך השתמשו בשיטות ייצור מסורתיות כדי להיכנס לייצור המוני. תחום זה, לא לטעות, ממשיך עדיין להיות שימוש רב ערך עבור הדפסת תלת-מימד.
אבל בזמן הקורונה, הדפסה בתלת-מימד התגלתה ככלי רב ערך עבור חברות הסובלות מצווארי בקבוק בשרשרת האספקה, שממשיכים להדהד בכל הכלכלה העולמית. חלק מהיצרנים גילו שאין יותר צורך לחכות לספינה שנתקעה בנמל הבית שלה עם החלקים שהזמינו. הם יכולים לייצר אצלם מתחת לאף, חלקים מיוחדים בעלי ערך גבוה שלקח להם חודשים להגיע ממפעלים מעבר לים. אבל המהלך לא הוגבל רק לחלקים ייחודיים ומסובכים. לדוגמה, מערכות בתי חולים וספקי שירותי בריאות השתמשו במדפסות תלת-מימד לייצור מסכות פנים וציוד מגן אחר, מה שמוכיח את הערך של הדפסה בתלת-מימד לייצור בדיוק בזמן.
בשנים האחרונות, תעשיית הייצור התוספי ביצעה קפיצות משמעותיות לשימוש בהדפסת תלת-מימד בקנה מידה רחב. לדברי ד"ר זייף, ממבט מקרוב ניתן לאבחן מה בדיוק יניע את הצמיחה הצפויה:
* IoT ואוטומציה - חברות הדפסה בתלת-מימד מציעות את הפתרונות שלהן כפלטפורמות שיכולות לכסות את המגוון הרחב ביותר האפשרי של תעשיות ויישומים. קישוריות משופרת ברצפת המפעל ואוטומציה של זרימת עבודה יקלו על היצרנים להפעיל ציים גדולים של מדפסות תלת-מימד ביעילות, ברמה עולמית. זה כולל אימות עיצובים, אבטחת איכות, ניהול הזמנות עבודה, מעקב ומלאי.
* חדשנות בחומרים - יצרנים חייבים להתאים את החומר המתאים ביותר לכל יישום. היסטורית, הוספת חומר חדש להדפסת תלת-מימד הייתה תהליך איטי ובגלל הגודל הקטן של שוק האב-טיפוס, יצרני חומרי פולימרים גדולים היו סקפטיים לגבי השקעה בחומרי הדפסה בתלת-מימד. זה השתנה כעת, כאשר רואים את ענקיות התעשייה המשולבות במלואן עם מדפסות תלת-מימד חכמות, התומכות בגדילה דרמטית של חומרי הדפסה פוטו-פולימריים ותרמו-פולימריים מותאמים חדשים.
ייתכן שחלק מהפולימרים יצטרכו להיות קשיחים יותר, מחוזקים בסיבי פחמן, בעוד שאחרים יצטרכו להיות מסוגלים לעמוד בסביבות קיצוניות כמו אלו שנמצאות בחללית. יש צורך בחומרים גמישים וביולוגיים ליישומים רפואיים ודנטליים. בכל מקרה, חברות הדפסה בתלת-מימד מציעות עשרות - אפילו מאות - חומרים ותומכות בלקוחות שלהן במחקר חומרים כדי למצוא את החומר הטוב ביותר לצרכים שלהם.
* ייצור באיכות גבוהה - ייצור הוא משחק עם סבלנות ועקביות. הודות לתהליכי הדפסה, בקרות תרמיות קפדניות, חיישנים לניהול תהליכים וחומרים טובים יותר ברמת הייצור, מדפסות התלת-מימד התעשייתיות של היום מדויקות ועקביות להפליא ומתאימות לשימושים בתעשיות הרכב, התעופה והחלל, הבריאות ועוד.
* ישימות רחבה - בעבר, תעשיית ההדפסה התלת-מימדית הייתה מונעת בעיקר על-ידי סטארט-אפים, כאשר יצרנים בודדים הציעו רק פתרון אחד או שניים. החדשנות של סטארט-אפים נמשכת - והיא חיונית לעתיד התעשייה - עם זאת, מובילים בהדפסה בתלת-מימד מסוגלים כעת לספק מגוון שלם של פתרונות מותאמים, כך שחברות יוכלו למצוא את הפתרון האופטימלי עבור היישומים שלהן.
* קהילת המומחים - היצרנים משתמשים במדפסות תלת-מימד בדרכים שיצרני המכונות עצמם לא יכולים לדמיין. מאמץ זה מדרבן מערכת אקולוגית של ניסויים ומומחיות. משתמשים חולקים ידע ומאמנים את הדור הבא של היצרנים. זה, בתורו, מאיץ את האימוץ של הדפסה בתלת-מימד בכל שרשרת האספקה.
כבר לא תעשיית נישה
תעשיית ההדפסה התלת-מימדית הבטיחה זמן רב שהמוצרים שלה יוכלו לענות על הדרישות של ייצור בקנה מידה. הזמן הזה הגיע. היצרנים מעבירים את מכונות ההדפסה התלת-מימדיות שלהם ממעבדת ההנדסה לרצפת המפעל, ופותחים מגוון של יתרונות נחוצים: שרשרת אספקה מהירות יותר וגמישה יותר, קיימות משופרת, צרכי מלאי נמוכים יותר, מחזורי עיצוב קצרים יותר וזמן הגעה מהיר יותר לשוק.
"יצרניות רבות, בתחומי ייצור מגוונים, אימצו יותר ויותר את הטכנולוגיה ובאמצעות יוזמת כמו זו של הבית הלבן, כמה מהחברות הגדולות בארה"ב התחייבו להציג ביקוש לחלקים מודפסים בתלת-מימד בשרשרת האספקה שלהם", מסכם ד"ר זייף. "כחלק מהמחויבות הזו, הן יעזרו ליצרנים קטנים ובינוניים יותר לאמץ את הטכנולוגיה. הדפסה בתלת-מימד אינה עוד תעשיית נישה - אין לה לאן להתקדם אלא למעלה".
הכותב הוא יועץ תקשורת המתמחה בתחום הייצור התוספתי
