הזרקת פלסטיק מול הדפסת תלת מימד: מתי משתלם לעבור לייצור המוני?

הבנת המגרש: שתי טכנולוגיות, שתי פילוסופיות ייצור

כדי לקבל החלטה מושכלת, חובה להבין תחילה את ההבדל המהותי בגישה של שתי השיטות הללו. בעוד שאנו ב-ATI מלווים יזמים רבים בתהליך של פיתוח מוצר, אנו רואים לא פעם בלבול בנוגע ליכולות ולמגבלות של כל שיטה.

הדפסת תלת מימד (Additive Manufacturing) היא תהליך של הוספת חומר. המדפסת בונה את החלק שכבה אחר שכבה. המשמעות היא שהזמן שלוקח לייצר חלק אחד הוא כמעט זהה לזמן שלוקח לייצר את החלק ה-1,000 (במצטבר). אין יתרון משמעותי לגודל (Economies of Scale).

לעומת זאת, הזרקת פלסטיק (Injection Molding) מבוססת על דחיסת חומר מותך בלחץ גבוה לתוך תבנית פלדה או אלומיניום. כאן, רוב המאמץ והכסף מושקעים לפני שיוצר החלק הראשון. ברגע שהתבנית מוכנה, ייצור של חלק נוסף הוא עניין של שניות בודדות.

הכלכלה שמאחורי הדפסת תלת מימד

היתרון המובהק של הדפסה הוא היעדר עלויות קבועות (Non-Recurring Engineering – NRE). אין צורך בכרסום תבנית, אין צורך בסט-אפ מסובך למכונה, וניתן לשנות את הקובץ הדיגיטלי בין הדפסה להדפסה ללא עלות נוספת.

עם זאת, העלויות המשתנות (Variable Costs) גבוהות:

• זמן מכונה: הדפסת חלק מורכב יכולה לארוך שעות.
• חומר גלם: חומרי הדפסה (פילמנטים או שרפים) יקרים משמעותית גרם-לגרם לעומת גרגירי פלסטיק לתעשייה.
• עבודת גימור: חלקים מודפסים דורשים לרוב ניקוי תמיכות, שיוף או צביעה ידנית.

הכלכלה של הזרקת פלסטיק

בהזרקת פלסטיק, היזם נדרש לשלם "דמי כניסה". עלות תבנית יכולה לנוע בין 3,000 דולר לתבנית פשוטה וקטנה (לרוב בסין), ועד 50,000 דולר ויותר לתבניות מורכבות עם מובלעות (Sliders) וקירור מתוחכם.

אבל, ברגע שהתבנית קיימת:

• חומר הגלם: זול מאוד (דולרים בודדים לקילוגרם).
• זמן מחזור: חלקים מיוצרים בשניות (Cycle time של 15-60 שניות).
• אוטומציה: התהליך כמעט ואינו דורש מגע יד אדם לאחר הסט-אפ הראשוני.

ניתוח נקודת האיזון (Break-Even Analysis)

נקודת האיזון היא אותה כמות יחידות (Q) שבה העלות הכוללת של ייצור בהדפסה משתווה לעלות הכוללת של ייצור בהזרקה. מעבר לנקודה זו, ההזרקה הופכת למשתלמת יותר.

הנוסחה לחישוב פשטני היא:

Q = (עלות תבנית) / (מחיר יחידה בהדפסה – מחיר יחידה בהזרקה)

דוגמה מספרית ריאלית:

נניח ואנו מפתחים מארז למוצר IoT חדש:

• הדפסת תלת מימד (SLS): 20$ ליחידה. אין עלות תבנית.
• הזרקת פלסטיק: עלות תבנית 12,000$. עלות יחידה 1.5$.

החיסכון ליחידה במעבר להזרקה הוא 18.5$ (20 פחות 1.5).
כדי לכסות את השקעת התבנית (12,000$), נחלק אותה בחיסכון ליחידה:
12,000 / 18.5 = 648 יחידות.

במקרה זה, אם צפי המכירות שלכם הוא מעל 650 יחידות, המעבר להזרקה הוא כלכלי גרידא. מתחת לכך? עדיף להישאר בהדפסה, אלא אם יש אילוצים טכניים.

שיקולים הנדסיים מעבר למחיר

בעוד שהמחיר הוא פקטור מכריע, הוא אינו היחיד. לעיתים נמליץ ליזמים לעבור להזרקה גם בכמויות קטנות יותר, או להישאר בהדפסה גם בכמויות גדולות יותר, בשל אילוצים הנדסיים.

1. תכונות החומר (Material Properties)

הדפסת תלת מימד היא אנאיזוטרופית (Anisotropic). כלומר, החוזק של החלק אינו אחיד בכל הכיוונים. החלק לרוב חלש יותר בציר Z (בין השכבות). בהזרקת פלסטיק, החומר הוא איזוטרופי – בעל חוזק אחיד בכל הכיוונים. אם המוצר שלכם צריך לעמוד בעומסים מכאניים מורכבים, הזרקה היא כמעט תמיד הפתרון המועדף.

2. דיוק וטולרנסים

תהליך של עיצוב מוצר שמיועד להרכבה מדויקת (Snap-fits, הברגות אטומות) דורש טולרנסים הדוקים. בעוד שמדפסות מתקדמות מגיעות לדיוקים יפים, הזרקת פלסטיק מסוגלת לספק הדירות (Repeatability) גבוהה בהרבה. סטייה של עשירית המילימטר בהדפסה היא נפוצה; בהזרקה היא נחשבת לתקלה.

3. גימור פני שטח (Surface Finish)

עבור מוצרי צריכה (Consumer Goods), הנראות היא קריטית. הדפסת תלת מימד משאירה לרוב קווי שכבות נראים לעין (Layer lines). כדי להגיע למראה חלק ומבריק כמו של מוצר מדף, נדרש עיבוד ידני יקר. הזרקה מספקת את הגימור הרצוי ישר מהתבנית (Glossy, Matte, Texture).

מלכודת ה-DFM: אל תעתיקו את הקובץ

טעות נפוצה של יזמים היא המחשבה שאפשר לקחת את קובץ ה-STL ששימש להדפסה ולשלוח אותו לייצור תבנית. זהו מתכון לכישלון. תכנון להדפסה שונה בתכלית מתכנון להזרקה.

בהזרקה יש להתחשב ב:

• זוויות חליצה (Draft Angles): כדי שהחלק יוכל לצאת מהתבנית.
• עובי דופן אחיד: למניעת עיוותים ושקעים (Sink marks).
• מיקום קווי תבנית וזריקה: היכן הפלסטיק נכנס ואיפה התבנית נפרדת.

לכן, שלב המעבר מייצור ידני לייצור המוני מחייב התערבות של מהנדס מנוסה לתהליך DFM (Design for Manufacturability).

פתרונות ביניים: Bridge Tooling

מה עושים אם אתם צריכים 1,000 יחידות, אבל אין לכם תקציב לתבנית פלדה יקרה שמיועדת למיליון מחזורים? הפתרון הוא "תבניות גישור" או "תבניות רכות" (Soft Tooling). מדובר בתבניות העשויות מאלומיניום או פלדה רכה יותר.

במסגרת השירות שלנו ב-ATI לליווי ייצור מוצר בסין, אנו משתמשים בפתרון זה תכופות. תבניות אלו זולות ב-30%-50% מתבניות ייצור המוני, ומסוגלות לייצר כמה אלפי עד עשרות אלפי יחידות באיכות הזרקה מלאה. זהו פתרון מצוין לבחינת שוק (Market Validation) לפני השקעה כבדה.

סיכום: מתי ללחוץ על הכפתור?

המעבר להזרקת פלסטיק הוא צעד משמעותי שמוריד סיכונים בטווח הארוך אך מעלה סיכונים פיננסיים בטווח הקצר. אם אתם נמצאים בשלב של פיתוח אבטיפוס ראשוני, הישארו עם הדפסה. אך אם המכירות שלכם מתחילות להתייצב, והמוצר קיבל פידבק חיובי מהשוק – אל תהססו. החיסכון בעלות היחידה יחזיר את ההשקעה מהר משנדמה לכם, והשיפור באיכות המוצר ישדרג את המותג שלכם בעיני הלקוח.

למידע נוסף על מגמות בתעשייה וניתוח שוק ההדפסה מול הייצור המסורתי, מומלץ לעיין בדוחות מקצועיים כגון מדריך הייצור של Hubs או לקרוא על התפתחות התחום ב-ויקיפדיה.