ייצור פטנטים ואבות טיפוס - שיטות וטכנולוגיות

ייצור פטנטים ואבות טיפוס - שיטות וטכנולוגיות

 

 

פוסט זה יעסוק בשיטות הייצור וטכנולוגיות הייצור השונות, בהן אנשי המקצוע עושים שימוש לצורך פיתוח פטנט ים ו ייצור דגמים אבות טיפוס ומודלים.

תחילה כמה הגדרות:

1 דיגום מהיר - שם כולל לכל שיטות הייצור, המיועדות ליצירת מודלים, דגמים ואבי טיפוס בכמויות קטנות. דיגום מהיר בדרך כלל אינו דורש השקעה בציוד ייצור יעודי יקר, כמו תבניות פלדה לפלסטיק, שטנצים ומכונות המיועדות ספציפית לצורך המוצר. את הדיגום המהיר עושים על מכונות אשר יכולות לייצר מגוון גדול של גיאומטריות הנדסיות, בחומרים שונים, שלא לצורך ייצור המוני. בדרך כלל, כל רכיב שמיוצר בשיטות הדיגום המהיר, יהיה רכיב יקר מאוד שאינו מיועד למכירה, אלא רק להצגה ובדיקה.

2. ייצור המוני - ייצור המוני הוא ייצור שוטף של מוצר, פטנט או רכיב, בכמויות גדולות. ישנן הרבה מאוד שיטות המשמשות לייצור המוני, הנבדלות בדרישות הרכיבים השונים. לדוגמא, מכונות עיבוד שבבי יעודיות משמשות לייצור שטלים דנטלים עשויים טיטניום, ותבניות הזרקה של פלסטיקה משמשות לייצור חלקי פלסטיק כמו: פוליקרבונט, איי בי אס וכדו.

3. הרכבות - לא תמיד חייבים לייצר חלקים חדשים לגמרי מאפס. הרבה מה פטנטים המצליחים ביותר, והחידושים הגדולים, נובעים משילוב של כמה רכיבים קיימים יחד בצורה חדשה, ולא מייצור מאפס או "המצאת הגלגל מחדש". שיטות ההרכבה האלקטרוניות הן אוסף התהליכים המאפשרים להרכיב מספר חלקים קיימים יחד. לצורך ביצוע הרכבות מסובכות, עושים שימוש בין השאר בטכנולוגיית זיהוי תמונה, תהליכי בקרה ואטומטציה, רובוטיקה ועוד.

 

כעת לטכנולוגיות הייצור העיקריות, בהן אנו עושים שימוש בשלבי פיתוח הפטנטים.

הדפסה תלת ממדית (סטריאוליטוגרפיה)

הדפסה תלת ממדית היא בעצם אוסף של מגוון גדול מאוד של שיטות דיגום מהיר. המשותף לכל השיטות הללו, הוא בכך שהדגם נבנה עלידי הוספת חומר כלשהוא בשכבות, בדומה ל"הדפסה" של מדפסת ביתית על נייר.

הדפסה תלת ממדית מאפשרת לייצר רכיבים בעלי גיאומטריות שונות, בלי הגבלה גיאומטרית של under-cut או רדיוסים מינימאלים, בדומה לשיטות עיבוד שבבי למשל.

הדפסה תלת ממדית בדרךכלל עובדת עם חומרים כמו פולימרים המתקשים עלידי הקרנה בקרינת UV, פלסטיקים שונים, ובשנים האחרונות אפילו מתכות מסויימות.

 

עיבוד שבבי:

עיבוד שבבי היא שיטת ייצור וותיקה, אשר יכולה לשמש גם לצורך ייצור דגמים ראשונים של פטנטים, וגם לצורך ייצור סדרות גדולות יותר של המוצר.

בעיבוד שבבי אנו בעצם מכניסים גוש של חומר גלם, ממנו אנו רוצים להפיק את המוצר. המכונה מקבלת פקודות דיגיטליות מהמחשב, ומסירה עלידי כרסום או מחרטה, שבבים של החומר, עד לקבלת הרכיב הסופי. שיטת העיבוד השבבי משמשת אותנו בעיקר כאשר אנחנו מעוניינים לייצר ללקוחותינו דגמים של פטנטים הדורשים שימוש בחומרים מתכתיים, או פלסטיקים בעלי תכונות מכאניות ידועות וכתובות בתקנים. לעיתים יש להחליט אם חלק מסויים יופק עלידי עיבוד שבבי או עלידי הדפסה תלת ממדית, שכן שיטות הייצור לעיתים חופפות. ההתלבטות היא בדרךכלל בין המחיר הנמוך יותר של הדפסה תלת ממדית, אל מול התיקניות והאיכות הגבוה של רכיבי מכניקה בעיבוד שבבי.

תבניות גמישות:

תבניות גמישות הן סוג נוסף של שיטת ייצור הנכנסת לתוך הגדרת הדיגום המהיר.

תבניות גמישות הן ה"נגטיב" של החלק אותו אנחנו רוצים לייצר. התבנית עשוייה מחומר RTV דמוי סיליקון, אם תכונות כימיות יחודיות אשר מאפשרות לתבנית להישתחרר בקלות מהחומרים אותם אנחנו יוצקים פנימה.

את תבנית הסיליקון אנחנו בונים עלידי הכנסת מאסטר לתוך קופסא, ושפיכת RTV דו רכיבי נוזלי לתוך הקופסא.

לאחר מכן משחררים את גוש הסיליקון מהקופסא, וחותכים חריץ הפרדה הנקרא parting-line. 

לאחר הכנת התבנית, ניתן להזריק פלסטיק מסוג urethane דו רכיבי, גבס, בטון, בדיל, שעווה וחומרים נוספים, ישירות לתוך התבנית, ולקבל את הרכיב הסופי לאחר התמצקות החומר.

תבניות סיליקון הן שיטה לייצור סדרות ראשונות , כאשר מחיר השיטות האחרות אינו מצדיק את ההשקעה. לדוגמא, לצורך ייצור אב טיפוס של פטנט בתחום הציוד הרפואי, נדרשנו לייצר 60 יחידות של רכיב פלסטיק כלשהו. מחיר ההדפסה התלת ממדית של רכיב זה היא 800 ש"ח ליחידה, ומחיר העיבוד השבבי הוא דומה. לצורך הכנת תבנית הזרקה עשויה פלדה, יש להשקיע סכומים של 10000-20000 דולר (חד פעמי), ולכן השיטה המשתלמת ביותר עבור הלקוח, הייתה ייצור בתבניות סיליקון במחיר של 3000 ש"ח לתבנית + 25 ש"ח עבור כל אב טיפוס נוסף.

 

בפוסט הבא אעסוק בשיטות מתקדמות עוד יותר לייצור רכיבים מניאטורים.

השיטות הללו משתמשות לצרכי דיגום של רכיבי mems והן לדעתנו פורצות דרך בכל הקשור לפיתוח מהיר של פטנטים ומוצרים חדשים.