הרחק מכותרות גל הטרור, המהפכה המשפטית ומשבר ההייטק, הודיעו השבוע שתי חברות ישראליות על מהלך ראשון המבשר על מהפכה קרובה בעולם הרפואה. ענקית מדפסות התלת-ממד סטרטסיס וחברת הביוטק קולפלנט, שתיהן מרחובות, הכריזו על שיתוף פעולה נדיר לקראת הדפסה ביולוגית של רקמות ואיברים אנושיים בהיקף תעשייתי. בשלב הראשון הן יתמקדו בהדפסת שתלי שד, המאפשרים שיקום של רקמת השד הטבעית במקום סיליקון סינתטי ומבלי לעורר בגוף תגובה חיסונית.
עוד כתבות שיעניינו אתכם:
מדובר בפריצת דרך שמשלבת שתי טכנולוגיות שונות: קולפלנט (CollPlant) יודעת לייצר חלבון קולגן אנושי בדרך מקורית במיוחד - בתוך תאי טבק מהונדסים גנטית; סטרטסיס (Stratasys) היא מלכת מדפסות התלת-ממד למגוון שימושים - מתעשיות התעופה, החלל והרכב, עד למוצרי צריכה ומזון, וכן, גם לרקמות אנושיות. אמנם כבר בשנת 2011 הציג המנתח אנתוני אטאלה מבוסטון כליה אנושית מודפסת באחד מכינוסי TED - אבל למרות ההיתכנות המוכחת, הדפסת איברי אדם להשתלה היא עדיין פרויקט עניין נדיר ומורכב, שמעבדות רפואה רגנרטיבית ברחבי העולם, כולל בישראל, מנסות לפצח מזה שנים.
תעשיית הדפסות התלת-ממד שיכללה עם הזמן לא רק את טכניקות ההדפסה, אלא גם את יכולתה לטפל ב"דיו" מסוגים שונים - כלומר מגוון החומרים שיוצרים את התוצאה הסופית: אם פעם המדפסות ידעו להפיק רק מוצר בצבע אחד ובמרקם אחד, היום הן יודעות להוציא גם רכיב שכולל בתוכו מרקמים שונים זה מזה - נוקשה, רך, גמיש בדרגות שונות וגם בצבעים שונים, ברמות דיוק נאמנות למציאות. כך, למשל, מיוצרים ביחידות הדפסת תלת-ממד בבתי חולים רבים מודלים מדויקים של אברי חולים שנסרקו, המשמשים לתרגול לפני ניתוח במקום ניתוח גופות או בעלי חיים. במה שנחשב כבר עניין טריוויאלי, כל מוסד רפואי גדול נדרש גם להדפסת קיבועים מותאמים אישית, תחליפי עצם לצורך השתלה וכדומה. כך, למשל, לקראת הניתוח הנדיר שנערך בסורוקה לפני שנתיים להפרדת תאומות סיאמיות שהיו מחוברות בראשן, התאמן הצוות הרפואי לפני הניתוח על מודלים תלת-ממדיים שהודפסו לפי נתוני התאומות.
רק לפני חודשיים הודיעה סטרטסיס על פיתוח חדש המאפשר הדפסת תלת-ממד מלאה, ביחידה אחת, של ערכת שיניים תותבות, שכוללת את המרקמים והצבעים השונים של החניכיים והשיניים גם יחד, בלי צורך בצביעה ידנית או בחיבור ובהדבקת חלקים. הכל כמובן בהתאמה אישית אחרי סריקה דיגיטלית, כולל צבע החניכים וגוון השיניים. בהדפסה אחת אפשר להפיק בבת אחת מספר רב של תותבות כאלה.
כיום, השוק מוצף בחברות שמתמחות גם בהדפסה במתכות מורכבות ואפילו בקרמיקה וחול, כאלו שעוסקות בהדפסה ביולוגית לתעשיות המזון והרפואה, ואפילו כאלה שמדפיסות רכיבים מבטון לצורך בניית בתים. לפני שבועות ספורים, ב-18 במארס, עלה לחלל Terran 1, הטיל הראשון בעולם ש-85% ממנו הודפסו בתלת-ממד, מתוצרת Relativity Space. אמנם בגלל בעיית מנועים הוא לא הגיע למסלול, אבל כן ציין אבן דרך משמעותית בתחום. החברה בנתה לשם כך מדפסות מסיביות מיוחדות, שכללו ראש הדפסה הפולט סגסוגת אלומיניום. הדור הבא של המדפסות, אומרים שם, יהיה גדול עוד יותר, ויוכל להדפיס אלמנט בודד בקוטר 3 מטר ובאורך של 3 מטר. יש, אגב, עוד חברות הבוחנות הדפסה בתלת-ממד לתעשיית החלל. חיל החלל של אוסטרליה, למשל, כבר מייצר כך אנטנות קלות משקל עבור לוויינים. היתרון הוא, שניתן בדרך הזו לשדרג ולבנות גרסאות חדשות של לוויינים תוך 3 שעות בלבד.
תעשייה אחרת שבה מככבות מדפסות התלת-ממד היא הפוד-טק, שגולת הכותרת שלה היא החברות המפתחות בשר מתורבת שפותח בתנאי מעבדה, ואמור לחסוך כליל את הצורך בגידול בעלי חיים לצורך בשר. אלף פארמס, המתבססת על מחקריה של פרופ' שולמית לוונברג מהטכניון ואמורה לפתוח השנה קו ייצור לבשר בהדפסה, ממוקמת באותו בניין משרדים מרהיב ברחובות שבו פועלת סטרטסיס.
מזרק דלק ביחידה אחת
הטכנולוגיה המאפשרת לייצר דגמים פיזיים תלת־ממדיים מחומרים שונים היישר מקבצי מחשב כבר מזמן אינה חידוש, אבל זה 30 שנה שהיא לא מצליחה לפרוץ מסחרית, להדפסה תעשייתית בהיקפים גדולים. המדפסות הביתיות הבסיסיות, שיודעות להדפיס צעצועי פלסטיק קטנים, עוררו פעם התרגשות אך לא זכו להצלחה מסחרית; לעומת זאת, המדפסות התעשייתיות - שיודעות להדפיס אבות-טיפוס בודדים ודגמים של חלקים ורכיבים שנמצאים בשלבי תכנון - הן הכרח מזה שנים בכל חברה העוסקת בתכנון כלי רכב, מטוסים או חלליות, וגם במוסדות רפואיים.
השימוש הקלאסי במדפסות תלת-ממד הוא לצורך יצירת אבות-טיפוס של חלקים ומוצרים. גיא מנצ'יק, מנהל טכנולוגיות ראשי בסטרטסיס: "כל מהנדס שמתכנן רכיב או מוצר על המחשב חייב לראות אותו בעיניים לפני שהוא נשלח להכנת תבנית לייצור, שהיא יקרה מאוד והכנתה אורכת זמן; צריך לוודא שחלקים אכן מתחברים, להתרשם מהארגונומיה, ממרכז הכובד. המון פעמים, רק אחרי שאוחזים בדבר עצמו מבינים ומגלים בעיות. במוצרים המיועדים לצרכנים, מדפיסים המון אבות-טיפוס עד שמגיעים לדבר הסופי. לפעמים מחלקים אותם גם לנסיינים בקבוצות מיקוד".
בתעשיית המדפסות חולמים כבר שנים על קפיצת מדרגה - ייצור תעשייתי, המוני, דיגיטלי בעזרתן, שיאפשר מצד אחד מהירות ויעילות ומצד שני התאמה אישית של כל אלמנט, כמו במכונות דפוס הנייר הדיגיטלי. יצרניות הענק נרתעות בינתיים, גם בשל החשש מההשקעות הגדולות שיידרשו מהן בשל החלפת המכונות או מתהליך הייצור היקר.
יואב זייףצילום: סטרטסיס"אבל", אומר מנצ'יק, "עם השנים המכונות הופכות זולות וקטנות יותר, והתעשיות השונות נכנסות לעניין בהדרגה. קח למשל את מזרק הדלק במנוע הסילון למטוסים של ג'נרל אלקטריק; במקור, הוא בנוי מעשרות חלקי מתכת קטנים, שכל אחד מהם יוצר בשיטה המסורתית - יציקה או עיבוד שבבי - ואחר כך נדרש חיבור ידני שלהם, עם ברגים וכדומה. בהדפסת תלת-ממד הוא מיוצר כחלק אחד, מה שהוזיל אותו מאוד". לפי מנכ"ל סטרטסיס, ד"ר יואב זייף, "תעשיית ההדפסה התלת-ממדית הבטיחה זמן רב שהמוצרים שלה יוכלו לענות גם על הדרישות של ייצור בקנה מידה תעשייתי. הזמן הזה הגיע. יצרנים מעבירים את מכונות ההדפסה התלת־ממדיות שלהם ממעבדת ההנדסה לרצפת המפעל".
האתגר בשכנוע התעשייה המסורתית לנטוש את קווי הייצור המסורתיים לא פשוט: "אנחנו צריכים ללכת חברה אחר חברה, להציג את מקרי השימוש שבהם אנחנו יכולים לתרום את הערך הגבוה ביותר, ופשוט לעשות פיילוט ולהראות להם את המוצרים. האתגר הוא להגיע למסה הקריטית, שבה לא נהיה עוד טכנולוגיה אקזוטית להשקיע בה, אלא פתרון מיינסטרים".
תקופת הקורונה סימנה את התפנית. הדפסות התלת-ממד היו אחד התחומים הבודדים שצמחו במגפה. בגלל צווארי הבקבוק שנוצרו בשינוע הימי והאווירי, פגעו בשרשראות האספקה וגרמו למחסור בחלקים, המכונות הללו הצליחו לייצר - באמצעות קבצים דיגיטליים בלבד שהועברו באינטרנט - חלפים רבים, ואפילו מסכות פנים וציוד מגן. יצרנים גילו שאין יותר צורך לחכות לספינה שנתקעה בנמל הבית שלה עם החלקים שהזמינו. הצי האמריקאי, למשל, רכש לנמלי הבית שלו מכונות הדפסה בתלת-ממד והוא נעזר בהן להדפסה מהירה של חלקים שהתבלו או ניזוקו. כך הוא חוסך את הצורך להחזיק מלאים ואת התלות בשינוע.
תיק של דיור
סטרטסיס, שמעסיקה כיום יותר מ-2,000 עובדים בכל העולם, לא מתמקדת בהדפסה במתכת, אבל גילתה באחרונה את תחום האופנה. לפני פחות משנה הציגה מכונה חדשה להדפסת אלמנטים תלת-ממדיים ישירות על בדי ג׳ינס, כותנה ופוליאסטר, כמו גם נעליים, תיקים ואביזרי יוקרה אחרים. מדובר במאות "טיפות" של חומר גמיש, הנצמדות בעוצמה לבגד ויוצרות ביחד צורות מרתקות בעזרת אינספור גוונים ייחודיים ובמגוון טקסטורות וגימורים. הן יכולות ליצור אשליות אופטיות קסומות, או להציג, למשל, דיוקנאות תלת־ממדיים.
החברה מתמקדת בינתיים בשיתופי פעולה עם מותגי אופנה עילית - נעליים של אלכסנדר מקווין; בגדים של המעצב הנודע כארים ראשיד, של המעצבת הישראלית גנית גולדשטיין ושל מותג האופנה הניו־יורקי KAIMIN; תיק של דיור; בקבוק בושם בעיצוב Illusory Material מסן-פרנסיסקו; משקפיים של רון ארד ועוד. הטכנולוגיה הייחודית מאפשרת עקרונית למעצבים לייצר דגם אישי לכל לקוח/ה.
התחום החדש פותח מרחב אפשרויות עצום: ייצור בדים ייחודיים לרהיטים, לעיצוב פנים של מכוניות, לאהילים ועוד. מילת הקסם: פרסונליזציה - כל מוצר יכול להיות ייחודי ולא דומה למשנהו. מאיפה יגיעו הרווחים? ממכירת המדפסות, וכמובן מהחומרים הייחודיים, שכולם מגובים בפטנטים.
בעולם ידועות כיום תשע טכנולוגיות להדפסת תלת-ממד. סטרטסיס מתגאה בכך שהיא היחידה שמציעה חמש מתוכם. הנפוצות ביותר הן FDM הבסיסית, הפחות מדויקת, ופוליג'ט, המשתמשת בראשי הדפסה כמו במדפסת הזרקת דיו, שבה ניתן להדפיס בו־זמנית מספר חומרים בעלי תכונות שונות וברמת דיוק ורזולוציה גבוהות בהרבה. תהליך ההדפסה כמעט זהה בכולן: המודל מעוצב באמצעות תוכנה במחשב - או מורד כקובץ מאחד מהפורומים הרבים של קבצי תלת-ממד ברשת - מוזן למכונה יחד עם חומרי הדיו הייחודיים המתאימים לו, ומודפס בה באיטיות, שכבה אחר שכבה.
בגלל המורכבות הטכנולוגית הגדולה שהתחום דורש, רק מעט חברות בעולם מייצרות כיום מדפסות תלת-ממד ומתחרות זו בזו. חברת 3D Systems האמריקאית היא מהראשונות בתעשייה ומונה יותר מ-2,000 עובדים; ננו דיימנשן הישראלית מתמחה בהדפסות לתעשיית האלקטרוניקה ואף הגישה לא מכבר הצעה לרכישת סטרטסיס; EOS מובילה בהדפסה תעשייתית, ועוד. בשנים האחרונות נכנסו לתחום גם חברות ענק כמו HP, דאסו סיסטמס וג'נרל אלקטריק.
הדמיון הוא מילת המפתח: בשנה שעברה הציגה סטרטסיס בתערוכה בגרמניה את UILA - אב-טיפוס של רכב היברידי המשלב אופניים חשמליים ורכב חשמלי קטן, שמודפס ברובו בתלת־ממד. ההכרזה על הרכב, שהוא בעל מראה מוזר במיוחד, בוצעה בשיתוף הסטודיו הברלינאי לחדשנות המוצר nFrontier. הרכב, שגובהו 1.70 מטר ורוחבו 90 ס"מ, יכול לשאת שני מבוגרים שיושבים זה מאחורי זה, ולמעשה מוגדר כאופניים - כלומר הוא לא מצריך רישיון נהיגה, וכמובן, נשלט על ידי אפליקציה.
"יצרנים מכל התחומים", אומר זייף, "משתמשים כיום במדפסות תלת-ממד בדרכים שאנחנו - יצרני המכונות עצמן - לא יכולנו לדמיין. זה מדרבן מערכת אקולוגית של ניסויים ומומחיות. היצרנים חולקים ידע ומאמנים את הדור הבא. כל התהליך מאיץ את האימוץ של הדפסה בתלת-ממד בכל שרשרת האספקה".
