טכנולוגיית AME משנה את עולם האלקטרוניקה

טכנולוגיית AME משנה את עולם האלקטרוניקה

“אחד על אחד” עם *עמית דרור מננו דיימנשן ואביב רונן מחברת רפאל, על טכנולוגיית AME (Additive Manufacturing of Electronic ) שמשנה את  עולם האלקטרוניקה.

טכנולוגיית הריבוד, הידועה יותר בשם Additive Manufacturing או בשם הדפסת תלת מימד, הולכת ומתפשטת בקצב גדול מאוד. יחד עם טכנולוגיה זאת צמח ענף תלת המימד לעולם האלקטרוניקה – ריבוד אלקטרוני, המוכר בשם AME (Additive Manufacturing of Electronic) אשר מקבל גם הוא תאוצה גדולה בשווקים שונים.

לאיזה צרכים יכולה טכנולוגיית ה – AME לתת מענה ?

בבואנו לבחון טכנולוגיה חדשה, השאלה הראשונה שעלינו לשאול את עצמנו היא “למה אני צריך אותה ?”, או במילים אחרות, מה הטכנולוגיה הזאת תתרום לי בחיי שיהיה לי כדאי לאמץ אותה. את השאלה הזאת אנחנו למעשה שואלים כל פעם מחדש וגם כעת, עם כניסתה של טכנולוגיית AME אנו צריכים לשאול את עצמנו את אותה השאלה – “באיזה אופן הטכנולוגיה של AME יכולה לסייע לי?”.

המענה לשאלה הזאת טוב שיעשה על בסיס הצרכים, הן מצד הלקוחות והן מצד אנשי התכן המפתחים את הרכיבים, המכלולים או המערכות. רשימת הצרכים מאופיינת לפי כל פרויקט ופרויקט וניתן לזהות בה צרכים רבים כמו אמינות ובטיחות, ממדים ומשקל, הגדרת חומרים מסוימים לתנאי עבודה שונים או צורך במערכת שתהיה גנרית.

טכנולוגית AME על כל ענפיה מביאה לעולם בשורה חדשה שבה ניתן לממש מוליכים חשמליים במספר שיטות ותהליכים אשר מאפשרים לאנשי התכן לחשוב אחרת על המוצר או המערכת אותה הם מפתחים. לנגד עיניי אני רואה מספר רב של צרכים עליהם טכנולוגית ה – AME יכולה לתת מענה אולם אבחר להתמקד בשניים מהם שהם לא בהכרח הנפוצים ביותר כמו צמצום עלויות או זמנים:

  • גמישות התכן – בעידן שבו המכאניקה והאלקטרוניקה משולבים יותר ויותר זה בזה, יש משמעות גדולה ליכולת הצימוד ביניהם. לדוגמא, במקום לקחת מצע גמיש (FPCB) ולחבר אותו למכאניקה באמצעות ברגים, דבקים או בשיטות אחרות, הגמישות בתכן מתאפיינת בכך שניתן להדפיס ישירות על המכאניקה מבלי שיהיה צורך בממשק תיווך.
  • עצמאות – אנו ערים לכך שכמות מערכות הריבוד הולך וגדל עם הזמן. אם בעבר היה ניתן לקבל שירות מחברה אשר מחזיקה אצלה מספר מדפסות אזי העולם השתנה לחלוטין ובמחיר לא יקר ניתן לרכוש מדפסות שעושות את העבודה במשרד ובבית מבלי שיש צורך לפנות למיקור חוץ ולעשות בענייני רכש בכל פעם שרוצים לייצר פריט זה או אחר. לעצמאות יש מקום חשוב במאוד בטבלת הצרכים של אנשי הפיתוח.

ניקח לדוגמא את החדירה של AME לעולם של זיווד אלקטרוני ומיקרו-אלקטרוני (Electronic and Microelectronic Packaging).  חדירה זאת מדומה בעיניי לשינוי שהבטון והברזל עשו לשוק הבנייה. מיותר לציין את ההבדלים בשיטות הבנייה מאז כניסת חומרים אלו ואם נסתכל שנים קדימה אנו צפויים לראות את השינויים המהותיים שה – AME יחולל לשוק הזיווד במידה לא פחותה מזאת שעשו הבטון והברזל לבנייה. הם היו למעשה מה שנקרא “מאפשרים טכנולוגיים” (Tech-Enablers) אשר איפשרו למתכנני הבניין לצאת מגדרם ולחשוב על בנייה אחרת ממה שהייתה נהוגה קודם לכן. כך גם יקרה בעולם הזיווד האלקטרוני והמיקרו אלקטרוני עם טכנולוגית ה – AME.

בעידן שבו התחרות בין החברות הולכת וגוברת, פקטור חשוב מאוד הוא היכולת של חברה לספק את ה – Delivery שלה בזמן ולהפיץ אותו בשוק. ה – Time to Market של המפתח מצטמצם והוא מהווה פרמטר חשוב מאוד בעולם הטכנולוגי. הבדל של מספר ימים בהחדרת המוצר לשוק יכול להיות ההבדל בין הצלחה לכישלון ועליו יכולה לקום או ליפול חברה שלמה.

לסיכום השאלה על הצרכים, בבואנו לבחון טכנולוגיה חדשה אנו צריכים לשאול את עצמנו קודם כל על איזה צורך הטכנולוגיה באה לתת מענה. אין לי ספק שה – AME מביא איתו רוח גבית חזקה מאוד לצרכים רבים הן של אנשי הפיתוח והן של הלקוחות. וחשוב לזכור כי הטכנולוגיה הזאת עוד רק בתחילת הדרך שלה.

באיזה תחומים ויישומים אתה רואה כניסה של AME ?

הצורך בהדפסה של מתכות בטכנולוגיית AME שונה מהצורך מהדפסה של מתכות ב – AM. למתכת המודפסת ב – AM יש חשיבות מבנית והיא צריכה להיות בעלת תכונות חוזק מכאני מוגדרות. בשונה מכך, למתכת המודפסת ב – AME חשוב אומנם שתהיה חזקה אבל התכונה העיקרית שלה היא המוליכות החשמלית שלה. המטרה של המתכת המודפסת ב – AME היא להחליף את קווי וחוטי ההולכה הנהוגים היום במוצרים הקיימים כמו בכרטיסי אלקטרוניקה או מערכות אחרות.

לפיכך, AME רלוונטי בכל מקום שבו יש שילוב של מכאניקה ואלקטרוניקה. וכשאני אומר מכאניקה אני לא מדבר בהכרח על כרטיס אלקטרוניקה חשמלי כמו PCB אלא על כל מצע שניתן לממש מוליכים חשמליים פונקציונאליים עליו, בתוכו או מתחתיו.

כיצד טכנולוגיית ה – AME נותנת מענה לאתגרים אלו?

עד פרוץ מהפכת ה –AME היינו מורגלים לראות מוליכים (Conductors) במספר רב של תצורות כמו חוטים, פינים, משטחי נחושת במעגל מודפס (מע”מ) או טרמינציה ברכיבים אלקטרוניים. תצורות המוליכים היו למעשה פועל יוצא של שיטות הייצור הנהוגות בתעשייה.

כעת, לאחר שמהפכת ה –AME החלה, אנו צפויים לראות מוליכים בצורות שונות אשר באות לידי ביטוי גם בחומרים שלא היינו מורגלים לראות וגם בגיאומטריות שונות ומשונות. יתרה מכך, אם היינו רגילים לראות בתוך מערכת אלקטרונית מספר רב של חוטים, אנו צפויים בעתיד לפתוח את אותה המערכת ולראות מערכת נקייה יותר ללא חוטים

האם יש דוגמאות\פרויקטים שניתן לשתף ?

נכון להיום אנו עובדים במרץ על החדרה של AME למספר פרויקטים בפיתוח ברפאל. כמות המימושים לטכנולוגיה זאת היא אדירה והיא כוללת כרטיסי אלקטרוניקה, מחברים, אנטנות, מיגון וסיכוך אלקטרומגנטי, חיישני טמפרטורה ומעוות, אריזה לרכיבים מיקרו-אלקטרוניים ועוד. אני מאמין שככל שהמפתחים יהיו יותר מודעים לחומרים ולתהליכים שיש כיום בארץ ובעולם, כך אנו צפויים לראות יותר ויותר יישומים אשר משתמשים ב – AME.

כיצד אתה תופס את מקומה של טכנולוגיית ה – AME בהווה ולאן פניה מועדות ?

מגמות ה – IoT (Internet of Things) וה – IoE (Internet of Evething) מנתבות את העולם בכיוון מאוד ברור בעיניי גם אם לא יקרה בעשורים הקרובים הוא יקרה בהמשך – עולם הנשלט ע”י מחשבים המקבלים את המידע על בסיס חיישנים הפזורים בכל מקום על פני הגלובוס – שילוב בעולם החי, הצומח והדומם. חיישנים המתרגמים אירוע פיזיקאלי לסיגנל חשמלי המומר לשרשרת של ביטים במאגרי מידע אדירים שהמוח האנושי מתקשה להכיל. וכדי לממש את המסלול אליו העולם מתקדם יש צורך בטכנולוגיה אשר תאפשר לזה לקרות. ה – AME הוא אחד הענפים עליו ימומשו מגמות אלו. 

אם ניקח את שוק הרכב לדוגמא אנו עדים למגמה ההולכת וגוברת של כניסה לעולם הרכב האוטונומי. רכב שנוכל להיכנס אליו, לציין את היעד אליו נרצה להגיע והרכב כבר יעשה את העבודה לבדו מבלי הצורך שלנו להתערב. גם אם לא נסתכל עשרות שנים קדימה אלא נסתכל על ההווה, מיותר לציין שכבר היום הרכב מצויד ומרושת במספר רב של רכיבים וחיישנים חשמליים. בכל מערכת של הרכב ניתן למצוא שילוב של מכאניקה ואלקטרוניקה – מערכת הנעה, תאורה, מיזוג, בלמים, היגוי ועוד. חלק גדול מהמערכות מחוברות למחשב מרכזי כמו רשת של עצבים בגוף האדם. ובמקום להתחיל למשוך חוטים ממקום למקום בתוך הרכב, מה רע בהדפסה של אותם קווי הולכה חשמליים על גבי חלקי הרכב עצמו בכדי להוריד עלויות או להימנע מתקלות. ואם הפלטפרומה היא קלה מאוד כמו רחפן אזי לשיקול של משקל המוליכים יש פקטור חשוב מאוד בבחירת פתרון הולכה חשמלית.

ומה לגבי שוק החקלאות ? בואו וניקח את פרי הבננה כדוגמא. מטעי בננות בשטח של מאות דונמים עם אלפי או עשרות אלפי גזעולי בננה. כל גזעול מכיל מספר כפות המכילות כל אחת למעלה מעשר אצבעות בננות. וכעת בואו נדמיין שעל כל בננה שנוצרת בתחילת דרכה מדפיסים חיישן המאפשר לדעת מה גודלה או מה צבעה או מצב הסוכרים שיש בה בכל רגע נתון. חיישן זה משדר למרכז שליטה מרוחק המאפשר לבעל המטע לקבל אינדיקציה על מצב כל אצבע בננה במהלך מחזור החיים שלו ובכך לדעת מה זמן הקטיף הכי טוב בשבילו כדי להפיץ אוו לשוק.

ומה אם נסתכל עוד יותר קדימה בשנים ? מה לגבי הדפסה של חיישנים ישירות על גוף האדם ? הדפסה של חיישנים על העור או אפילו על איברים פנימיים ? ולמה שלא נדפיס עוד חיישנים אחרים מעבר למה שיש לנו ? אולי חיישנים מגנטיים כך שנוכל לדעת בדיוק איפה הצפון מבלי להוציא מצפן או לחפש את העגלה הגדולה ?

טכנולוגיית ה –  AMEרק התחילה את תהליך ההטמעה בתעשייה. שינוי תפיסה מחשבתית לוקח זמן. מהנדסים ומתכננים במקרים רבים מקובעים על בסיס הדברים שמכירים ובקיאים בהם מהעבר. כתכונה אנושית, אנו נימצא יותר במקומות בהם יש לנו ניסיון מה שנקרא ה”מקום הבטוח” ונעדיף בדרך כלל להיות שם מאשר ללכת לעולמות חדשים שאנו לא מכירים.

כפי שאנו ערים בהווה לפריחה הולכת וגוברת של חשיפה לעולם ה – AM, שכבר נהיה קונבנציונאלי ושמיש בפרויקטים רבים בארץ ובעולם, כך אנו ערים לפריחה של ה – AME. טכנולוגיית הריבוד, AM, היווה למעשה את הזרע של מה שאנחנו רואים היום עם ה – AME. הוא היווה את הבסיס לשנות פרדיגמה ולחשוב אחרת על חומר גלם. לא כזה שהוא מוצק ועליו מרכיבים רכיבים אלא כזה שהוא נוזלי וניתן לעצב איתו צורות שרק הדמיון יכול לפתח.

עמית דרור, יזם וסמנכ”ל בחברת ננו דיימנשן עם אביב רונן, ראש תחום מכניקת מערכות זעירות בשטח טכנולוגיות בחברת רפאל המשמש גם כיו”ר סניף IEEE EPS בישראל וראש ענף זיווד אלקטרוני ומיקרואלקטרוני בלשכת המהנדסים.

רוצים לדעת עוד? מגוון הרצאות מחכה לכם ללא עלות

להרשמה לכנס AME