2) מצלמה שהכינה מסכה ליתוגרפית עבור כל שכבה;
3) מכונת התהליך אשר מרחה פוטופולימר על המצע, מיצקה אותו על פי המסיכה המתאימה וגימרה את השכבה. כל אחד מחלקי המערכת היה מקורי והיה עליו להתגבר על בעיות בלתי מוכרות:
3.1 DFE: ההתייחסות למערכת המחשב הייתה כאל מערכת תכנון מכני, שניתן להציב בכל מקום בעולם – כאשר הממשקים שלה הם קבצים בלבד. בעיית יסוד ראשונה הייתה תשתית הטיפול במודלים בתלת מימד: הייצוג המתימטי למודלים בתלת-מימד במחשב לא היה סגור היטב גם במערכות ה-CAD המיכני הטובות. הצורך של סולידר היה בקיום מודל תלת-מימד ברור שאותו ניתן יהיה לפרוס לפרוסות מידע דו ממדיות דקות והסתבר לנו שפגמים מתימטיים קלים, שלא פגעו במערכות התכנון דרשו התייחסות מפורטת כדי שניתן היה להשתמש בקבצים לצורכי סולידר (ראה להלן).
3.2 מערכת המצלמה יצרה תמונה של כל שכבה על גבי לוח זכוכית שקוף כאשר אבקת טונר שחורה מגנה על האזורים שלא נועדו לפילמור.
התהליך הפיזיקלי המקורי שבבסיס של סולידר היה מורכב משש תחנות
1) תחנת המריחה מרחה שכבת פוטופולימר נוזלית דקה
2) מנורת UV נקודתית וגבוהה הקרינה אור על השכבה דרך המסכה, ומיצקה את החלקים השייכים לגוף באותה שכבה.
3) תחנת גירוף ויניקה שאבה באמצעות סכין אוויר ומכונת ואקום את הפוטופולימר שלא התמצק
4) תחנת שעווה מרחה שעווה מותכת במשטחים הנמוכים שנוצרו לאחר שאיבת הפולימר הנוזלי
5) תחנת קירור הקפיאה במהירות את השעווה והכינה אותה לשיבוב באמצעות כרסום גילוח (fly cutter)
6) תחנת קילוף שהורידה את החלק העליון של השכבה עד לגובה נתון.
מערכת הינע בשני צירים העבירה את העגלה שעליה נבנה המודל בין תחנות התהליך והנמיכה אותו ב-100 מיקרון בסיום כל שכבה. לכל תחנה היה כרטיס בקרה אלקטרוני וכולם היו מחוברים ביניהם אל מערכת רצף שגם העבירה פרמטרים ומידע לביצוע המודל והציגה מצב מכונה למפעיל.
אי אפשר להגזים בגודלה של משימת הפיתוח של צוות הפרויקט – כל אחת מתחנות התהליך הייתה ראשונה מסוגה ולא ניתן היה לקנות אותה מספק מסחרי. להלן כמה דוגמאות:
דוגמה ראשונה: מערכת המצלמה איפשרה – לראשונה בעולם – כתיבת מהירה של תמונה ישירות מראש קשיח אל מישור זכוכית קשיח (ללא מעבר דרך תוף גמיש). התמונה היוותה מסכה חוסמת להארת שכבת הפולימר ולאחר הפילמור – נאסף כל הטונר מהזכוכית כדי לשמש את הכתיבה של המסכה לשכבה הבאה.
דוגמה שנייה: תכנון סכין האוויר שזרם במהירות 0.7 מאך, שגירף את הפולימר שנשאר נוזלי לאחר ההארה, דרש חישובים מורכבים ומדויקים כד כדי כך, שנדרש לחשב אותם במחשב של הטכניון, ב-FORTRAN, במקום באמצעות המחשבים שבהם השתמשנו לכל הצרכים האחרים (32-bit DEC workstations) שהוכרזו כלא מספיק מדויקים.
ניהול הפיתוח – ניהול על פי סיכונים.
מעבר לאתגר של התהליך הפיזיקלי, לחץ הזמן ומיעוט המשאבים שהוכתבו על ידי המשקיעים חייבו ניהול פיתוח בסביבה של תוהו ובוהו עקב חוסר ידע וחוסר וודאות קיצוניים. מלכתחילה היה ברור שנדרשת חשיבה חדשה כדי לעמוד באתגרים המקצועיים והניהוליים.
מלכתחילה אומצה החתירה למגע מעשי וניסוי קונקרטי כעיקרון מנחה לפיתוח – להקטין ככל האפשר את גודל השגיאות בסביבה של אי-ודאות וטעויות: קיוביטל קמה רק כאשר היה אבטיפוס שאיפשר הדגמה של התהליך הבסיסי, אבות טיפוס לחלק מתחנות התהליך (למשל המצלמה) נבנו כבר בתחילת הפיתוח ותוך פחות מ-3 שנים לאחר הקמת החברה – הותקנה מכונת פיתוח ראשונה, אם כי קצת מגמגמת, בלשכת שירות בדטרויט. הכל כדי לקבל משוב בתנאי אמת לתהליך וליכולות המערכת.
צוות הפיתוח.
לכל אחת מתחנות העבודה היה מנהל וצוות ייעודי והיו שירותי מקצוע משותפים לכל התחנות.
צוות הפיתוח של קיוביטל היה מיוחד במינו. הצוות היה מורכב מאנשי מקצוע טובים מאוד (וחלקם יותר מכך), אבל מעבר למומחיות והיצירתיות בלטו המסירות, התעוזה ורוח הצוות. החדשנות של התהליך זימנה לכולנו אתגרים של פערי ידע דבר יום ביומו ורק צוות חזק במיוחד, שמקיים תקשורת פנימית, חופשית וגמישה, ללא מעמדות וגבולות קשיחים, יכול היה להתמודד איתם.
הצוות לא היה אחיד ברקע המקצועי או האישי, ומגוון מקצועי מקשה על שפה משותפת - בין כימאי למהנדס המכונות, למתמטיקאי ומהנדס מערכת. הצוות בקיוביטל דיבר הרבה, כולם עם כולם, וכשהיה צריך להיעזר במישהו נוסף כמתורגמן – אפשר היה לסמוך על תרומה מקצועית גם ממנו...
במקרה אחד (מערכת הכתיבה של מטענים אל זכוכית המצלמה), היה צורך בייעוץ מחברת PA בארצות הברית שלה ידע שלא היה בקיוביטל. מיוחדת הייתה התמיכה במשפחת מהנדס האלקטרוניקה שנשלח לתקופה ארוכה.
את צוות הפיתוח של עובדי החברה ליוו מומחים מחברות חיצוניות, כיועצים או אחראים על חלקים מהתכנון. מחברת DELPHAX ((Delphax Technologies Inc. Mississauga, Ontario, Canada – now part of AIRT. קיבלנו את ראשי הכתיבה בטכנולוגיה של הנחת מטענים (יונוגרפיה) על זכוכית וחברת PA (Princeton Associates, PA, USA – לא קימת היום) עזרה לנו לבנות את האלקטרוניקה לייצור המטענים. חברת FUSION ( Fusion UV Systems, Inc., MD. USA - כיום חלק מחברת Heraeus Noblelight) סיפקה לנו מנורות UV משופעלות מיקרוגל עם מקור נקודה. בין היועצים המשפיעים ביותר היו חברת שפיר הנדסה ואורי ברץ שעזרו בתכנון המכני של בסיס המערכת והיציקות. אחד החכמים והמקסימים שביועצים היה ביל סאליבן מ-Xerox- (Rochester, NY, USA), אשר לימד אותנו הדפסה.
בחלוף השנים נפגשנו כולנו עם אתגרים רבים וצוותים מקצועיים מגוונים. גם על הרקע והפרספקטיבה של השנים – בולטת עבודת צוות הפיתוח של קיוביטל כחוויה יוצאת דופן ומיוחדת.
ניהול תוכנית העבודה.
בגלל מורכבותה המיוחדת של תוכנית העבודה, היה ברור שצריך להעלות work breakdown structure על מחשב, לחשוב על כל קישרי הגומלין בין הפעילויות. כולנו היכרנו תוכנות שמאפשרות תרשים GANTT, הקצאת משאבים והגדרה של אבני דרך.
כולנו היכרנו גם כמה קשה לעקוב ולהעריך את מצב הפרויקט העדכני עם ההתקדמות. החלטנו להוסיף אלמנט ניהולי מקורי – פתרון סיכונים:
להלן העיקרון של ניהול הסיכונים בפרויקט: בתחילתו של פרויקט, רבה אי הוודאות המאיימת על התקדמותו. הצלחתו של הפרויקט מותנית בפתרון של כל אי הוודאויות. ברור שאם כולן תפתרנה עם תחילת הפרויקט, יהיה קל יותר להתנהל מאשר אם כולן תמשכנה לאיים מעל עד היום האחרון. כלומר, מעקב על התקדמות פתרון הסיכונים ואי הוודאויות מאפשר אומדן די אמיתי למצבו של הפרויקט.
לאחר הכנת רשימת הפעילויות, הכינו המובילים המקצועיים רשימה של סיכוני הפיתוח שהם ראו מולם. לסיכונים ניתנו משקלות על פי ההשפעה שלהם על היכולת לעמוד ביעדים הפונקציונליים, בזמן ובעלות. לאחר מכן, בתהליך לא קל שויך ביטול של כל סיכון לסיום פעילות ספציפית. תהליך השיוך הציף סיכונים שלא תוכננו עבורם פעילויות לפתרונם. באמצעות תוכנת הניהול, שורטט מהלך הפרויקט כגרף של פתרון הסיכונים המשוקללים ותוכנית העבודה הותאמה כדי לקדם פתרון של סיכונים. הסכום המשוקלל של הסיכונים הפך לאינדיקציה למצב התקדמות הפרויקט.
גרף הסיכונים עודכן במהלך העבודה על הפרויקט יחד עם עדכון הפעילויות. כך הובלטו פעילויות שהסתיימו אך לא פתרו את הסיכון שיועדו עבורו. גם סיכונים חדשים שהתגלו תוך כדי העבודה שולבו במערך הסיכון/ פעילות הכללי. אמנם לא כל הסיכונים נפתרו לפי התוכנית והיו כאלו שהלכו ושבו – אבל כלי המעקב אחרי הסיכונים הראה התקדמות שבעיקרה הייתה מונוטונית יורדת כנדרש.
לוח הזמנים.
קיוביטל הוקמה וסיימה את גיוס הצוות הבסיסי לקראת תחילת 1988. במשך כשנה תוכנן קונספט מכונה אינטגרטיבי סביב לוח בנייה נייח עם תחנות עבודה הנוסעות סביבו. לאחר שהתכנון נקלע לקשיים והיה חשש כי הזמן והמשאבים לא יספיקו למימוש מערכת - שונה קונספט המכונה למערכת עם תחנות נייחות ולוח בנייה הנוסע ביניהן. ההתארגנות החדשה לפיתוח העמידה מערכת שייצרה שכבה בודדת – עם כל התחנות תוך 9 חודשים – ב-15 ביוני 1989.
בתחילת 1991 הותקנו המערכות הראשונות אצל לקוחות אמת (General Motors, Allied Signals ו-Ford).
כמה טוב.
הסיפור הקלאסי של התועלת הפוטנציאלית של מדפסת תלת-מימד התרחש בעת התקנת המערכת בחברת באינדיאנה שהייתה ספק של מכלולים ליצרניות רכב. בעוד מהנדס קיוביטל עוסק בהתקנה וכיוון של המערכת, קיבל הלקוח מועד קרוב להגשת מכרז על מערכת דלק. הלקוח הגיש את המסמכים יחד עם מודל תלת-ממדי של המערכת שנבנה על מערכת סולידר תוך כדי התקנתה. לפי עדות הלקוח, הדגם הביא לזכייה במכרז ושילם את מחיר המערכת – כבר לפני מסירת המכונה רשמית ללקוח!
תוצאות ומסקנות.
מהשלב הראשון האפשרי, נערכו ניסויים לבניית דגמים בכל הפרמטרים ובכל אופני העבודה. אולם בעיית אמינות המכונה ואיכות הדגמים היא בעיה שלא נפתרה לאורך כל חיי החברה. כאשר המכונה הייתה מכוונת היטב ומופעלת ללא הפסקות על יד מפעיל מיומן, הייתה סולידר יכולה לבנות דגמים מורכבים ויפהפיים 24 שעות ביממה. בזמנים אחרים הייתה המכונה נתקעת, מלכלכת את סביבותיה ומבזבזת חומרי גלם ברמה שדחתה לקוחות. עם כל היצירתיות והיכולת של הצוות, רק כ-6 שנים מתחילת הפיתוח החלו דיונים לגבי הסתכלות חדשה על התהליך וחיפוש פתרונות נוספים.
סולידר הייתה מערכת גדולה: אורכה כ-6.5 מ', רוחבה כ-2 מ' ומשקלה כ-5 טון (יציקת הברזל שעליה נדפנו חלקי המכונה שקלה כ-3 טון).
שלוש מסקנות בולטות של מנהל הפיתוח לגבי קיוביטל כמיזם: