211service.com
3D spausdintuvas, kuris pagaliau gali pakeisti gamybą
Desktop Metal mano, kad jos mašinos suteiks dizaineriams ir gamintojams praktišką ir prieinamą būdą spausdinti metalines dalis. 2017 m. balandžio 25 d
Grantas Kornetas
Liko mažiau nei du mėnesiai iki jo įmonės pirminio produkto pristatymo, o generalinis direktorius Ricas Fulopas su džiaugsmu demonstruoja ant stalo, kuriame bus eksponuojamos, eilės nuluptų 3-D spausdintuvų, keletą didelių gabaritų mikrobangų krosnelių ir įvairių smulkių metalinių daiktų. Už uždarų durų pramoninių dizainerių komanda sėdi prie bendro darbo stalo, kiekvienas atsuktas į didelį ekraną. Už jų esanti siena yra padengta įvairiomis ambicingų startuolio produktų išvaizdomis: 3D spausdintuvais, kurie gali pigiai ir pakankamai greitai pagaminti metalines dalis, kad technologija taptų praktiška plačiai naudojama gaminių projektavimo ir gamybos srityse.
Bendrovė „Desktop Metal“ surinko beveik 100 mln. USD iš pirmaujančių rizikos kapitalo įmonių ir tokių įmonių kaip „General Electric“, BMW ir „Alphabet“ rizikos padalinių. Tarp steigėjų yra keturi žinomi MIT profesoriai, įskaitant mokyklos medžiagų mokslo katedros vadovą ir Emanuelį Sachsą, kuris 1989 m. pateikė vieną iš originalių 3D spausdinimo patentų. Vis dėlto, nepaisant visų pinigų ir patirties, nėra jokios garantijos, kad įmonei pavyks iš naujo išrasti, kaip gaminame metalines dalis, ir taip pakeisti didelę gamybos dalį.
Ši istorija buvo mūsų 2017 m. gegužės mėnesio numerio dalis
- Žr. likusią numerio dalį
- Prenumeruoti
Fulopui judant po didelę, atvirą darbo vietą, atrodo, kad jo jaudulį ir entuziazmą slopina nerimas. Galutiniai komerciniai spausdintuvai dar neparengti. Darbuotojai yra užsiėmę tvarkydami mašinas, o pagaminti bandomieji objektai yra išsibarstę. Pažanga daroma, bet taip pat akivaizdu, kad laikrodis tiksi. Kampe, esančiame prie lauko durų ir įėjimo, grindys tuščios ir užklijuotos juostele; netrukus erdvę reikės užpildyti planuojamo įmonės stendo, skirto artėjančiai parodai, maketu.
Jei tai pavyks, Desktop Metal padės išspręsti bauginantį iššūkį, kurio 3-D spausdinimo kūrėjai išvengė daugiau nei tris dešimtmečius ir smarkiai apribos technologijos poveikį. Iš tiesų, nepaisant didelių fanfarų ir evangelikų entuziastų, 3-D spausdinimas daugeliu atžvilgių buvo nusivylimas.
Mėgėjai ir save vadinantys kūrėjai gali naudoti palyginti nebrangius 3D spausdintuvus, kad iš plastiko sukurtų nuostabiai sudėtingas ir išradingas formas. Kai kurie dizaineriai ir inžinieriai pastebėjo, kad šios mašinos yra naudingos tyčiojantis iš potencialių produktų, tačiau polimerinių dalių spausdinimas gamybos aikštelėse buvo mažai naudojamas, išskyrus keletą specializuotų gaminių, tokių kaip pritaikyti klausos aparatai ir dantų implantai.
Nors įmanoma
3-D spausdinimo metalai, tai padaryti sunku ir brangu.
Nors galima spausdinti 3-D metalus, tai padaryti sunku ir brangu. Pažangios gamybos įmonės, tokios kaip GE, naudoja labai brangias mašinas su specializuotais didelės galios lazeriais, kad pagamintų kelias didelės vertės dalis (žr. „Priedų gamyba“ mūsų 2013 m. 10 proveržio technologijų sąraše). Tačiau metalus spausdina tik įmonės, turinčios milijonus išleisti įrangai, lazeriams maitinti ir aukštos kvalifikacijos specialistams visa tai valdyti. O norintiems spausdinti įvairias metalinės dalies iteracijas gaminio projektavimo ir tobulinimo procese vis dar nėra lengvai prieinamos galimybės.
Hidraulinis kolektorius apdorojamas mikrobangų krosnelės viduje, kurioje plieninei daliai sukepinti naudojama iki 1400 °C temperatūra. Tokia dalis yra per sudėtinga, kad ją būtų galima pagaminti įprastais metodais.
3-D spausdinimo trūkumai reiškia, kad vizija, kuri ilgą laiką jaudino jos šalininkus, lieka sunkiai suprantama. Jie norėtų sukurti skaitmeninį dizainą, išspausdinti prototipus, kuriuos galėtų išbandyti ir patobulinti, o tada panaudoti optimizuotos versijos skaitmeninį failą, kad iš tos pačios medžiagos sukurtų komercinį produktą ar dalį, kai tik paspaudę 3D formatą. spausdintuvas. Įperkamas ir greitas būdas spausdinti metalines dalis būtų svarbus žingsnis siekiant įgyvendinti šią viziją.
Tai suteiktų dizaineriams daugiau laisvės, leisdama kurti ir išbandyti sudėtingų formų dalis ir įrenginius, kurių neįmanoma lengvai pagaminti naudojant jokį kitą gamybos būdą – tarkime, sudėtingas aliuminio groteles ar metalinį objektą su vidinėmis ertmėmis. Galiausiai inžinieriai ir medžiagų mokslininkai galėtų sukurti dalis su naujomis funkcijomis ir savybėmis deponuojant įvairius medžiagų derinius, pavyzdžiui, išspausdinant magnetinį metalą šalia nemagnetinio. Be to, tai iš naujo apibrėžtų masinės gamybos ekonomiką, nes kažko spausdinimo kaina būtų tokia pati, nepaisant to, kiek gaminių buvo pagaminta. Tai pakeistų gamintojų mąstymą apie gamyklų dydį, atsarginių atsargų poreikį (kam laikyti daug dalių sandėlyje, jei vieną galima paprastai ir greitai atsispausdinti?) ir gamybos pritaikymo specializuotiems produktams procesą.
Štai kodėl vyko lenktynės, siekiant 3D spausdinimą paversti nauju būdu gaminti dalis. Ilgamečiai 3D spausdintuvų tiekėjai, įskaitant Stratasys ir 3D Systems, pristato vis pažangesnius įrenginius, kurie yra pakankamai greiti, kad gamintojai galėtų juos naudoti. Praėjusiais metais HP pristatė 3D spausdintuvų liniją, kuri, bendrovės teigimu, leis gamintojams kurti prototipus ir gaminti produktus iš nailono – plačiai naudojamo termoplastiko. Ir praėjusį rudenį GE išleido daugiau nei milijardą dolerių porai Europos įmonių, kurios specializuojasi metalinių dalių 3D spausdinimo srityje.
Šis plieninis propeleris ką tik buvo atspausdintas. Tarp sraigto menčių ir metalinės atramos yra plona keramikos linija, kuri sukepinimo proceso metu pavirs smėliu, todėl gatavą dalį galima lengvai atskirti nuo atramos.
Propeleris po apdorojimo yra didelio našumo dalies, kurią galima pagaminti naudojant 3-D spausdinimą, pavyzdys. Inžinieriai gali naudoti šį metodą įvairių konstrukcijų prototipui kurti ir optimizuoti.
Tačiau tikroji „Desktop Metal“ konkurencija tikriausiai nėra susijusi su didėjančiu 3-D spausdinimo įmonių skaičiumi. Pirma, 3D spausdintuvai iš HP, Stratasys (investuotojas į Desktop Metal) ir 3D Systems daugiausia naudoja įvairių tipų plastikus, o ne metalus, kuriuos Fulop įmonė nori naudoti savo spausdintuvuose. Ir GE aukščiausios klasės mašinos mažai sutampa su Desktop Metal rinkos ambicijomis. Vietoj to, tikrieji Desktop Metal konkurentai greičiausiai bus nusistovėjusios metalo apdirbimo technologijos. Tai apima automatizuotus apdirbimo būdus, pvz., metodą, naudojamą gaminant itin ploną aliuminio galinį „iPhone“ korpusą, ir sparčiai populiarėjančią praktiką, vadinamą metalo liejimu, kuris yra įprastas metalo gaminių masinės gamybos būdas.
Pagrindiniai žaidėjai 3D spausdinimo srityje
Įmonė: Stratasys
Technologijos: Vieną iš originalių 3-D spausdinimo kompanijų „Stratasys“ įkūrė Scottas Crumbas, lydyto nusodinimo modeliavimo, labiausiai paplitusio plastikinių dalių spausdinimo būdo, išradėjas.
Produktai: Parduoda aparatus, galinčius spausdinti įvairias fotopolimerines ir termoplastines medžiagas.Įmonė: Carbon
Technologijos: Šis Silicio slėnio startuolis sukūrė naują fotocheminį procesą, skirtą detalių iš įvairių plastikų, įskaitant poliuretaną ir epoksidą, gamybai.
Produktai: Šį pavasarį pristatė gamintojams modulinę sistemą.Įmonė: HP
Technologijos: Jos mašinų serijoje išnaudojama ilga įmonės istorija su rašaliniu spausdinimu, naudojant vadinamąją kelių reaktyvinių sintezės technologiją. Tam naudojami keli purkštukai didelės spartos ir didelės raiškos spausdinimui.
Produktai: Praėjusiais metais pristatė savo pirmuosius 3-D spausdintuvus. Pradinės mašinos spausdina nailoną, tačiau įmonė ketina plėsti ir kitas medžiagas.Įmonė: 3D Systems
Technologijos: Pirmąją 3-D spausdinimo įmonę „3D Systems“ įkūrė Chuckas Hullas, stereolitografijos, kuri naudoja šviesą dalims iš fotopolimerų formuoti, išradėjas. Dabar ji siūlo įvairių tipų 3-D spausdintuvus, įskaitant kai kuriuos, spausdinančius metalines dalis.
Produktai: Praėjusiais metais pristatė naujausią stereolitografijos iteraciją.
Kitaip tariant, „Desktop Metal“ ne tik bandys pranokti kitus 3D spausdintuvus, bet ir turės sunkią užduotį pakeisti gamintojus nuo gamybos metodų, kurie yra jų verslo pagrindas. Tačiau dėl šios didelės, nusistovėjusios rinkos egzistavimo perspektyva tokia intriguojanti. Metalinių dalių gamyba, pasak Fulopo, yra trilijonų dolerių vertės pramonė. Ir net jei 3D spausdinimas laimi tik nedidelę jo dalį, priduria jis, tai vis tiek gali reikšti kelių milijardų dolerių galimybę.
Per karšta spausdinti
Apsižvalgyti. Metalai yra visur. Tačiau kadangi 3-D spausdinimas buvo plačiai naudojamas gaminant plastiką, metalinių dalių gamyboje šios technologijos naudojimas buvo labai ribotas, sako Chrisas Schuhas, MIT medžiagų mokslo ir inžinerijos vadovas ir vienas iš Desktop Metal įkūrėjų. Metalo apdirbimas yra daugiau menas. Tai labai sudėtinga erdvė.
Metalinių objektų gamyba naudojant 3-D spausdinimą yra sudėtinga dėl kelių priežasčių. Akivaizdžiausia yra aukšta temperatūra, reikalinga metalams apdirbti. Dažniausias plastiko spausdinimo būdas yra polimerų kaitinimas ir medžiagos išpurškimas iš spausdintuvo antgalio; tada plastikas greitai sukietėja į norimą formą. Procesas yra pakankamai paprastas, kad jį būtų galima naudoti 3D spausdintuvuose, kurie parduodami už maždaug 1000 USD. Tačiau statyti 3-D spausdintuvą, kuris tiesiogiai išspaudžia metalus, nėra praktiška, nes aliuminis lydosi 660 °C temperatūroje, daug anglies turintis plienas – 1370 °C, o titanas – 1668 °C. Metalinės dalys taip pat turi praeiti keletą aukštos temperatūros procesų, kad būtų užtikrintas laukiamas stiprumas ir kitos mechaninės savybės.
Kad 3-D spausdintuvas būtų pakankamai greitas, kad jį būtų galima naudoti metalinių objektų gamyboje, „Desktop Metal“ atsigręžė į technologiją, kuri atsirado devintojo dešimtmečio pabaigoje. Tada MIT inžinierių komanda, vadovaujama bendrovės įkūrėjo Sachso, pateikė patentą trimatės spaudos technikos . Jame aprašytas procesas, kai padengiamas plonas metalo miltelių sluoksnis, o po to naudojamas rašalinis spausdinimas, kad nusodintų skystį, kuris selektyviai suriša miltelius. Procesas, kuris kartojamas šimtus ar tūkstančius sluoksnių, kad būtų apibrėžta metalinė dalis, gali sudaryti beveik neribotą geometrinį sudėtingumą. Dažniausiai taikant technologiją, rišiklis veikia kaip klijai. Tačiau jis taip pat gali būti naudojamas vietiniam įvairių medžiagų nusodinimui įvairiose vietose.
MIT mokslininkai žinojo, kad jų spausdinimo metodas gali būti naudojamas metalinėms ir keramikinėms dalims gaminti, sako Sachsas. Tačiau jie taip pat žinojo, kad tai buvo per lėta, kad būtų praktiška, o procesui reikalingi metalo milteliai tuo metu buvo per brangūs. Sachsas kreipėsi į kitus mokslinių tyrimų interesus, įskaitant pastangas tobulinti fotovoltinių elementų gamybą (žr. „Praying for an Energy Miracle“, ). Per ateinančius dešimtmečius 3D spausdinimas įsibėgėjo ir patraukė daugelio gaminių dizainerių vaizduotę. Labiausiai žinoma, kad pigus ir paprastas naudoti 3D spausdintuvas iš MakerBot buvo pristatytas 2009 m., patrauklus daugeliui savanaudiškų išradėjų ir meistrų. Tačiau šie įperkami spausdintuvai susidūrė su realybe, kad jie apsiribojo keletu pigių plastikų. Be to, nors mašinos gali spausdinti sudėtingas formas, galutinis produktas dažnai nėra toks geras kaip plastikinė dalis, pagaminta naudojant įprastą technologiją.
Iš arti sparnuotos veržlės.
„Desktop Metal“ atskirai atspausdino varžtą ir sparninę veržlę, kad parodytų, jog gali pagaminti detales su nedideliais leistinais nuokrypiais.
Tuo tarpu pramonės gamintojų, tokių kaip GE, mokslininkai buvo užsiėmę devintojo dešimtmečio pabaigoje išrastų lazerinių technologijų, skirtų metalams spausdinti, plėtra. Šios mašinos naudoja lazerius arba, kai kuriais atvejais, didelės galios elektronų pluoštus, kad metalo miltelių sluoksnyje išlydytų medžiagą. Jie kartoja procesą, kad iš sulydytų miltelių sukurtų trimatį objektą. Technika įspūdinga savo galimybėmis, tačiau ji lėta ir brangi. Verta naudoti tik itin vertingas dalis, kurios yra per sudėtingos, kad jas būtų galima pagaminti kitais būdais. Pažymėtina, kad naujajame GE reaktyviniame variklyje naudojama daugybė sudėtingų 3-D spausdintų degalų purkštukų; jie yra lengvesni ir daug patvaresni, nes juose įmontuoti įmantrūs aušinimo kanalai.
„Desktop Metal“ įkūrėjai nusprendė, kad norėdami, kad 3-D metalo spausdinimas taptų plačiau prieinamas, jiems reikės parduoti dviejų skirtingų tipų mašinas: palyginti nebrangų stalinio kompiuterio modelį, tinkantį dizaineriams ir inžinieriams, gaminantiems prototipus, ir tokį, kuris būtų pakankamai greitas ir didelis. gamintojams. Laimei, dėl kelių naujovių pradinis Sachs išradimas pagaliau tapo pritaikytas masinei gamybai, įskaitant labai didelės spartos rašalinio spausdinimo, skirto segtuvui nusodinti, sukūrimą. Paeiliui spausdinant apie 1500 sluoksnių, kurių kiekvienas yra 50 mikrometrų storio ir nusodinamas per kelias sekundes, gamybinio masto spausdintuvas gali sukurti 500 kubinių colių dalį per valandą. Tai maždaug 100 kartų greičiau nei lazerinis 3D spausdintuvas gali pagaminti metalines dalis.
Savo prototipų kūrimo mašinoje „Desktop Metal“ panaudojo plastiko 3-D spausdinimo metodą. Tačiau vietoj suminkštinto polimero naudojami metalo milteliai, sumaišyti su takiu polimeriniu rišikliu. Kompozicija išspaudžiama naudojant atspausdintą rišiklį, kad metalo milteliai suliptų į numatytas formas.
Tačiau nesvarbu, ar dalis atspausdinta prototipų kūrimo mašina ar gamybos modeliu, gautam objektui – dalis plastiko segiklio ir dalis metalo – trūksta metalinio tvirtumo. Taigi jis patenka į specialiai sukurtą mikrobangų krosnelę, skirtą sukepinti, naudojant šilumą, kad medžiaga taptų tankesnė ir pagaminama norimų savybių dalis. Atliekant keletą kruopščiai kalibruotų sukepinimo proceso etapų, polimeras sudeginamas, o tada metalas sulydomas esant temperatūrai, gerokai žemesnei nei jo lydymosi temperatūra.
Pardavimo aikštelė
Remiantis entuziastų pažadais, 3D spausdinimas sumažins pramonės gamintojų poreikį ir suteiks vietos amatininkų gamintojams daugiau galimybių (žr. Gamintojų ir gamintojų skirtumas, ). Tikėtina, kad tikrovė bus kitokia, bet vis dėlto gili. Daugelis pramonės gamybos sektorių vis dažniau naudoja automatizavimą ir pažangią programinę įrangą, o 3D spausdinimas sustiprina šį nuolatinį perėjimą prie skaitmeninės gamybos. Tam tikrais atžvilgiais tai nepanašu į automatinį apdirbimo procesą, kai naudojant skaitmeninį failą sukuriama metalinė dalis. 3-D spausdinimas skiriasi tuo, kad jis siūlo daug sudėtingesnių objektų kūrimo būdų ir pašalina daugybę suvaržymų, kuriuos gamybos procesas kelia dizaineriams ir inžinieriams.
Susijusi istorija
Skaitykite toliau Nepaisant programų ir socialinės žiniasklaidos žavesio, šiuolaikinės skaitmeninės technologijos mažai padeda sukurti tokią gerovę, kokią mėgavosi ankstesnės kartos, teigia garsus ekonomistas. Tačiau tai nereiškia, kad turėtume atsisakyti naujovių.Tai taip pat galėtų paskatinti gamintojus pakeisti savo logistikos ir gamybos strategijas. Palyginti nedideliems prekių kiekiams 3D spausdinimas galėtų būti pigesnis, nes tai pašalina išlaidas, susijusias su įrankiais, liejimu ir formomis, reikalingomis daugeliui metalinių ir plastikinių objektų išpilstyti. Laikas ir pinigai, kurių reikia viso to sukūrimui, yra viena iš priežasčių, kodėl dažnai reikia masinės gamybos, jei gamintojas ketina užsidirbti pinigų. Be tos paskatos įsipareigoti gaminti masinę gamybą, gamyklos galėtų pakeisti gamybos grafikus ir labiau reaguoti į paklausą, dar labiau priartėdamos prie gamybos „laiku“. Johnas Hartas, MIT mechanikos inžinerijos profesorius ir vienas iš Desktop Metal įkūrėjų, vadina tai pritaikyta masine gamyba. Vietoj to, kad didelės patalpos pagamintų daugybę identiškų dalių, kurios turi būti gabenamos visame pasaulyje ir laikomos sandėliuose, gamintojai gali išlaikyti išsibarsčiusias gamyklas, kurios gamina įvairius gaminius, prireikus padidindamos gamybą. Hartas sako, kad pasekmės po dešimtmečio ar dviejų tikriausiai viršija mūsų vaizduotę. Tikrai nemanau, kad žinome, ką darysime su šiomis technologijomis.
Šiuo metu „Desktop Metal“ iššūkis yra suteikti savo įrangą dizainerių ir inžinierių, atsakingų už naujos kartos savo įmonių gaminius, rankose. Šią žiemą „Fulop“ ruošėsi pristatyti pradinį įmonės produktą – prototipų kūrimo mašiną – gegužės pradžioje vykusioje parodoje Pitsburge. (Gamybinį 3D spausdintuvą planuojama įsigyti kitais metais.) Jo užduotis būtų įtikinti dalyvius, kad išleisti 120 000 USD „Desktop Metal“ prototipų kūrimo spausdintuvui ir sukepinimo krosnei yra būtina jų įmonių ateičiai.
Vienas iš pagrindinių 3-D spausdinimo pranašumų yra jo galimybė sukurti sudėtingas konstrukcijas, įskaitant vidines groteles metalinėje dalyje. Iš tokių konstrukcijų būtų galima pagaminti lengvesnes ir tvirtesnes dalis.
Tai pardavimų darbas, kuriam Fulop puikiai tinka. Jis įkūrė daugiau nei pusšimtį įmonių, pradedant viena, importuojančia kompiuterių aparatinę ir programinę įrangą, kurią įkūrė būdamas 16 metų ir vis dar gyvena gimtojoje Venesueloje. Jis tikriausiai geriausiai žinomas dėl to, kad įkūrė A123 Systems – baterijų kompaniją, kuri buvo viena iš sparčiausiai plaukiojančių startuolių 2000-ųjų pabaigoje, o 2009 m. baigėsi 371 mln. -Ming Chiang, MIT profesorius, kuris taip pat yra vienas iš Desktop Metal įkūrėjų. Kaip ir dabartinė 3-D spausdinimo įmonė, A123 tikėjosi panaudoti medžiagų mokslo žinias, kad pakeistų didžiulę rinką.
Tai taip pat galėtų paskatinti gamintojus pakeisti savo logistikos ir gamybos strategijas.
Nors A123 mėgavosi sparčiu augimu ir itin sėkmingu IPO, bendrovė paskelbė apie bankrotą 2012 m. (Fulop pasitraukė 2010 m.). Paklauskite Fulopo pamokos iš A123 ir jis pasakys paprastai: Baterijos yra mažos maržos rinka. Iš tiesų, A123 sunkiai konkuravo vis labiau perpildytoje baterijų versle ir nepasiūlė pakankamai radikalaus našumo pagerėjimo, palyginti su senais ličio jonų akumuliatoriais, kad iš karto laimėtų besikuriančią hibridinių transporto priemonių rinką (žr. A123 technologija tiesiog nebuvo pakankamai gera ).
Iššūkiai, su kuriais susidurs Desktop Metal, bus labai skirtingi. Jau egzistuoja didžiulė metalinių dalių rinka. Ir startuolis mano, kad jo technologija bent jau artimiausiu metu turės nedaug tiesioginių konkurentų. Chiangas atkreipia dėmesį į tikrai turtingą startuolio patentų portfelį. Tai ne tik medžiagos; tai technika, tai [sukepinimo] krosnis, sako jis. Kuo sunkesnė technologija, tuo didesnės kliūtys patekti į rinką bus sukurtos, jei jums pasiseks.
Savo biure Chiangas turi medinę dėžę, kurioje yra pustuzinis kardų, paskolintų iš Bostono dailės muziejaus, pagamintų aštuntajame dešimtmetyje naudojant tradicines japonų technologijas. Čiangas mokydamas naudoja kardus. Pamoka: kaip meistrai panaudojo metalurgijos paslaptis, kad geležies rūdą paverstų galutiniu produktu – itin aštriu, šiek tiek lenktu plieno kardu. Demonstruodamas kardus, Chiangas atkreipia dėmesį į kai kurias jų detales, paaiškindamas jų gamintojų naudojamas gudrybes, pavyzdžiui, gesinimo metodą, naudojamą kuriant itin kietą briauną ir minkštesnį korpusą. Grįžęs prie savo stalo ir vėl atkreipęs dėmesį į Desktop Metal, jis taip pat entuziastingai apibūdina metalinius objektus, kuriuos neseniai išspausdino įmonė ir kurie eksponuojami jos patalpose. Įdomu tai, kad jūs tikrai galite pagaminti šias dalis, sako Chiangas. Kelios valandos, ir štai dalis, kurios anksčiau net negalėjote pagaminti.
Tai nepakeis tokių šimtamečių gamybos metodų, kaip kalimas ir metalo liejimas, tačiau 3-D spausdinimas galėtų sukurti naujų galimybių gamyboje ir galbūt iš naujo įsivaizduoti metalurgijos meną.