3-D-print vokser ud over dets nyhedsrødder


DEVENS, Mass. — Maskinerne er 20 fod høje, vejer 60.000 pund og repræsenterer den teknologiske grænse for 3-D-print.

Hver maskine implementerer 150 laserstråler, projiceret fra et portal og bevæger sig hurtigt frem og tilbage, og fremstiller højteknologiske dele til erhvervskunder inden for områder, herunder rumfart, halvledere, forsvars- og medicinske implantater.

Delene af titanium og andre materialer skabes lag for lag, hver omtrent lige så tynde som et menneskehår, op til 20.000 lag, afhængigt af en dels design. Maskinerne er hermetisk lukkede. Indeni er atmosfæren hovedsageligt argon, den mindst reaktive af gasser, hvilket reducerer chancen for urenheder, der forårsager defekter i en del.

3-D-printstøberiet i Devens, Massachusetts, omkring 60 miles nordvest for Boston, ejes af VulcanForms, en start-up, der kom ud af Massachusetts Institute of Technology. Det har rejst 355 millioner dollars i venturefinansiering. Og dets arbejdsstyrke er seksdoblet i det seneste år til 360, med rekrutter fra store producenter som General Electric og Pratt & Whitney og teknologivirksomheder, herunder Google og Autodesk.

“Vi har bevist, at teknologien virker,” sagde John Hart, medstifter af VulcanForms og professor i maskinteknik ved MIT, “Det, vi skal vise nu, er stærke økonomiske forhold som virksomhed, og at vi kan styre vækst.”

For 3-D-print, hvis oprindelse strækker sig tilbage til 1980’erne, kan de teknologiske, økonomiske og investeringsmæssige tendenser endelig falde på plads for industriens kommercielle udbrud, ifølge fremstillingseksperter, virksomhedsledere og investorer.

BilledeDele skabt med 3-D-printere bruges til at køle avanceret elektronisk udstyr ved at trække varme fra computerkredsløb.
Kredit…Simon Simard for The New York Times

De siger, at 3-D-print, også kaldet additiv fremstilling, ikke længere er en nyhedsteknologi for nogle få forbruger- og industriprodukter eller til at lave prototypedesignkoncepter.

“Det er nu en teknologi, der begynder at levere produktkvalitet i industriel kvalitet og udskrivning i volumen,” sagde Jörg Bromberger, en produktionsekspert hos McKinsey & Company. Han er hovedforfatter til en nylig rapport fra konsulentfirmaet med titlen, “Mainstreaming af additiv fremstilling.”

3-D-print refererer til at lave noget fra bunden, et lag ad gangen. Computerstyrede laserstråler smelter pulver af metal, plastik eller kompositmateriale for at skabe lagene. Ved traditionel “subtraktiv” fremstilling støbes f.eks. en metalblok, og derefter skæres en del ned i form med værktøjsmaskiner.

I de seneste år har nogle virksomheder brugt additiv teknologi til at fremstille specialiserede dele. General Electric er afhængig af 3-D-print for at lave brændstofdyser til jetmotorer, Stryker laver spinalimplantater og Adidas udskriver gittersåler til avancerede løbesko. Tandimplantater og tandretningsanordninger er 3D-printede. Under Covid-19-pandemien producerede 3-D-printere nødforsyninger af ansigtsskærme og ventilatordele.

I dag, siger eksperter, er potentialet langt bredere end en relativ håndfuld nicheprodukter. Markedet for 3D-print forventes at tredobles til næsten 45 milliarder dollars på verdensplan i 2026, ifølge en rapport fra Hubsen markedsplads for fremstillingstjenester.

Biden-administrationen ser efter 3-D-print for at hjælpe med at føre en genopblussen af ​​amerikansk produktion. Additiv teknologi vil være et af “grundlaget for moderne fremstilling i det 21. århundrede,” sammen med robotteknologi og kunstig intelligens, sagde Elisabeth Reynolds, særlig assistent for præsidenten for fremstilling og økonomisk udvikling.

Billede

Kredit…Simon Simard for The New York Times

I maj rejste præsident Biden til Cincinnati for at annoncere Additive Manufacturing Forward, et initiativ koordineret af Det Hvide Hus i samarbejde med større producenter. De fem første koncernmedlemmer – GE Aviation, Honeywell, Siemens Energy, Raytheon og Lockheed Martin – øger deres brug af additiv fremstilling og lovede at hjælpe deres små og mellemstore amerikanske leverandører med at tage teknologien i brug.

De frivillige tilsagn har til formål at fremskynde investeringer og opbygge en bredere hjemmebase af færdigheder inden for additiv fremstilling. Fordi 3-D-print er en højteknologisk digital fremstillingsproces, siger administrationsembedsmænd, spiller det til USA’s styrke inden for software. Additiv fremstilling, tilføjer de, vil gøre amerikansk fremstilling mindre afhængig af støbning og metalbearbejdning udført i udlandet, især i Kina.

Additiv fremstilling lover også en miljøbonus. Det er langt mindre spild end støbning, smedning og skæring af traditionel fremstilling. For nogle metaldele kan 3-D-print reducere materialeomkostningerne med 90 procent og reducere energiforbruget med 50 procent.

Industriel 3-D-print, siger eksperter, har potentialet til at reducere de samlede omkostninger ved fremstilling af specialiserede dele væsentligt, hvis teknologien kan gøres hurtig og effektiv nok til produktion i større mængder.

VulcanForms blev grundlagt i 2015 af Dr. Hart og en af ​​hans kandidatstuderende, Martin Feldmann. De forfulgte en ny tilgang til 3D-print, der bruger en række af mange flere laserstråler end eksisterende systemer. Det ville kræve innovationer inden for laseroptik, sensorer og software at koreografere laserstrålernes indviklede dans.

I 2017 havde de gjort nok fremskridt til at tro, at de kunne bygge en maskine, men ville have brug for penge til at gøre det. Parret, sammen med Anupam Ghildyal, en serieopstartsveteran, der var blevet en del af VulcanForms-teamet, tog til Silicon Valley. De sikrede sig en seed-runde på 2 millioner dollars fra Eclipse Ventures.

VulcanForms-teknologien, mindede om Greg Reichow, en partner hos Eclipse, forsøgte at løse de tre mangler ved 3-D-print: for langsom, for dyr og for fyldt med defekter.

Billede

Kredit…Simon Simard for The New York Times

Start-up’et kæmpede for at bygge en første maskine, der viste, at dets koncept var brugbart. Men det lykkedes til sidst. Og senere versioner blev større, mere kraftfulde og mere præcise.

Dens printere, sagde VulcanForms, genererer nu 100 gange laserenergien i forhold til de fleste 3-D-printere og kan producere dele mange gange hurtigere. Denne printteknologi er virksomhedens intellektuelle kerneaktiver, beskyttet af snesevis af patenter.

Men VulcanForms har besluttet ikke at sælge sine maskiner. Dets strategi er at være leverandør til kunder med behov for specialfremstillede dele.

Den tilgang giver VulcanForms mulighed for at kontrollere hele fremstillingsprocessen. Men det er også en indrømmelse til den virkelighed, at økosystemet for additiv fremstilling mangler. Virksomheden bygger hvert trin i selve fremstillingsprocessen, laver sine egne printere, designer dele, laver endelig bearbejdning og test.

“Vi er absolut nødt til at gøre det selv – bygge hele stakken af ​​digital produktion – hvis vi skal lykkes,” sagde Mr. Feldmann, som er administrerende direktør. “Fabrikken er produktet.”

Devens-anlægget har seks af de gigantiske printere. Næste år skulle der være 20, sagde virksomheden. VulcanForms har undersøgt fire lokationer efter en anden fabrik. Om fem år håber virksomheden at have flere 3-D-printfabrikker op at køre.

Gør-det-selv-strategien forstørrer også risikoen og omkostningerne ved opstarten. Men virksomheden har overbevist en liste over højtprofilerede rekrutter om, at risikoen er det værd.

Billede

Kredit…Simon Simard for The New York Times

Brent Brunell kom til VulcanForms sidste år fra General Electric, hvor han var ekspert i additiv fremstilling. Konceptet med at bruge store arrays af lasere i 3-D-udskrivning er ikke nyt, sagde hr. Brunell, men ingen havde rigtigt gjort det før. Efter at han sluttede sig til VulcanForms og undersøgte dens teknologi, sagde han, “det var tydeligt, at disse fyre var på vej til den næste arkitektur, og de havde en proces, der fungerede.”

Ved siden af ​​hver maskine i VulcanForms’ anlæg overvåger en operatør dens ydeevne med en strøm af sensordata og et kamerabillede af laserstrålerne på arbejde, der sendes til en computerskærm. Lyden fra fabrikken er en lav, elektronisk brummen, ligesom et datacenter.

Selve fabrikken kan være et potent rekrutteringsværktøj. “Jeg bringer dem her og viser dem maskineriet,” sagde Kip Wyman, en tidligere senior produktionschef hos Pratt & Whitney, som er driftschef hos VulcanForms. “Den sædvanlige reaktion er, ‘For pokker, det vil jeg være en del af’.”

For nogle industrielle dele er 3D-print alene ikke nok. Endelig varmebehandling og metalbearbejdning er nødvendig. I erkendelse af det, erhvervede VulcanForms Arwood maskine dette år.

Arwood er et moderne maskinværksted, der for det meste arbejder for Pentagon, der laver dele til kampfly, undervandsdroner og missiler. Under VulcanForms er planen i løbet af de næste par år, at Arwood skal tredoble sin investering og arbejdsstyrke, i øjeblikket 90 personer.

VulcanForms, en privat virksomhed, oplyser ikke om sin omsætning. Men den sagde, at salget steg hurtigt, mens ordrerne steg tidoblet kvartal for kvartal.

Vedvarende vækst for VulcanForms vil afhænge af øget salg til kunder som Cerebras, som laver specialiserede halvledersystemer til kunstig intelligens applikationer. Cerebras opsøgte VulcanForms sidste år for at få hjælp til at lave en kompleks del til vandkøling af sine kraftige computerprocessorer.

Halvlederfirmaet sendte VulcanForms en computerdesigntegning af konceptet, et indviklet net af bittesmå titaniumrør. Inden for 48 timer var VulcanForms kommet tilbage med en del, huskede Andrew Feldman, administrerende direktør for Cerebras. Ingeniører for begge virksomheder arbejdede på yderligere forbedringer, og kølesystemet er nu i brug.

Billede

Kredit…Simon Simard for The New York Times

At accelerere tempoet i eksperimenter og innovation er et løfte om additiv fremstilling. Men moderne 3-D-print, sagde Mr. Feldman, giver også ingeniører mulighed for at lave nye, komplekse designs, der forbedrer ydeevnen. “Vi kunne ikke have lavet den vandkølingsdel på nogen anden måde,” sagde Mr. Feldman.

“Additiv fremstilling lader os genoverveje, hvordan vi bygger ting,” sagde han. “Det er der, vi er nu, og det er en stor forandring.”



Kilde link

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.