3D печатът се разраства отвъд своите новаторски корени

ДЕВЪНС, Масачузетс. – Машините са високи 20 фута, тежат 60 000 паунда и представляват технологичната граница на 3D печата.

Всяка машина разполага със 150 лазерни лъча, проектирани от портал и движещи се бързо напред-назад, произвеждайки високотехнологични части за корпоративни клиенти в области като космическото пространство, полупроводниците, отбраната и медицинските импланти.

Частите, изработени от титан и други материали, се създават слой по слой, всяка тънка колкото човешки косъм, до 20 000 слоя, в зависимост от дизайна на частта. Машините са херметически затворени. Вътре атмосферата се състои основно от аргон, най-малко реактивоспособният от газовете, което намалява риска от примеси, причиняващи дефекти в дадена част.

Леярната за 3D печат в Девънс, Масачузетс, на около 40 мили северозападно от Бостън, е собственост на VulcanForms, стартираща компания, отделена от Масачузетския технологичен институт. Той събра 355 милиона долара в рисков капитал. А работната му сила нарасна шест пъти миналата година до 360, с служители от големи производители като General Electric и Pratt & Whitney и технологични компании като Google и Autodesk.

„Доказахме, че технологията работи“, каза Джон Харт, съосновател на VulcanForms и професор по машинно инженерство в MIT. „Това, което трябва да покажем сега, са силните финанси като бизнес и че можем да се справим с растежа.“

За 3D печат, чийто произход датира от 80-те години на миналия век, технологичните, икономическите и инвестиционните тенденции може най-накрая да бъдат определени за търговския бум на индустрията, според производствени експерти, ръководители на бизнеса и инвеститори.

Те казват, че 3D печатът, наричан още адитивно производство, вече не е нова технология за няколко потребителски и индустриални продукта или за създаване на прототипни дизайнерски концепции.

„Сега това е технология, която започва да предоставя индустриално качество на продуктите и обемен печат“, каза Йорг Бромбергер, експерт по производството в McKinsey & Company. Той е водещ автор на скорошен доклад на консултантска фирма, озаглавен „Включването на адитивното производство“.

3D печатът е за създаване на нещо от нулата, един слой наведнъж. Компютърно управлявани лазерни лъчи разтопяват прахове от метал, пластмаса или композитен материал, за да създадат слоевете. В традиционното “субтрактивно” производство, например, метален блок се отлива и след това част се нарязва във форма с машинни инструменти.

През последните години някои компании използват адитивна технология за производство на специализирани части. General Electric разчита на 3D печат, за да направи горивни инжектори за реактивни двигатели, Stryker прави гръбначни импланти, а Adidas отпечатва мрежести подметки за обувки от висок клас. Зъбните импланти и устройствата за изправяне на зъбите са 3D отпечатани. По време на пандемията Covid-19 3D принтерите произвеждаха спешни доставки на щитове за лице и вентилационни части.

Днес, според експерти, потенциалът е много по-голям от относително малка част от нишови продукти. Очаква се пазарът на 3D печат да се утрои до близо 45 милиарда долара в световен мащаб до 2026 г., според доклад на Hubs, пазар за производствени услуги.

Администрацията на Байдън се обръща към 3D принтирането, за да помогне за възраждането на американското производство. Адитивната технология ще бъде една от „основите на модерното производство през 21 век“, заедно с роботиката и изкуствения интелект, каза Елизабет Рейнолдс, специален асистент на президента за производството и икономическото развитие.

През май президентът Байдън пътува до Синсинати, за да обяви Aditive Manufacturing Forward, инициатива, координирана от Белия дом в сътрудничество с големи производители. Първите пет корпоративни членове – GE Aviation, Honeywell, Siemens Energy, Raytheon и Lockheed Martin – увеличават използването на адитивно производство и са се ангажирали да помогнат на своите малки и средни доставчици в САЩ да възприемат технологията.

Доброволните ангажименти имат за цел да ускорят инвестициите и да изградят по-широка национална база от умения за адитивно производство. Тъй като 3D принтирането е високотехнологичен дигитален производствен процес, казват служители от администрацията, това играе роля за силата на Америка в софтуера. Производството с добавки, добавят те, ще направи американското производство по-малко зависимо от леенето и металообработката, извършвани в чужбина, особено в Китай.

Производството с добавки обещава и екологичен бонус. Това е много по-малко разточително от леенето, коването и рязането на традиционното производство. За някои метални части 3D принтирането може да намали разходите за материали с 90% и консумацията на енергия с 50%.

Според експерти индустриалният 3D печат има потенциала значително да намали общите разходи за производство на специализирани части, ако технологията може да бъде направена достатъчно бърза и ефективна за по-големи обеми на производство.

VulcanForms е основана през 2015 г. от д-р Харт и един от неговите студенти Мартин Фелдман. Те преследват нов подход към 3D печата, който използва набор от много повече лазерни лъчи от съществуващите системи. Ще са необходими иновации в лазерната оптика, сензори и софтуер, за да се хореографира сложният танц на лазерните лъчи.

До 2017 г. те са постигнали достатъчно напредък, за да смятат, че могат да построят машина, но ще имат нужда от пари, за да го направят. Дуото, към което се присъедини Anupam Ghildyal, ветеран от сериен стартъп, който сега беше част от екипа на VulcanForms, пътува до Силиконовата долина. Те осигуриха стартов кръг от $2 милиона от Eclipse Ventures.

Технологията VulcanForms, припомни Грег Райхоу, партньор на Eclipse, се опитваше да се справи с трите недостатъка на 3D печата: твърде бавен, твърде скъп и твърде пълен с недостатъци.

Стартиращата компания се бореше да създаде първа машина, която доказа, че концепцията й е осъществима. Но най-накрая успя. А по-късните версии станаха по-големи, по-мощни и по-прецизни.

Неговите принтери, каза VulcanForms, сега генерират 100 пъти повече лазерна енергия от повечето 3D принтери и могат да произвеждат части много по-бързо. Тази печатна технология е основният интелектуален актив на компанията, защитен с десетки патенти.

Но VulcanForms реши да не продава своите машини. Неговата стратегия е да бъде доставчик за клиенти, които се нуждаят от части по поръчка.

Този подход позволява на VulcanForms да контролира целия производствен процес. Но това също е отстъпка от реалността, че липсва екосистемата за адитивно производство. Компанията сама изгражда всяка стъпка от производствения процес, изграждайки свои собствени принтери, проектирайки части, извършвайки крайна обработка и тестване.

„Абсолютно трябва да го направим сами – да изградим пълния набор от дигитално производство – ако искаме да успеем“, каза Фелдман, който е главен изпълнителен директор. “Фабриката е продуктът.”

Съоръжението Devens разполага с шест от джъмбо принтерите. До следващата година трябва да са 20, казаха от компанията. VulcanForms са проучили четири места за втора фабрика. След пет години компанията се надява да има няколко действащи фабрики за 3D печат.

Стратегията „направи си сам“ също така увеличава риска и разходите за стартирането. Но компанията убеди списък с най-добри служители, че рискът си заслужава.

Брент Брунел се присъедини към VulcanForms миналата година от General Electric, където беше експерт по производство на добавки. Концепцията за използване на големи масиви от лазери в 3D принтирането не е нова, каза Брюнел, но никой не я беше реализирал преди. След като се присъедини към VulcanForms и прегледа технологията му, той каза, „беше очевидно, че тези момчета са на следващата архитектура и имат процес, който работи“.

До всяка машина в съоръжението VulcanForms оператор наблюдава нейната работа с поток от сензорни данни и изображение от камерата на работещите лазерни лъчи, предавано на компютърен екран. Фабричният звук е ниско електронно бръмчене, подобно на център за данни.

Самата фабрика може да бъде мощен инструмент за набиране на персонал. „Довеждам ги тук и им показвам машините“, каза Кип Уайман, бивш старши директор на производството в Pratt & Whitney, който е оперативен мениджър във VulcanForms. „Обичайната реакция е: „По дяволите, искам да бъда част от това.“

За някои индустриални части само 3D принтирането не е достатъчно. Необходима е крайна топлинна обработка и механична обработка на метала. Признавайки това, VulcanForms придоби Arwood Machine тази година.

Arwood е модерен машинен цех, който работи предимно за Пентагона, като прави части за бойни самолети, подводни дронове и ракети. Под VulcanForms планът през следващите няколко години е Arwood да утрои своите инвестиции и работна сила, в момента 90 души.

VulcanForms, частна компания, не разкрива приходите си. Но той каза, че продажбите растат бързо, докато поръчките нарастват десетократно тримесечие след тримесечие.

Продължителният растеж на VulcanForms ще зависи от увеличените продажби на клиенти като Cerebras, който произвежда специални полупроводникови системи за приложения с изкуствен интелект. Cerebras помоли VulcanForms миналата година да му помогне да произведе сложна част за водно охлаждане на своите мощни компютърни процесори.

Компанията за полупроводници изпрати на VulcanForms компютърен чертеж на концепцията, сложна мрежа от малки титанови тръби. В рамките на 48 часа VulcanForms се върна с част, спомня си Андрю Фелдман, главен изпълнителен директор на Cerebras. Инженерите от двете компании работиха върху допълнителни подобрения и охладителната система вече се използва.

Ускоряването на темпото на експериментиране и иновации е едно от обещанията на адитивното производство. Но модерният 3D печат, каза Фелдман, също позволява на инженерите да създават сложни нови дизайни, които подобряват производителността. „Не можехме да направим тази част с водно охлаждане по друг начин“, каза Фелдман.

„Производството с добавки ни позволява да преосмислим начина, по който изграждаме нещата“, каза той. „Тук сме сега и това е голяма промяна.“

Add Comment