3D spausdinimas auga virš savo naujumo šaknų

  „Tobulėjant technologijoms ir mažėjant sąnaudoms, 3D spausdinimas gali vaidinti svarbų vaidmenį gamyboje.

 

    DEVENS, Mass. – Mašinos yra 20 pėdų aukščio, sveria 60 000 svarų ir yra technologinė 3-D spausdinimo riba.

 

    Kiekviena mašina skleidžia 150 lazerio spindulių, projektuojamų iš portalo (į tiltą panaši viršutinė konstrukcija su platforma laikančia įranga, pvz., kranu, geležinkelio signalais, šviesomis ar kameromis) ir greitai judančių pirmyn ir atgal, gamindama aukštųjų technologijų dalis įmonėms, klientams tokiose srityse, kaip aviacija, puslaidininkiai, gynyba ir medicininiai implantai.

 

    Titano ir kitų medžiagų dalys yra kuriamos sluoksnis po sluoksnio, kiekviena maždaug tokia plona, kaip žmogaus plaukas, iki 20 000 sluoksnių, priklausomai nuo detalės konstrukcijos. Mašinos yra hermetiškai uždarytos. Viduje atmosferą daugiausia sudaro argonas, mažiausiai reaktyvus iš dujų, todėl sumažėja priemaišų, kurios sukelia dalies defektų, tikimybė.

 

    3-D spausdinimo liejykla Devens mieste, Masačusetso valstijoje, maždaug 40 mylių į šiaurės vakarus nuo Bostono, priklauso VulcanForms, pradedančiajai įmonei, kuri išėjo iš Masačusetso technologijos instituto. Ji surinko 355 mln. dolerių rizikos finansavimo. Per praėjusius metus jos darbuotojų skaičius išaugo šešis kartus iki 360, atėjusių iš pagrindinių gamintojų, tokių, kaip „General Electric“ ir „Pratt & Whitney“, ir technologijų įmonių, įskaitant „Google“ ir „Autodesk“.

 

    „Mes įrodėme, kad technologija veikia“, – sakė Johnas Hartas, „VulcanForms“ įkūrėjas ir M.I.T. mechaninės inžinerijos profesorius. „Dabar turime parodyti stiprius finansus, kaip įmonė ir tai, kad galime valdyti augimą.

 

    Gamybos ekspertų, verslo vadovų ir investuotojų teigimu, 3-D spausdinimo srityje, kurios ištakos siekia devintąjį dešimtmetį, technologijos, ekonomikos ir investicijų tendencijos pagaliau gali sutvarkyti pramonės komercinį proveržį.

 

    Jie sako, kad 3-D spausdinimas, dar vadinamas adityvinė gamyba, nebėra naujovė kai kuriems plataus vartojimo ir pramonės produktams arba kuriant prototipų dizaino koncepcijas.

 

    „Dabar tai technologija, kuri pradeda užtikrinti pramoninio lygio gaminių kokybę ir spausdinti didelius kiekius“, – sakė McKinsey & Company gamybos ekspertas Jörgas Brombergeris. Jis yra naujausios konsultacinės įmonės ataskaitos „Adityvinės gamybos integravimas“ pagrindinis autorius.

 

    3D spausdinimas reiškia kažko kūrimą nuo pat pradžių, po vieną sluoksnį. Kompiuteriu valdomi lazerio spinduliai išlydo metalo, plastiko ar kompozicinių medžiagų miltelius, kad sukurtų sluoksnius.

 

    Tradicinėje „atimančioje“ gamyboje, pavyzdžiui, išliejamas metalinis blokas, o tada dalis staklėmis išpjaustoma į reikalingą formą.

 

    Pastaraisiais metais kai kurios įmonės naudojo adityvinės gamybos technologiją specializuotoms dalims gaminti. „General Electric“ naudoja 3D spausdinimą, kad gamintų kuro purkštukus reaktyviniams varikliams, „Stryker“ gamina stuburo implantus, o „Adidas“ spausdina aukštos klasės bėgimo batelių padus su grotelėmis. Dantų implantai ir dantų tiesinimo prietaisai yra spausdinami 3-D formatu. Covid-19 pandemijos metu 3-D spausdintuvai gamino avarinius veido skydus ir ventiliatorių dalis.

 

    Šiandien ekspertai teigia, kad potencialas yra daug platesnis, nei santykinė sauja nišinių produktų. Manoma, kad iki 2026 m. 3-D spausdinimo rinka visame pasaulyje padidės trigubai iki beveik 45 mlrd. dolerių, teigiama gamybos paslaugų rinkos „Hubs“ ataskaitoje.

 

    Bideno administracija siekia 3D spausdinimo, kad padėtų Amerikos gamybos atgimimui. Adityvinės gamybos technologija bus vienas iš „šiuolaikinės gamybos 21-ajame amžiuje pamatų“, kartu su robotika ir dirbtiniu intelektu, sakė Elisabeth Reynolds, speciali prezidento padėjėja gamybos ir ekonomikos plėtros klausimais.

 

    Gegužę prezidentas Bidenas išvyko į Sinsinatį, kad paskelbtų iniciatyvą „Additive Manufacturing Forward“, kurią koordinuoja Baltieji rūmai, bendradarbiaudami su pagrindiniais gamintojais. Penki pradiniai įmonių nariai – „GE Aviation“, „Honeywell“, „Siemens Energy“, „Raytheon“ ir „Lockheed Martin“ – vis dažniau naudoja adityvinę gamybą ir įsipareigoja padėti savo mažiems ir vidutiniams Amerikos tiekėjams pritaikyti šią technologiją.

 

    Savanoriškais įsipareigojimais siekiama paspartinti investicijas ir sukurti platesnę vietinę adityvinės gamybos įgūdžių bazę.

 

    Kadangi 3-D spausdinimas yra aukštųjų technologijų skaitmeninis gamybos procesas, administracijos pareigūnai teigia, kad tam padeda Amerikos stiprybė programinės įrangos srityje.

 

    Jie priduria, kad dėl adityvinės gamybos Amerikos gamyba bus mažiau priklausoma nuo liejimo ir metalo apdirbimo užsienyje, ypač Kinijoje.

 

  Adityvinė gamyba taip pat žada aplinkosaugos premiją. Taip daug mažiau švaistoma, nei liejimas, kalimas ir pjaustymas tradicinės gamybos būdu. Kai kurių metalinių dalių 3D spausdinimas gali sumažinti medžiagų sąnaudas 90 procentų ir energijos suvartojimą 50 procentų.

 

    Pramoninis 3D spausdinimas, ekspertų teigimu, gali gerokai sumažinti specializuotų dalių gamybos išlaidas, jei technologija gali būti pakankamai greita ir efektyvi, kad būtų galima gaminti didesnę apimtį.

 

    „VulcanForms“ 2015 m. įkūrė daktaras Hartas ir vienas iš jo absolventų Martinas Feldmannas.

 

    Jie siekė naujo požiūrio į 3-D spausdinimą, kuris naudoja daug daugiau lazerio spindulių, nei esamos sistemos. Sudėtingam lazerio spindulių šokiui choreografuoti reikėtų lazerinės optikos, jutiklių ir programinės įrangos naujovių.

 

    Iki 2017 m. jie padarė pakankamai pažangos, kad manytų, jog gali sukurti mašiną, tačiau tam reikės pinigų. Pora, prie kurios prisijungė Anupam Ghildyal, serijinių startuolių veteranas, tapęs VulcanForms komandos dalimi, išvyko į Silicio slėnį. Jie užsitikrino 2 milijonų dolerių pradinį turą iš „Eclipse Ventures“.

 

    „VulcanForms“ technologija, prisiminė „Eclipse“ partneris Gregas Reichowas, bandė pašalinti tris 3D spausdinimo trūkumus: per lėtą, per brangų ir per daug defektų.

 

     Startuolis stengėsi sukurti pirmąją mašiną, kuri įrodė, kad jos koncepcija veikia. Bet galiausiai pavyko. Ir vėlesnės versijos tapo didesnės, galingesnės ir tikslesnės.

 

    VulcanForms teigimu, jo spausdintuvai dabar generuoja 100 kartų daugiau lazerio energijos, nei dauguma 3D spausdintuvų ir gali daug kartų greičiau gaminti dalis.

 

    Ši spausdinimo technologija yra pagrindinis bendrovės intelektinis turtas, apsaugotas dešimtimis patentų.

 

    Tačiau „VulcanForms“ nusprendė neparduoti savo mašinų. Jos strategija – būti tiekėju klientams, kuriems reikia pagal užsakymą pagamintų dalių.

 

    Šis metodas leidžia VulcanForms kontroliuoti visą gamybos procesą. Tačiau tai taip pat yra nuolaida realybei, kad trūksta adityvinės gamybos ekosistemos. Įmonė pati kuria kiekvieną gamybos proceso etapą, gamina savo spausdintuvus, projektuoja dalis, atlieka galutinį apdirbimą ir testavimą.

 

    „Jei norime, kad pasisektų, turime tai padaryti patys – sukurti visą pluoštą skaitmeninės gamybos“, – sakė generalinis direktorius p. Feldmannas. „Gamykla yra produktas“.

 

    Devens gamykloje yra šeši milžiniški spausdintuvai. Iki kitų metų jų turėtų būti 20, pranešė bendrovė. „VulcanForms“ ištyrė keturias vietas antrajai gamyklai. Per penkerius metus bendrovė tikisi įkurti keletą 3-D spausdinimo gamyklų.

 

    „Pasidaryk pats“ strategija taip pat padidina riziką ir išlaidas, susijusias su įmonės steigimu. Tačiau bendrovė įtikino aukšto lygio darbuotojų sąrašą, kad rizikuoti verta.

 

     Brentas Brunell pernai prisijungė prie „VulcanForms“ iš „General Electric“, kur buvo adityvinės gamybos ekspertas. Didžiųjų lazerių masyvų panaudojimo 3-D spausdinimo koncepcija nėra nauja, sakė J. Brunell, bet niekas anksčiau tuo taip tikrai nesinaudojo. Prisijungęs prie „VulcanForms“ ir išnagrinėjęs jos technologiją, jis sakė: „Buvo akivaizdu, kad šie vaikinai renkasi kitą architektūrą, ir jie turėjo veiksmingą procesą.

 

    Šalia kiekvienos mašinos „VulcanForms“ įrenginyje operatorius stebi jos veikimą, naudodamas jutiklių duomenų srautą ir darbo metu veikiančių lazerio spindulių kameros vaizdą, nukreiptą į kompiuterio ekraną. 

 

Gamyklos garsas yra žemas elektroninis dūzgimas, panašus į duomenų centrą.

 

    Pati gamykla gali būti galinga įdarbinimo priemonė. „Atvedu juos čia ir parodau mašinas“, – sakė Kipas Wymanas, buvęs „Pratt & Whitney“ vyresnysis gamybos vadovas, „VulcanForms“ operacijų vadovas. „Įprasta reakcija yra: „Po velnių, aš noriu būti to dalimi“.

 

    Kai kurioms pramoninėms dalims vien 3D spausdinimo neužtenka. Reikalingas galutinis terminis apdorojimas ir metalo apdirbimas. Tai pripažinusi „VulcanForms“ šiais metais įsigijo „Arwood Machine“.

 

    Arwood yra modernus mašinų cechas, daugiausia dirbantis Pentagonui, gaminantis dalis naikintuvams, povandeniniams dronams ir raketoms. Pagal VulcanForms per ateinančius kelerius metus Arwood planuoja trigubai padidinti savo investicijas ir darbo jėgą, šiuo metu 90 žmonių.

 

    Privati ​​bendrovė „VulcanForms“ savo pajamų neatskleidžia. Tačiau ji teigė, kad pardavimai sparčiai auga, o užsakymai kas ketvirtį išaugo dešimt kartų.

 

    Tvarus „VulcanForms“ augimas priklausys nuo didėjančių pardavimų klientams, tokiems, kaip „Cerebras“, kuri gamina specializuotas puslaidininkines sistemas dirbtinio intelekto programoms. Praėjusiais metais „Cerebras“ kreipėsi į „VulcanForms“, kad padėtų sukurti sudėtingą galingų kompiuterių procesorių vandens aušinimo dalį.

 

    Puslaidininkių kompanija atsiuntė VulcanForms kompiuterinį koncepcijos brėžinį – sudėtingą mažų titano vamzdelių tinklą. 

 

Per 48 valandas „VulcanForms“ grįžo su dalimi, prisiminė Andrew Feldmanas, „Cerebras“ generalinis direktorius. 

 

Abiejų įmonių inžinieriai dirbo toliau tobulindami, o aušinimo sistema dabar naudojama.

 

    Eksperimentų ir inovacijų tempo spartinimas yra vienas adityvinės gamybos pažadų. Tačiau šiuolaikinis 3-D spausdinimas, sakė P. Feldmanas, taip pat leidžia inžinieriams sukurti naujus, sudėtingus dizainus, kurie pagerina našumą. „Negalėjome pagaminti tos vandeniu aušinimo dalies kitu būdu“, – sakė ponas Feldmanas.

 

     „Adityvinė gamyba leidžia permąstyti, kaip mes gaminame dalykus“, – sakė jis. "Štai kur mes dabar esame, ir tai yra didelis pokytis."

 Rusija irgi garsėja fizikais, matematikais, inžinieriais ir programuotojais. Rusijai taip pat reikalingos brangios titano ir kitų brangesnių komponentų dalys karo pramonei. Todėl Rusijoje šis gamybos būdas gali taip pat suklestėti.