Интервью с экспертом:генеральный директор Digital Alloys Дункан МакКаллум о печати Джоуля и будущем 3D-печати на металле

Рост объемов 3D-печати металлом в прошлом году хорошо задокументирован. Цифровые сплавы - одна из компаний, вносящих свой вклад в эту эволюцию, поскольку на рынок стремительно выходят новые игроки. Компания Digital Alloys, основанная в 2017 году, разработала запатентованную технологию Joule Printing для высокоскоростного аддитивного производства металлов. Эта технология обещает более высокую скорость производства, более низкие затраты и высококачественные детали, способные конкурировать с традиционным производством. Успешно обеспечив в этом году финансирование серии B в размере 12,9 миллиона долларов, компания, безусловно, уверенно движется к разрушению рынка металлической 3D-печати.

Мы поговорили с генеральным директором Digital Alloys, Дунканом МакКаллумом, чтобы узнать больше о Joule Printing и его мыслях о будущем металлической 3D-печати.

Недавно компания Digital Alloys попала в заголовки газет благодаря новостям о двух новых патентах на технологию Joule Printing. Не могли бы вы объяснить, как работает эта технология?

<цитата>

Во-первых, я начну с проблемы, которую мы решаем:сегодня просто не так много хороших вариантов, если вы хотите использовать 3D-печать в производстве. Это связано с тем, что системы слишком медленные, производственные затраты слишком высоки, а процессы слишком сложны. Это затрудняет получение неизменно качественных металлических деталей.

Мы решаем эти проблемы с помощью Joule Printing. В технологии используется проволока, которая стоит недорого по сравнению с порошком и другими материалами. Проволока помещается в систему точного движения с точной подачей проволоки. Затем кончик проволоки перемещается в то место на той части, где мы хотим начать линию печати, чтобы он касался детали. Затем кончик проволоки плавится, пропуская ток через проволоку в контактирующую деталь. В физике это называется резистивным нагревом или джоулевым нагревом - это похоже на катушку в тостере.

Каковы преимущества технологии Joule Printing?

Когда вы используете джоулевое нагревание, вы нагреваете металл изнутри. Поскольку термическая постоянная времени отсутствует, вы можете очень быстро нагревать металл с очень малой энергией. Это означает, что нет термодинамического ограничения скорости; мы можем печатать со скоростью, с которой мы можем двигаться точно и аккуратно. Наша цель - 5-10 кг / час до конца года. Благодаря очень высокой скорости и низким затратам на сырье общие производственные затраты значительно снижаются.

Кроме того, вы можете точно измерить, что происходит в ванне расплава - вы точно знаете, где она находится, сколько металла входит в нее и сколько тепла прилагается. Мы используем все эти параметры для управления им в режиме реального времени, так что это жесткая замкнутая система, а также собираем данные процесса для анализа в автономном режиме.

В результате получилась система, которая может печатать металл на чрезвычайно быстрая скорость и высокое качество, достаточно недорого, чтобы быть дешевле, чем обычное производство для многих приложений.

Чем отличается Joule Printing от других металлических систем AM на рынке?

Есть еще 3 категории технологий, которые стоит рассмотреть. Первый, который является наиболее популярным, - это порошковая наплавка. При расплавлении в порошковой среде вы наносите металлический порошок тонким слоем и расплавляете его с помощью лазера или электронного луча.

Проблема с плавлением в порошковом слое состоит в том, что порошки очень дороги, и в процессе их много тратится впустую, что приводит к очень высоким материальным затратам. Вы также ограничены в скорости плавления порошка:поскольку вы нагреваете его сверху вниз, вам нужно подождать, пока тепло пройдет через порошок. Это почти как приготовление индейки - процесс, который всегда занимает пару часов. Вы не можете двигаться быстрее с большим жаром, потому что вы испортите индейку снаружи. Точно так же при термоядерном синтезе вы просто испаряете порошок. В целом это довольно дорогой и сложный способ изготовления детали.

Вторая категория - Binder Jetting. Системы Binder Jetting решают проблему скорости. Они используют порошок более низкого качества, поэтому он дешевле, но материал все же намного дороже проволоки. Системы разбрызгивают клей слой за слоем, создавая так называемую «зеленую» деталь. Зеленая часть обычно состоит на 20% из клея. Затем клей нужно удалить с помощью химической ванны, а деталь поместить в печь и спечь. Делая это, вы надеетесь уменьшить деталь на 20%, чтобы получить металл с полной прочностью и плотностью.

Этот процесс очень хорошо работает с небольшими тонкими деталями (меньше, чем бейсбольный мяч). Но если стенки вашей детали толще примерно 1 сантиметра, вы не сможете сжать до полной плотности, потому что вы не можете получить достаточное количество тепла, передаваемого в деталь. Кроме того, попытка уменьшить толщину стенок на 20% - это большое изменение размеров, поэтому трудно поддерживать точность размеров. В конечном итоге эта технология не подходит для деталей, толщина стенок которых превышает 1 сантиметр, или для более крупных деталей.

Третьей категорией, которую считают люди, является прямое осаждение энергии, особенно проводные системы. Хотя в этих системах действительно используется проволока, обычно это толстая проволока, обычно диаметром 3 миллиметра. Затем вы расплавляете проволоку с помощью лазера, электронного луча или дуги, например, при дуговой сварке.

Хотя эти системы могут достигать довольно высоких скоростей печати, проблема заключается в разрешении. Поскольку металл капает или разбрызгивается на линию печати, вы получаете линию печати, которая намного толще проволоки. Это означает, что вы можете печатать только грубые детали с низким разрешением. Кроме того, геометрия детали ограничена, потому что трудно печатать выступающие области, когда расплавленный металл капает или распыляется. Машины DED также имеют тенденцию быть дорогими, потому что для плавления металла таким образом требуется много энергии. Таким образом, эти системы обычно используются для очень больших деталей, таких как размер планера, но они не совсем подходят для требований высокого разрешения.

Значит, движущей силой Joule Printing Technology было решение всех этих проблем?

Да. Решить проблемы скорости, стоимости производства и качества.

Помимо вопросов скорости, стоимости и качества деталей, с какими еще проблемами сталкиваются компании, желающие использовать 3D-печать металлом для производства?

Возникает вопрос о том, какие технологии лучше всего подходят для каких приложений. Важно четко понимать проблему, которую вы пытаетесь решить, и выбирать правильный инструмент для решения этой проблемы.

Это похоже на традиционное производство:не все металлические детали изготавливаются одинаково. Некоторые вещи подвергаются механической обработке, другие - ковке, штамповке или литью. Не существует универсального подхода к каждой проблеме. Металлическая 3D-печать - то же самое.

Каким вы видите развитие 3D-печати металлом в ближайшие 5 лет?

<цитата>

Если сегодня 3D-печать металлом стоит около 2 миллиардов долларов, я предполагаю, что через 5 лет она станет отраслью с оборотом в 30 миллиардов долларов.

Это связано с тремя огромными преимуществами 3D-печати:во-первых, вы можете сэкономить много времени, потому что вы можете сразу перейти от дизайна к детали, не создавая инструментов. Во-вторых, вы можете получить интересную геометрию, которую невозможно сделать никаким другим способом при обычном производстве. В-третьих, если вы выберете правильную технологию для правильного применения, вы сможете значительно снизить производственные затраты.

Какую роль в этом развитии будут играть цифровые сплавы?

Цифровые сплавы будут играть огромную роль. У нас дешевле, чем при традиционном производстве, для очень большой категории деталей. Это означает, что вы можете использовать нашу технологию для сокращения производственных затрат без изменения конструкции детали или внесения других изменений. И это очень нравится покупателям.

На какие отрасли вы ориентируетесь с помощью Joule Printing?

Мы начинаем как поставщик печатных деталей с целью поставки наших принтеров в начале 2020 года. В наших первых приложениях мы фокусируемся на областях, в которых мы можем сократить производственные затраты по сравнению с традиционным производством. Особенно это касается деталей, изготовленных из труднообрабатываемых металлов, таких как титан, инструментальная сталь, никелевые сплавы и нержавеющая сталь.

Джоулевая печать позволяет печатать детали почти чистой формы, что исключает отходы и грубую обработку, обеспечивая значительную экономию. Одним из примеров применения являются титановые детали, используемые в аэрокосмической отрасли, в медицинских устройствах и в морской промышленности. Второе применение - это инструмент, поскольку инструментальные стали очень трудно резать. Но с помощью 3D-печати вы можете добавить к инструментам каналы охлаждения, например, имея вставку для литья под давлением с внутренними каналами охлаждения, которые позволяют быстрее охлаждать инструмент и сокращать время цикла. Нашими клиентами являются автомобильная промышленность, потребительские товары и авиакосмическая промышленность.

Глядя на аддитивное производство, есть ли тенденция, которая вас больше всего волнует?

<цитата>

Переход от прототипа к производству. Это, безусловно, самая большая тенденция прямо сейчас.

Каким будет будущее цифровых сплавов?

В 2019 году мы построим нашу первую фабрику. В производстве речь идет не только о технологиях. Вам необходимо знать, как нанимать и обучать операторов, строить цепочку поставок, как обеспечивать контроль качества, сертификацию, обеспечивать одобрение регулирующих органов и т. Д. Мы сделаем это в первую очередь, чтобы нашим клиентам было легче следить. После этого мы планируем начать поставки наших принтеров в начале 2020 года.

Подробнее о цифровых сплавах можно узнать на https://www.digitalalloys.com/.