Arevo 2018: пионерство непрерывного волокнистого 3D-печати для промышленного производства

CW освещает Arevo (Санта-Клара, штат Калифорния, США) с 2014 года. Известная использованием высокопроизводительных термопластичных полимеров, включая полиэтеретэреткетон (PEEK), полиарилэтереткетон (PAEK), полиэтеримид (PEI) и полифениленсульфид (PPS), компания также была лидером в разработке замкнутого роботизированного контроля для 3D-печати, позволяющем укладку волокна в Z-направлении и по 3D-кривым. У компании список новых разработок, включая процесс прямого энергетического накопления (DED) с лазерным нагревом для 100-кратного увеличения скорости производства.

Новый CEO и B-серия финансирования

Джим Миллер присоединился к Arevo в качестве CEO три месяца назад. Он был ранним сотрудником Amazon и провел восемь лет в Google, в последнее время как вице-президент по всемирным операциям. «На самом деле я провел большую часть карьеры, помогая молодым компаниям масштабироваться», — говорит Миллер. «Меня вдохновил подход Arevo к 3D-печати композитов, и я вижу огромную возможность изменить то, как мир проектирует и изготавливает сложные структуры во множестве применений».

Компания также только что завершила серию B финансирования, привлекая $12,5 млн с liderством Asahi Glass Co. (AGC, Токио, Япония). «Они — крупнейший в мире производитель автомобильного стекла», — говорит Миллер. «У них хорошие связи в автопромышленности и они видят большую возможность для новых композитных технологий в автомобильных применениях». Другие инвесторы включают In-Q-Tel (Арлингтон, штат Вирджиния, США), Sumitomo Corporation (Токио, Япония) и Leslie Ventures. Миллер говорит, что Sumitomo, один из крупнейших японских конгломератов и лидер в нефтегазовых технологиях, заинтересован в применении 3D-печати Arevo по всей своей промышленной деятельности, включая строительство, транспорт, инфраструктуру и энергетику.

Промышленное производство термопластичных композитов

«Наши новые производственные ячейки используют стандартного промышленного робота, вращающуюся строительную платформу и лазер для нагрева», — объясняет Миллер. «Мы называем процесс прямым энергетическим накоплением (DED)». Внутри лазеробезопасной производственной ячейки робот имеет печатающую головку-конечный эффектор с проприетарным термоманеджментом, кастомизированной электроникой и системами зрения, позволяющими ин-ситу инспекцию. «Процесс в основном безручной/lights-out», — говорит Миллер. «Эти новые ячейки производят более 100-кратное увеличение скорости производства». Главный технический директор Винер Мондезир добавляет: «Лазер обеспечивает неограниченную энергию. Мы можем контролировать это и идти быстрее для достижения промышленных темпов производства». Но Миллер указывает: «Это не вопрос того, как быстро машины могут двигаться или сколько материала можно нанести, потому что мы строим сложные структурные композиты за одну четверть стоимости традиционных композитов».

«Мы преследуем экономически жизнеспособное производство крупномасштабных термопластичных композитных деталей», — говорит Миллер. «Мы подходим к этому производству с нетрадиционной точки зрения композитов». Однако печатающая головка интегрирует способность к уплотнению, и детали все еще соответствуют традиционным требованиям качества композитов. «Мы можем достичь термопластичных композитных деталей с пористостью значительно менее 1%», — подтверждает Миллер. «Arevo продолжает улучшать свой процесс и достигнет механических свойств для требований первичной структуры в ближайшем будущем».

Программное обеспечение Pathfinder

Часть «нетрадиционной перспективы композитов», на которую ссылается Миллер выше, — это инвестиции Arevo в цифровое проектирование и процессное ПО. «Мы свернули целый рабочий процесс в программное обеспечение», — говорит Миллер. «Оно может предоставить полный 3D-анализ детали и разработать оптимизированную ориентацию волокна с использованием модулей Additive FEA (AFEA). Много нашего успеха движится программным обеспечением и симуляцией производства деталей. Мы прогоняем компьютерно-генерируемый дизайн через наше процессное симуляционное ПО, и оно показывает параметры процесса, включая температуры, путь печати, искривление и усадку напечатанного материала, а также остаточные напряжения. Это позволяет нам действительно понимать и оптимизировать процесс для производства очень высококачественных деталей».

Он говорит, что свидетельством ПО Arevo является то, что свойства изготовленных деталей находятся в пределах 5% от симулированных свойств, что Миллер отмечает, в основном до маржи погрешности измерений. Он добавляет, что Arevo также использует машинное обучение уникальным образом.

Демонстрация возможностей

Всего месяц назад Arevo представила то, во что верит, является миром первым 3D-напечатанным велосипедом на мероприятии Sea Otter (19–22 апреля, Монтерей, штат Калифорния, США). «Наша цель — продемонстрировать, чего может достичь наше ПО и процесс», — объясняет Миллер. «Мы работали с колорадской фирмой промышленного дизайна Studio West для разработки консольно-опорного дизайна рамы велосипеда». Он отмечает, что Studio West хорошо известна в велосипедной индустрии, работая с некоторыми топ-производителями. «Изначально они дали нам очень традиционный дизайн рамы», — говорит Миллер. «Но мы хотели показать, как Arevo может применять непрерывные волокна в новых способах, поэтому продолжили работать с ними через различные итерации». Он добавляет, что команда Arevo хотела оптимизировать жесткость и флектуру рамы велосипеда, но также продемонстрировать новую эстетику, возможную с их аддитивной технологией. «Мы получили очень уникальный дизайн велосипеда», — говорит Миллер. Рама велосипеда сделана с непрерывным 12K углеродным током и PEEK, но Миллер говорит, что также возможно использование нейлона.

Рамы велосипедов не единственный пример достижений Arevo в аддитивном производстве композитов. «Малые роботизированные компании строят крупногабаритные роботы, которые мы помогаем улегчить за долю стоимости традиционных материалов», — говорит Мондезир. Arevo также подсвечивает применения импеллеров и пропеллеров, где заявленные преимущества включают:

• По запросу производство для управления затратами на инвентарь
• Более высокая эффективность против металлической конструкции
• Устойчивость к служебной среде
• Сложные геометрии, невозможные с традиционным производством.

Путь к промышленному производству

Миллер говорит, первая цель на 2018 год — установить восемь производственных ячеек DED и построить мощность для адресации заказов на производственные детали. «Мы начнем отгружать продукты в объеме в этом году», — подтверждает он. Компания также работает со стратегическими клиентами по ключевым применениям и разработке продуктов. «Наш третий основной фокус — продолжать совершенствовать процесс накопления для повышения скорости с сохранением качества и выходом», — говорит Миллер. «Мы также продемонстрируем детали с разными волокнами и размерами тока». Он говорит, процесс DED может обрабатывать переменную форму и диаметр тока, до 24K тока. «Мы можем печатать с PEKK, PAEK, PPS, а также со стекловолокном и арамидным непрерывным волокном», — добавляет Миллер.

А как насчет печати с проволокой и волоконной оптикой для многофункциональных композитных структур? «Это по сути будет просто еще одним волокном для нас», — говорит Миллер. Демонстрации этой способности пока в лаборатории. «Мы смотрим на интеллектуальную собственность и ведем текущие НИОКР в этой области», — добавляет он.

«Ничто не мешает нам использовать несколько токов и/или лент», — утверждает Миллер. «И нет предела размеру, который мы можем печатать. Мы делаем деталь 2,5 м x 1,5 м для аэрокосмической компании и также смотрим на использование нескольких роботов вместе. Компания разработала свои производственные ячейки DED модульными, способными интегрировать вторичные операции, такие как финишинг для производства высококачественных поверхностей.

Мы также можем ставить наши печатающие головки на любых промышленных роботах, так что наша технология может быть интегрирована в существующий процесс или совершенно новые процессы». Он указывает, что Arevo «не в бизнесе принтеров, но эта адаптивность открывает некоторые возможности. У компании 55 патентов выданных, в процессе или заявок в процессе.

А как насчет генеративного дизайна? Видит ли Arevo себя игроком, помогающим реализовать этот новый подход к дизайну и производству? «Генеративный дизайн очень отличается от того, что мы делаем, потому что он может заканчиваться дизайнами, трудными для производства, что повышает стоимость», — отвечает Миллер. «Наш подход — включать оптимизацию для производства с самого начала».