10 ведущих инноваторов, трансформирующих оборудование для металлической 3D-печати

Металлическая 3D-печать вошла в уникальный период своей истории. Развития в оборудовании, ПО и материалах обеспечивают её дальнейшее созревание для разблокировки новых приложений и создания продуктов с высоким уровнем надежности.

Сегодня мы запускаем серию статей, исследующих инновационные компании, движущие металлическое аддитивное производство (АМ), начиная с оборудования.

По мере эволюции металлической 3D-печати новые производители оборудования входят на рынок для решения текущих вызовов новыми процессами или творческими подходами к существующим.

Мы собрали список компаний, недавне коммерциализировавших перспективные металлические АМ-технологии или планирующих сделать это вскоре — чтобы узнать, кто, наряду с устоявшимися игроками, будет формировать будущее металлической 3D-печати.

Лазерное порошковое плавильное слоение (Laser Powder Bed Fusion)

Технология лазерного порошкового плавильного слоения (PBF) остаётся одной из самых популярных и передовых металлических АМ-процессов. Но учитывая вызовы высокой стоимости оборудования, медленных скоростей печати и ограничений, вытекающих из проприетарных систем, существует огромная площадь для улучшения.

Несколько компаний в PBF-рынке, кажется, решили некоторые из этих проблем с более быстрыми, открытыми и гибкими металлическими PBF-системами.

1. Aurora Labs

Пока перспектива 3D-печати металлических деталей со скоростью 1 тонны металла в день может звучать слишком хорошо, чтобы быть правдой, австралийский производитель металлических 3D-принтеров Aurora Labs выглядит готовым достичь именно этого.

С 2014 г. Aurora Labs разрабатывает новую технологию металлической 3D-печати для обеспечения печати на гораздо более высоких скоростях. Первооткрытая на Formnext 2018, технология Multilevel Concurrent Printing (MCP™) основана на знакомой порошковой плавильной технологии — но с поворотом.

В отличие от традиционных порошковых технологий, печатающих один слой за раз, MCP печатает множественные слои одновременно в одном проходе.

Как работает технология? MCP имеет два ключевых элемента: решётчатый механик рекоутера и множественные лазерные лучи. Когда печать начинается, устройство рекоутера, имеющее множественные дозаторы, скользит над печатной платформой, каждый дозатор откладывая разные слои порошка в одном проходе.

Пока один слой откладывается, он плавится лазером, достигая порошка через специальные зазоры в рекоутере. В том же проходе последующие слои откладываются и плавится последовательно лазерами.

По сути, это значит, что множественные слои могут быть напечатаны в одном проходе, значительно ускоряя процесс печати.

В прошлом сентябре Aurora Labs сообщила, что их RMP1 3D-принтер, движимый MCP-технологией, достиг скорости печати 350 кг в день — существенная веха, по сравнению с ~15 кг в день, которые система могла печатать в сентябре 2018 г.

Учитывая эти улучшения, Aurora Labs хорошо позиционирована для вывода на рынок одной из самых быстрых металлических PBF-систем, потенциально соперничающей традиционным производственным процессам по времени и стоимости.

2. Open Additive

Пока многие устоявшиеся производители 3D-принтеров предлагают проприетарные системы, всего несколько компаний решили принять подход открытых систем.

Такая компания — Open Additive, спин-офф от Universal Technology Company (UTC), с целью разработать индустриализированное решение, подходящее для разнообразных сред и потребностей.

Именно поэтому компания разработала доступную лазерную PBF-систему, называемую PANDA 3D printer, с множественными кастомизируемыми опциями: от открытой архитектуры машины и материалов до открытых параметров и сенсорной технологии.

Open Additive верят, что один из ключевых преимуществ открытых систем — компаниям можно снизить риск устаревания, добавляя возможности или адаптируя систему по мере развития новых передовых технологий.

Этот открытый подход к оборудованию и материалам не особенно распространён в АМ сегодня, но отрасль становится всё более рецептивной к таким разработкам. С усилиями вроде Open Additive мы приближаемся к видению гибкой, конфигурируемой аддитивной технологии, дающей компаниям гораздо больше опций для драйва инноваций.

3. Sharebot

Мир вводного уровня металлической 3D-печати быстро наполняется, и запуск принтера MetalONE от Sharebot служит очередным примером этого тренда.

С портфолио, охватывающим ключевые пластиковые 3D-процессы, было лишь вопросом времени, когда Sharebot войдёт в металл.

В случае MetalONE, машина — результат проекта, эволюционировавшего от SLS-машины Sharebot SnowWhite для термопластиковых порошков, запущенной компанией четыре года назад.

Дебютировав в прошлом году, машина обладает довольно компактной печатной зоной 65 x 65 x 100 мм. Но несмотря на малый фуутпринт, система ознаменовала значительный шаг вперёд для компании.

Цена ниже $120 000, MetalONE сидит в той же ценовой категории, что и другие вводные металлические 3D-принтеры, вроде Xact Metal XM200 и ORLAS Creator от OR Laser, оба на PBF-технологии.

Такие системы идеальны для тестирования материалов или дизайнов деталей перед масштабированием до более крупных PBF-машин, но также могут подойти для мелкосерийного ювелирного и стоматологического производства.

Волнительно видеть, как Sharebot, начавшая как разработчик базовых настольных 3D-принтеров, постепенно эволюционировала свой продукт к более профессиональным полимерным 3D-принтерам, и после лет исследований прибыла к своему первому металлическому 3D-принтеру.

Нацеленная на дела металлическую 3D-печать более доступной для малых и средних компаний, Sharebot готова использовать свою уже развитую экосистему для входа в новый рынок доступного металлического прототипирования и разработки продуктов.

Прямое энергетическое напыление (Direct Energy Deposition)

Развития в области Direct Energy Deposition (DED) особенно обильны. Эта технология использует фокусированный тепловой источник для плавления металлического порошка или проволоки по мере их добавления на строительную платформу.

Компании DED-оборудования всё чаще появляются, с одним особенно волнующим направлением — Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Ниже смотрим на перспективных производителей оборудования в WAAM и порошковых DED-процессах.

4. WAAM3D

На 2020 год WAAM-рынок остаётся малым, с горстью компаний, активно развивающих эту металлическую 3D-технологию.

WAAM3D — возможно, одно из менее известных имён в поле, но компания провела обширные исследования перед выводом технологии на рынок.

WAAM3D основан в 2018 г. для коммерциализации интеллектуальной собственности Cranfield University в области WAAM.

По словам компании, отсутствие цепочки поставок — а именно ПО-инструментов, WAAM-ориентированного оборудования, сырья, обучения и сервисов — препятствовало заслуженной индустриальной адаптации WAAM-процессов, несмотря на доказанные бизнес-выгоды.

Компания нацелена создать такую цепочку поставок и продвигать использование WAAM через авиацию и оборону, нефть и газ, энергетику и ядерную отрасль.

На данный момент WAAM3D опубликовала несколько успешных применений своей технологии. Одно — титановая деталь, 1-метровый сосуд под давлением, произведённый для Thales Alenia Space. Использование WAAM для этого компонента сэкономило более 200 кг материала на единицу и позволило консолидировать две части сосуда в одну.

Ранее в этом году WAAM3D завершила первый раунд серии А финансирования, который должен продвинуть компанию дальше в коммерциализации WAAM-технологии.

5. AML3D

AML3D — ещё одна компания, фундамент которой вдохновлён Cranfield University. Управляющий директор AML3D Эндрю Сейлз учился в Cranfield и, очарованный потенциалом технологии, основал WAAM-сервис-бюро в Австралии в 2014 г.

В 2019 г. компания получила сертификацию от глобального аккредитационного органа судоходства Lloyd's Register. С сертификацией на месте, AML3D доставила свою первую деталь морскому клиенту: комплект износостойких колец из мартенситной нержавейки.

Ранее в этом году AML3D также раскрыла, что готовит доставку своего первого WAAM-базированного 3D-принтера, называемого Arcemy, в ST Engineering, лидера авиации и обороны. Система Arcemy сочетает сварку, CAD-дизайн и робототехнику для производства промышленных качественных, крупноформатных и полностью плотных металлических деталей.

AML3D ожидает, что их 3D-печатающая технология будет выгодной для морского сектора, среди прочих, помогая сократить лид-таймы и облегчить судостроение и ремонт.

6. Big Metal Additive

Идея продвижения крупноформатной 3D-печати вперёд также вдохновила основание Big Metal Additive (BMA). Этот стартап разработал проволочно-подаваемый, дуговой АМ-метод для создания больших, сложных дизайн-структур из алюминия.

С объёмом сборки свыше 15 куб. футов и скоростями отложения до 5 lbs (~2,27 кг) в час, машина BMA оптимизирована для производства ферм, автошасси, оболочек, оснастки и приспособлений, балок и архитектурных элементов.

Другой дифференцирующий фактор BMA-системы — материалы. Большинство металлических 3D-принтеров работают только со специализированными сплавами, легко плавившимися и консолидирующимися. Big Metal использует восемь коммерческих алюминиевых дуговых сварочных сплавов, которые намного дешевле. Компания также ожидает добавить нержавейку, инструментальные стали, суперсплавы и титан в будущем.

«Мы хотим, чтобы процесс, который мы спроектировали, стал повсеместным. Мы хотим его везде: от хот-род мастерских до обслуживания и прототипных дизайн-шопов», — сказал основатель и президент Слейд Гарднер в интервью ASME.

Планы компании кажутся по-настоящему амбициозными, но вполне естественными для компании, глядящей на вождение металлического АМ в область крупноформатного производства.

7. CHIRON Group

Несколько месяцев назад CHIRON GROUP, глобальный производитель ЧПУ-оборудования, сделал свой вход в мир АМ с разработкой своего первого DED-3D-принтера, AM Cube.

Но что подтолкнуло к такому большому шагу в арену 3D-печати?

Добавляя АМ-технологию в свой продуктовый портфель, CHIRON нацеливается на предоставление полного пакета производственных решений. Ориентированный на крупные и сложные компоненты, AM Cube расширяет существующие ключевые компетенции компании, фокусирующиеся на металлообработке и автоматизации.

Нацеливаясь на приложения в авиации, энергетике, производстве инструментов и других отраслях, система 3D-печатает near-net-shape детали, но также способна на напыление и ремонт компонентов.

Один из волнующих фич AM Cube — его модульность. 3D-принтер спроектирован так, что до трёх печатающих головок могут быть сменены во время активного процесса печати или напыления.

Кроме того, Chiron обеспечила использование и проволоки, и порошка для усиления гибкости машины. Это потому, что напыление порошком широко используется во многих промышленных настройках, в то время как проводной DED доставляет лучшие характеристики безопасности и снижение отходов.

Теперь CHIRON создаёт объект, где будет использовать свой новый 3D-принтер для производства более крупных компонентов, с долгими закупочными сроками и высокими ценами материалов.

8. Formalloy

Formalloy существует с начала 2016 г., но за эти 4 года DED-металлическая 3D-печатающая компания сделала себе значительное имя.

Награждённая технология Formalloy якобы способна печатать с одним из самых комплексных списков металлических сплавов на рынке. Более того, её DED-системы оснащены синей лазерной технологией для создания near-net-shape деталей с диаметрами 1 мм – 1 м, со скоростью отложения до 15 lbs в час.

Последняя X-серия системы также включает Formfeed порошковые дозаторы, позволяющие 3D-печатать с градиентными/биметаллическими структурами.

С растущим трендом к in-process мониторингу, Formalloy внедрила closed-loop контрольную технологию в X-серию, позволяя системе мониторить качество сборки и точность в реальном времени.

Благодаря способности производить крупные компоненты и ремонтировать их детали, 3D-принтеры Formalloy были адаптированы NASA в серии R&D проектов для исследования масштабируемости крупноформатного АМ.

Разрабатывая решения, нацеленные на снижение затрат и материальную гибкость, Formalloy выходит на захват части DED-рынка, который только сейчас становится более насыщенной технологической категорией.

Металлическая фотополимеризация

9. Incus

Incus GmbH, спин-офф австрийского вендора керамических 3D-принтеров Lithoz, дебютировала своим новым процессом металлической фотополимеризации 3D-печати на Formnext в 2019 г.

Технология за её новым 3D-принтером основана на ват-полимеризационных техниках, вроде SLA и DLP, использующих жидкие смольные материалы. Incus, с другой стороны, разработала процесс, позволяющий затвердевание фотореактивного, металл-наполненного материала, используя мощный световой проектор. Детали, 3D-напечатанные с этой технологией, должны пройти дебиндинг и спекание для достижения финальных свойств.

Потенциальные преимущества этого процесса над другими металлическими АМ-техниками включают способность работать с новыми «несварными» металлами, улучшенную безопасность (из-за избегания воздушно-переносного порошка), повышенную точность и, поскольку это свет-базированный, более быстрые скорости сборки.

Технология была выведена на рынок в конце 2019 г. под серией 3D-принтеров Hammer и теперь в операции для нескольких бета-клиентов. Incus продолжает тонко настраивать свою технологию и смотрит на разблокировку больше приложений через медицинский, авто, авиакосмический и ювелирный сектора.

Материальное джиттинг (Material Jetting)

10. Tritone

Почти все 3D-процессы фокусируются на печати самого объекта, с одним исключением — 3D-печать форм для литья.

Израильский стартап Tritone разработал уникальную технологию MoldJet, которая переворачивает идею обычного 3D-процесса: вместо 3D-печати желаемого объекта, 3D-принтер Tritone сначала создаёт форму, а затем заполняет её металлической или керамической пастой, пока лезвие точности удаляет излишки материала для гладкого слоя.

Материал затем проходит термическую обработку для закрепления, за которой следует инспекция для анализа качества слоя. По завершении детали извлекаются из поддона и помещаются в ультразвуковую ванну, которая растворяет материал формы, оставляя надёжное green-изделие, готовое для финального спекания.

Одно из ключевых преимуществ использования MoldJet над другими 3D-процессами — способность использовать стандартные порошки Metal Injection Moulding (MIM), что может снизить материаловые затраты. MIM-материалы универсальны и повсеместно доступны по товарным ценам.

Кроме того, Tritone заявляет, что детали могут доставлять плотность до 99%, с качеством, похожим на MIM-детали.

В настоящее время Tritone фокусируется на дальнейшей разработке и тестировании машины на базе MoldJet-технологии. Будет волнительно увидеть, как новая технология будет принята на рынке, когда компания коммерциализирует свой металлический 3D-принтер, с запуском, запланированным на конец этого года.

Продвижение оборудования металлической 3D-печати

Металлическая 3D-печать — одна из самых быстрорастущих технологий сегодня, и одна из причин этого роста — её продолжающаяся эволюция.

Новые производители оборудования, вступающие в АМ-индустрию, — одна из движущих сил за этой эволюцией, так как они нацелены на разработку процессов, преодолевающих вызовы уже существующих машин.

Растущая конкуренция на рынке металлической 3D-печати топлит инновации. Однако, чтобы максимально использовать инновационное металлическое АМ-оборудование, оно также должно поддерживаться достижениями в других областях, вроде материалов и разработки ПО.

Только создавая экосистему, поддерживающую надежное и воспроизводимое использование металлической 3D-печати, могут как стартапы, так и более устоявшиеся компании сделать металлическое АМ ценным производственным решением.

Оставайтесь с нами для следующей статьи, которая посмотрит на растущие звёзды в металлических 3D-печати материалах.