3-D Baskı Yenilik Köklerinin Ötesinde Büyüyor

DEVENS, Mass. — Makineler 20 fit yüksekliğinde, 60.000 pound ağırlığında ve 3-D baskının teknolojik sınırını temsil ediyor.

Her makine, bir portaldan yansıtılan ve hızla ileri geri hareket eden 150 lazer ışını dağıtarak, havacılık, yarı iletkenler, savunma ve tıbbi implantlar gibi alanlarda kurumsal müşteriler için yüksek teknolojili parçalar üretiyor.

Titanyum ve diğer malzemelerin parçaları, bir parçanın tasarımına bağlı olarak, her biri insan saçı kadar ince, 20.000 katmana kadar katman katman oluşturulur. Makineler hava geçirmez şekilde kapatılmıştır. İçeride, atmosfer esas olarak, gazların en az reaktifi olan argondur ve bir parçada kusurlara neden olan kirlilik olasılığını azaltır.

Boston’un yaklaşık 40 mil kuzeybatısında, Devens, Mass.’da bulunan 3 boyutlu baskı dökümhanesi, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden çıkan bir start-up olan VulcanForms’a aittir. Girişim fonunda 355 milyon dolar topladı. General Electric ve Pratt & Whitney gibi büyük üreticilerden ve Google ve Autodesk gibi teknoloji şirketlerinden işe alınanlarla, iş gücü geçen yıl altı kat artarak 360’a yükseldi.

VulcanForms’un kurucu ortağı ve MIT’de makine mühendisliği profesörü olan John Hart, “Teknolojinin işe yaradığını kanıtladık” dedi ve “Şu anda göstermemiz gereken, bir şirket olarak güçlü finansallar ve büyümeyi yönetebileceğimizdir.”

Üretim uzmanlarına, şirket yöneticilerine ve yatırımcılara göre, kökenleri 1980’lere uzanan 3 boyutlu baskı için teknoloji, ekonomi ve yatırım trendleri sonunda endüstrinin ticari atılımı için yerine oturuyor olabilir.

Eklemeli üretim olarak da adlandırılan 3 boyutlu baskının artık birkaç tüketici ve endüstriyel ürün için veya prototip tasarım konseptleri oluşturmak için yeni bir teknoloji olmadığını söylüyorlar.

McKinsey & Company’de üretim uzmanı olan Jörg Bromberger, “Artık endüstriyel düzeyde ürün kalitesi ve hacimsel baskı sunmaya başlayan bir teknoloji” dedi. Danışmanlık firmasının yakın tarihli “The Mainstreaming of Additive Manufacturing” başlıklı raporunun baş yazarıdır.

3 boyutlu baskı, her seferinde bir katman olmak üzere sıfırdan bir şey yapmak anlamına gelir. Bilgisayar güdümlü lazer ışınları, katmanları oluşturmak için metal, plastik veya kompozit malzeme tozlarını eritir. Geleneksel “eksiltmeli” imalatta, örneğin bir metal blok dökülür ve ardından bir parça takım tezgahlarıyla şekillendirilir.

Son yıllarda, bazı şirketler özel parçalar yapmak için katkı teknolojisini kullandılar. General Electric jet motorları için yakıt memeleri yapmak için 3 boyutlu baskıya güveniyor, Stryker omurga implantları yapıyor ve Adidas üst düzey koşu ayakkabıları için kafesli tabanlar basıyor. Diş implantları ve diş düzeltme cihazları 3 boyutlu olarak yazdırılır. Covid-19 salgını sırasında, 3 boyutlu yazıcılar, yüz siperleri ve ventilatör parçaları için acil durum malzemeleri üretti.

Bugün uzmanlar, potansiyelin göreceli bir avuç niş üründen çok daha geniş olduğunu söylüyor. Üretim hizmetleri pazarı Hubs tarafından hazırlanan bir rapora göre, 3 boyutlu baskı pazarının 2026 yılına kadar dünya çapında üç katına çıkması ve yaklaşık 45 milyar dolara ulaşması bekleniyor.

Biden yönetimi, Amerikan imalatının yeniden canlanmasına yardımcı olmak için 3 boyutlu baskıya bakıyor. Üretim ve ekonomik kalkınmadan sorumlu başkanın özel yardımcısı Elisabeth Reynolds, katkı teknolojisinin robotik ve yapay zeka ile birlikte “21. yüzyılda modern üretimin temellerinden” biri olacağını söyledi.

Mayıs ayında Başkan Biden, Beyaz Saray tarafından büyük üreticilerle işbirliği içinde koordine edilen bir girişim olan Additive Manufacturing Forward’ı duyurmak için Cincinnati’ye gitti. İlk beş kurumsal üye – GE Aviation, Honeywell, Siemens Energy, Raytheon ve Lockheed Martin – katmanlı üretim kullanımlarını artırıyor ve küçük ve orta ölçekli Amerikalı tedarikçilerinin teknolojiyi benimsemelerine yardımcı olma sözü verdi.

Gönüllü taahhütler, yatırımı hızlandırmayı ve daha geniş bir yerel katmanlı üretim becerileri tabanı oluşturmayı amaçlıyor. Yönetim yetkilileri, 3-D baskının yüksek teknolojili bir dijital üretim süreci olduğu için, yazılımda Amerika’nın gücünde rol oynadığını söylüyor. Eklemeli üretim, Amerikan üretimini, özellikle Çin’de olmak üzere denizaşırı ülkelerde yapılan döküm ve metal işlemeye daha az bağımlı hale getirecek.

Katmanlı üretim ayrıca çevresel bir bonus vaat ediyor. Geleneksel imalatın döküm, dövme ve kesilmesinden çok daha az israftır. Bazı metal parçalar için 3 boyutlu baskı, malzeme maliyetlerini yüzde 90 oranında azaltabilir ve enerji kullanımını yüzde 50 oranında azaltabilir.

Uzmanlar, endüstriyel 3 boyutlu baskının, teknoloji daha yüksek hacimli üretim için yeterince hızlı ve verimli hale getirilebilirse, özel parçalar üretmenin toplam masrafını önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip olduğunu söylüyor.

VulcanForms, 2015 yılında Dr. Hart ve onun yüksek lisans öğrencilerinden Martin Feldmann tarafından kuruldu. Mevcut sistemlerden çok daha fazla lazer ışını kullanan 3 boyutlu baskı için yeni bir yaklaşım izlediler. Lazer ışınlarının karmaşık dansının koreografisini yapmak lazer optiklerinde, sensörlerde ve yazılımda yenilikler gerektirecektir.

2017 itibariyle, bir makine yapabileceklerini düşünecek kadar ilerleme kaydetmişlerdi, ancak bunu yapmak için paraya ihtiyaçları olacaktı. VulcanForms ekibinin bir parçası olan bir seri start-up emektarı olan Anupam Ghildyal’in katıldığı çift, Silikon Vadisi’ne gitti. Eclipse Ventures’tan 2 milyon dolarlık bir tohum turu sağladılar.

Eclipse’in bir ortağı olan Greg Reichow, VulcanForms teknolojisinin 3 boyutlu baskının üç eksikliğini gidermeye çalıştığını hatırladı: çok yavaş, çok pahalı ve kusurlarla dolu.

Başlangıç, konseptinin uygulanabilir olduğunu kanıtlayan ilk makineyi yapmak için mücadele etti. Ama sonunda başarılı oldu. Ve sonraki sürümler daha büyük, daha güçlü ve daha hassas hale geldi.

VulcanForms, yazıcılarının artık çoğu 3 boyutlu yazıcının lazer enerjisinin 100 katını ürettiğini ve parçaları çok daha hızlı üretebildiğini söyledi. Bu baskı teknolojisi, düzinelerce patentle korunan şirketin temel fikri varlığıdır.

Ancak VulcanForms, makinelerini satmamaya karar verdi. Stratejisi, özel yapım parça ihtiyacı olan müşterilere tedarikçi olmaktır.

Bu yaklaşım, VulcanForms’un tüm üretim sürecini kontrol etmesine olanak tanır. Ama aynı zamanda, katmanlı üretim ekosisteminin eksik olduğu gerçeğine verilen bir tavizdir. Şirket, üretim sürecinin her aşamasını kendisi inşa ediyor, kendi yazıcılarını yapıyor, parça tasarlıyor, son işleme ve test yapıyor.

CEO olan Bay Feldmann, “Başarılı olmak istiyorsak, bunu kesinlikle kendimiz yapmalıyız – dijital üretimin tüm yığınını oluşturmalıyız” dedi. “Fabrika, üründür.”

Devens tesisinde altı adet dev yazıcı bulunuyor. Şirket, gelecek yıl 20 olması gerektiğini söyledi. VulcanForms, ikinci bir fabrika için dört lokasyon araştırdı. Beş yıl içinde şirket, birkaç 3 boyutlu baskı fabrikasını faaliyete geçirmeyi umuyor.

Kendin yap stratejisi, başlangıç ​​için risk ve maliyeti de artırır. Ancak şirket, yüksek profilli acemilerden oluşan bir listeyi, riskin buna değer olduğuna ikna etti.

Brent Brunell, VulcanForms’a geçen yıl, eklemeli üretim uzmanı olduğu General Electric’ten katıldı. Bay Brunell, 3 boyutlu baskıda büyük lazer dizileri kullanma konseptinin yeni olmadığını, ancak bunu daha önce kimsenin başaramadığını söyledi. VulcanForms’a katıldıktan ve teknolojisini inceledikten sonra, “Bu adamların bir sonraki mimaride olduğu açıktı ve çalışan bir süreçleri vardı” dedi.

VulcanForms tesisindeki her makinenin yanında bir operatör, bir sensör verisi akışı ve bir bilgisayar ekranına aktarılan lazer ışınlarının iş başındaki bir kamera görüntüsü ile performansını izler. Fabrikanın sesi, bir veri merkezine çok benzeyen düşük, elektronik bir uğultu.

Fabrikanın kendisi güçlü bir işe alım aracı olabilir. Pratt & Whitney’de eski kıdemli üretim müdürü ve VulcanForms’da operasyon başkanı olan Kip Wyman, “Onları buraya getiriyorum ve makineleri gösteriyorum” dedi. “Her zamanki tepki, ‘Heck, bunun bir parçası olmak istiyorum.'”

Bazı endüstriyel parçalar için 3 boyutlu baskı tek başına yeterli değildir. Son ısıl işlem ve metal işleme gereklidir. Bunu kabul eden VulcanForms, bu yıl Arwood Machine’i satın aldı.

Arwood, çoğunlukla Pentagon için çalışan, savaş uçakları, su altı insansız hava araçları ve füzeler için parçalar üreten modern bir makine atölyesidir. VulcanForms kapsamında, önümüzdeki birkaç yıldaki plan, Arwood’un şu anda 90 kişiden oluşan yatırımını ve iş gücünü üç katına çıkarmak.

Özel bir şirket olan VulcanForms, gelirini açıklamaz. Ancak satışların hızla arttığını ve siparişlerin çeyrek dönem on kat arttığını söyledi.

VulcanForms’un sürdürülebilir büyümesi, yapay zeka uygulamaları için özel yarı iletken sistemler yapan Cerebras gibi müşterilere yapılan satışların artmasına bağlı olacak. Cerebras, güçlü bilgisayar işlemcilerini suyla soğutmak için karmaşık bir parça yapmak için geçen yıl VulcanForms’u aradı.

Yarı iletken şirket, VulcanForms’a küçük titanyum tüplerden oluşan karmaşık bir ağ olan konseptin bilgisayar tasarım çizimini gönderdi. Cerebras’ın CEO’su Andrew Feldman, 48 saat içinde VulcanForms’un bir parça ile geri döndüğünü hatırladı. Her iki şirketin mühendisleri daha fazla iyileştirme üzerinde çalıştı ve soğutma sistemi şu anda kullanımda.

Deney ve inovasyonun hızını artırmak, katmanlı üretimin vaatlerinden biridir. Ancak Bay Feldman, modern 3 boyutlu baskının, mühendislerin performansı artıran yeni, karmaşık tasarımlar yapmasına da izin verdiğini söyledi. Bay Feldman, “Bu su soğutma kısmını başka türlü yapamazdık” dedi.

“Katmanlı üretim, bir şeyleri nasıl inşa ettiğimizi yeniden düşünmemizi sağlıyor” dedi. “Şu an geldiğimiz nokta bu ve bu büyük bir değişiklik.”