150激光束金属3D打印机,能量提升100倍,VulcanForms开启规模制造服务

3D打印资讯
2022
07/05
22:26
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南极熊导读:国外已经出现一种跨越性的激光粉末床金属3D打印技术,使用150个激光束,总输出能量高达100千瓦,生产速度得到极大提升,成为一种规模化制造金属零件的颠覆性工艺。其融资金额已达3.55亿美元(约合人民币24亿),充分体现出广阔的市场应用前景。

2022年7月,南极熊了解到,在DEVENS, Mass(马萨诸塞州德文斯)地区有一些3D打印机,它们高20英尺,重6万磅,代表着3D打印的技术前沿。每台3D打印机都具有150道激光束,每个系统最多可提供100千瓦粉末床的激光功率,是一般系统的100倍(最高可提升250倍),这些激光束能够快速地来回移动,高速精确地制造零件。现在,它们能为包括航空航天、半导体、国防和医疗植入物等领域在内的企业客户制造高科技部件。

值得一提的是,这些机器可以打印钛和其他材料,整体结构是密封的,里面的气氛保护采用的是氩气,这是反应性最低的气体之一,能够减少导致零件缺陷和杂质的产生。下面南极熊将具体介绍VulcanForms的技术发展和运营模式。

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VulcanForms
马萨诸塞州德文斯的3D打印铸造厂位于波士顿西北约40英里处,由VulcanForms公司所有,这是一家依托于麻省理工学院的新公司。它现在已经筹集了3.55亿美元的风险资金。员工数量在过去一年里增加了六倍,达到360人,他们来自通用电气和普惠公司等主要制造商以及谷歌和欧特克等科技公司。VulcanForms 的投资者包括 Eclipse Ventures、Stata Venture Partners、Fontinalis Partners、D1 Capital Partners、Standard Investments、Atlas Innovate、Boston Seed Capital、Industry Ventures 和 Simkins Family。

VulcanForms的联合创始人、麻省理工学院机械工程教授John Hart说"我们已经证明了技术的有效性,现在的核心问题是公司的资金和运营管理。”南极熊想说,这是必然的,资金和运营管理在技术的发展过程中也会发挥着重要的作用起。制造业专家、企业高管和投资者都认为,对于起源于20世纪80年代的3D打印来说,技术、经济和投资趋势对于3D打印的发展缺一不可。

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△用3D打印机制造的零件可用于先进电子设备的散热。

3D打印发展

3D打印是指从头开始,一层一层地制造东西。计算机引导激光束融化金属、塑料或复合材料的粉末,以创造出这些层。而传统的减材制造加工通常是切削材料,例如,铸造一块金属,然后用机器或工具将零件切削成需要的形状。McKinsey & Company.的制造专家Jörg Bromberger指出,3D打印,也叫增材制造,不再是少数消费和工业产品的新奇技术,也不再是用于制作设计概念原型。它现在是一项开始提供工业级产品质量和批量打印的技术。增材制造也对环境友好,它比传统制造业的铸造、锻造和切削成型中产生的浪费要少得多。对于一些金属零件,3D打印可以减少90%的材料成本,减少50%的能源。专家们指出,如果该技术能够快速高效地进行大批量生产,那么工业3D打印就有可能大幅削减制造专用零件的总费用。

近年来,一些公司利用增材制造技术来制造专门的零件。General Electric依靠3D打印技术制造喷气发动机的燃料喷嘴,Stryker公司制造脊柱植入物,Adidas公司为高端跑鞋打印格子鞋底。甚至还可以用3D打印制造牙科植入物和牙齿矫正装置。在Covid-19大流行期间,3D打印机生产了紧急供应的面罩和呼吸器部件。专家们指出,3D打印现在的潜力是极大的。根据制造服务市场Hubs的一份报告,到2026年,3D打印市场预计将增加两倍,达到近450亿美元

拜登政府希望通过3D打印来帮助引领美国制造业的复苏。负责制造业和经济发展的总统特别助理伊丽莎白-雷诺兹(Elisabeth Reynolds)说,增材制造技术将与机器人和人工智能一起,成为 “21世纪现代制造业的基础。”

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△VulcanForms的三维打印使用了比其他系统更多的激光束阵列

5月,拜登总统前往Cincinnati宣布了一项 名为"Additive Manufacturing Forward"的倡议,这是一项由白宫与主要制造商合作建立的倡议。五个最初公司成员,包括GE Aviation, Honeywell, siemens Energy, Raytheon and Lockheed Martin公司(这些公司正广泛增加对增材制造的使用)承诺帮助其美国中小型供应商采用3D打印制造技术。这项倡议旨在加速投资并建立一个更广泛的增材制造应用基础

VulcanForms:工厂即产品
VulcanForms是由哈特博士和他的一个研究生马丁-费尔德曼在2015年创立的。他们追求一种全新的3D打印方法,即使用比现有系统多很多的激光束阵列。这需要在激光光学、传感器和软件方面进行创新,以使得各个激光束可以协调工作。

2017年,他们的研究已经取得了足够的进展,他们可以建造一台机器,但缺乏资金。最后,经过不懈努力,他们从Eclipse Ventures获得了200万美元的种子轮投资。Eclipse的合伙人Greg Reichow回忆说,VulcanForms技术试图解决3D打印的三个缺点:太慢、太贵和太多缺陷

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△一名员工正在准备用于组装VulcanForms 3D打印机的部件。

这家初创公司努力建造了第一台机器,以证明其概念是可行的。后来在第一台机器的基础上,又研发了新的版本,这使得打印功能更强大并且打印零件更精确。VulcanForms说,现在推出的打印机的激光能量是大多数3D打印机的100倍,生产零件的速度也快了许多倍。这种打印技术是该公司的核心知识资产,受到几十项专利的保护。但VulcanForms已决定不出售其机器,其战略是成为需要定制零件的客户的供应商。这种做法使VulcanForms公司能够控制整个制造过程,该公司正在自己建立制造过程的每个阶段,制造自己的打印机,设计零件,进行最终加工和测试。

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△制造流程

首席执行官的Feldmann先生:”如果我们要成功,必须要建立一套完整的数字制造流程,工厂就是产品。“现在DEVENS,厂有六台巨型打印机;到明年,预计将达到20台。VulcanForms已经为第二家工厂物色了四个地点。在五年内,该公司希望有几家3D打印工厂开始运行。

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△VulcanForms工厂有六台巨型3D打印机,到明年应该有20台。

曾在通用电气工作的Brent Brunell加入了VulcanForms,他是一名增材制造专家。Brent Brunell先生说,在3D打印中使用大型激光器阵列的概念并不新鲜,但以前没有人真正做到这一点。在他加入VulcanForms公司并考察了其技术后,认为VulcanForms有很明显的优势,可以说VulcanForms在激光阵列打印的道路上向前迈进了一大步。

普惠公司的前高级制造经理,VulcanForms现在的运营主管Kip Wyman说:”工厂本身可以是一个强有力的招聘工具。我把应聘者带到这里,向他们直接展示机器,它们通常的反应是想成为VulcanForms中的一员。“

对于一些工业零件,仅靠3D打印是不够的,需要进行最后的热处理和金属加工。所以,VulcanForms在今年收购了Arwood Machine。Arwood是一家现代机械厂,主要为为战斗机、水下无人机和导弹制造零件。在VulcanForms公司的领导下,未来几年的计划是让Arwood公司的投资和劳动力增加两倍(目前有90人)。

VulcanForms是一家私营公司,虽然没有公开其收入,但它的销售额正在迅速攀升,而订单也在逐季增加十倍。VulcanForms销售额的持续增长主要是由于增加了像Cerebras这样的客户,该公司为人工智能应用制造专门的半导体系统。去年,Cerebras公司向VulcanForms公司寻求帮助,为其强大的计算机处理器制造一个复杂的水冷部件。

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△水冷部件

这家半导体公司向VulcanForms发送了一份模型设计图,这是一张由微小钛管组成的复杂网络。Cerebras公司的首席执行官Andrew Feldman回忆说,在48小时内,VulcanForms公司就制造了一个零件,然后两家公司的工程师根据原型实物进行了进一步的改进,目前该冷却系统已经投入使用。

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△Dr. Hart and Mr. Feldmann在一台三维打印机前的合影。

Feldmann先生说,现代3D打印使工程师能够做出新的、复杂的设计,以提高性能。我们不可能用其他方式制造水冷部件,只能使用增材制造技术生产如此复杂的零件。可以说增材制造让我们重新思考如何制造东西,这改变了以往的制造思路和加工思路


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