Het is niet moeilijk te begrijpen waarom enkele van 's werelds grootste bedrijven onlangs enorme investeringen hebben gedaan in 3D-metaalprinten. De productie van metalen onderdelen op grote schaal vereist momenteel dat bedrijven door complexe wereldwijde toeleveringsketens navigeren die een onvermijdelijke hap uit de bedrijfsresultaten halen.

Echter, de kosten, complexiteit, en de tijd die gepaard gaat met 3D-printen van metaal hebben ervoor gezorgd dat het stempel van de technologie op de productie-industrie van meerdere biljoenen dollars minimaal blijft.

Desktop Metal werkt eraan om dat te veranderen. Later dit jaar, het bedrijf zal beginnen met het verzenden van vroege versies van zijn productiesysteem, een 3D-printer die tot 100 kan produceren, 000 metalen onderdelen tegen een prijs en snelheid die concurrerend is met traditionele productiemethoden. Het eerste product van het bedrijf, het Studio-systeem, verbeterde de veiligheid, snelheid, en de prijs van prototypes voor 3D-printen en kleine partijen metalen onderdelen.

"Metaalproductie is een van de grootste drijvende krachten achter de productie in het algemeen, en productie drijft de wereld, " zegt A. John Hart, medeoprichter van Desktop Metal, een universitair hoofddocent aan de afdeling Werktuigbouwkunde van het MIT en de directeur van het Laboratorium voor Productie en Productiviteit. "3D-printen is een verbazingwekkende technologie in termen van zijn mogelijkheden en hoe het de levenscyclus van het product hervormt, maar we zijn in zo'n vroeg stadium dat innovatieve processen nodig zijn om de sluizen te openen."

Bij het nastreven van dat doel, het oprichtende team, waaronder vier huidige MIT-professoren en een alumnus van de Sloan School of Management, heeft toezicht gehouden op een opmerkelijke mate van innovatie die ertoe heeft geleid dat het bedrijf meer dan 200 octrooien heeft aangevraagd of in het proces is ingediend.

Die innovatie kan helpen verklaren waarom Desktop Metal sinds de oprichting in 2015 een ongekend traject heeft doorlopen Boston Business Journal meldt dat het afgelopen zomer het snelste bedrijf in de Amerikaanse geschiedenis werd dat een waardering van een miljard dollar bereikte, op weg om $ 277 miljoen aan durfkapitaal op te halen.

De eeuwenoude maakindustrie lijkt misschien een formidabel doelwit voor zo'n jonge startup, maar de investeringsarmen van grote bedrijven zoals Google, doorwaadbare plaats, BMW, en GE hebben Desktop Metal gefinancierd in de hoop dat het bedrijf de industrie kan ontwrichten op een schaal die nog nooit eerder in de 3D-printwereld is gezien.

Een gouden kans

In 2012, Ric Fulop MBA '06 was algemeen partner bij North Bridge Venture Partners toen hij een zakelijke kans zag in het feit dat de huidige processen voor het 3D-printen van metaal veel te traag waren voor massaproductie en veel te duur voor prototyping. De volgende drie jaar zocht hij naar het juiste bedrijf om die problemen aan te pakken, voordat hij besloot het bedrijf zelf te starten.

Zich bewust van de enorme technische uitdagingen die voor hem liggen, Fulop besloot een team van mensen samen te brengen die hun loopbaan hebben besteed aan het ontwikkelen van gebieden die verband houden met 3D-printen, inclusief materiaalkunde, machine ontwerp, automatisering, en software.

De zes mensen met wie hij het bedrijf oprichtte, zijn onder meer Hart; Kyocera Hoogleraar Materials Science and Engineering Yet-Ming Chiang; materiaalwetenschap en techniek Professor Christopher Schuh; en werktuigbouwkunde professor Ely Sachs, een vroege pionier van 3D-printen die de veelgebruikte methode van binderjetprinten uitvond. De andere mede-oprichters zijn computer-aided-design software veteraan Rick Chin, en Jona Myerberg, die met Fulop bij een vorig bedrijf werkte en momenteel dienst doet als Chief Technology Officer van Desktop Metal.

"We kwamen bij elkaar en zeiden:'Laten we beginnen met uitvinden, ' en dat was een geweldige ervaring, "Hert herinnert zich. "Desktop Metal is in geen van onze laboratoria uit IP voortgekomen. Het was een team dat werd opgericht rond een kans en een visie die toen snelle uitvindingen en innovatie vereisten in de context van de marktbehoefte."

Een van de doorbraken van het team was een druktechniek genaamd gebonden metaalafzetting, die werkt door het extruderen van metaalpoeder gemengd met een bindmiddel, op een vergelijkbare manier als het laag-voor-laagproces dat gebruikelijk is bij 3D-printen van plastic. De onderdelen worden vervolgens in een ontbinder geplaatst, waar een gepatenteerde vloeistof het bindmiddel oplost, voordat ze worden gesinterd en verdicht in een oven.

Gebonden metaalafzetting werkt met veel van dezelfde legeringen als het metaalspuitgietproces (MIM) dat sinds de jaren tachtig op grote schaal wordt gebruikt in de productie. inclusief roestvrij staal, koper, en titaan.

"We hebben 3D-printen van metaal veranderd in iets kantoorvriendelijks dat je overal kunt neerzetten, "zegt Fulop. "Je steekt hem gewoon in het stopcontact en je kunt er metalen onderdelen van maken."

Het Studio System maakte 3D-printen praktisch voor prototyping op kantoor en productie van kleine volumes. Maar om Desktop Metal het hoofd te bieden aan de wereldwijde productiemarkt, het bedrijf moest het drukproces opnieuw uitvinden.

Het productiesysteem van het bedrijf maakt gebruik van een andere gepatenteerde techniek genaamd single pass jetting, een complex maar uiterlijk soepel proces waarbij een printkop met aan weerszijden poederverspreiders heen en weer schuift over een bouwgebied. Met elke pas, de printer brengt precieze lagen metaalpoeder aan voordat er een bindmiddel op het poeder wordt gespoten. Elke laag poeder is zo dun als een mensenhaar.

Volgens het bedrijf, het systeem is 's werelds snelste metalen 3D-printer, 400 procent sneller dan het dichtstbijzijnde binderjet-systeem en 100 keer sneller dan de huidige laserprinters.

"Een groot deel van de ontoegankelijkheid tot nu toe waren de kosten en snelheid van het afdrukken, " zegt Hart. "Als je ooit een 3D metalen onderdeel hebt zien printen... sommige planten groeien sneller."

Een gouden toekomst

Fulop schat dat er in 2019 twee dozijn productiesystemen zullen worden verscheept naarmate het bedrijf blijft opschalen. Terwijl de bestellingen binnenstromen, veel klanten van Desktop Metal zijn op zoek naar meerdere systemen om te printen met volumes die veel hoger zijn dan 100, 000 onderdelen.

Nog altijd, het blijft onduidelijk hoeveel 3D-printen de reguliere metaalverwerking in de nabije toekomst zal verstoren. Traditionele productieprocessen, zoals gieten, hebben hun voordelen voor het maken van relatief eenvoudige onderdelen in hoge volumes.

"Als mensen zeggen dat 3D-printen over een aantal decennia 20 of 40 procent van de productie zal uitmaken, I denk, 'Waarschijnlijk niet, ' en dan, 'Het is te vroeg om te zeggen, '" Herkent Hart. "Dat gezegd hebbende, het is zo vroeg dat ik er zeker van ben dat de additieve productie-industrie de komende vijf tot tien jaar 10 of 100 keer zal groeien."

Het meten van de impact van 3D-metaalprinten met behulp van het verkoopvolume van huidige machines en materialen onderschat waarschijnlijk de werkelijke waarde ervan. De unieke mogelijkheden van 3D-printen moeten nieuwe opties aan het licht brengen voor ingenieurs en ontwerpers die objecten willen maken zoals efficiëntere vliegtuigmotoren en lichtere autoconstructies.

"Met 3D-printen kunt u complexiteit omzetten in eenvoud, Hart legt uit. "Bedenk hoeveel producten de gelijktijdige engineering en uiteindelijke assemblage van veel onderdelen vereisen, en hoe de ontwerpbeperkingen en logistiek van de productie bepalen hoe we producten ontwikkelen. Met 3D-printen kunt u assemblages consolideren in afzonderlijke onderdelen, en ontwerp voor optimale prestaties. Als we alleen aan de kosten van 3D-printen denken, gaan we voorbij aan de ongelooflijke waarde die nieuwe ontwerpen bieden, en door snelheid en flexibiliteit in operaties. Als je over die aspecten hand in hand nadenkt, zie je de echte doorbraak."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.