صنعتی کردن پرینت سه بعدی | اخبار MIT

لبه برش تولید افزودنی دنیایی از امکانات را برای شرکت هایی که به دنبال تغییر فرآیندهای تولید خود و ایجاد محصولات جدید هستند، ارائه می دهد. اما شرکت‌هایی که می‌خواهند به آن دنیا دست یابند، به‌طور سنتی مجبور بودند مبالغ هنگفتی را در جدیدترین ماشین‌های چاپ سه‌بعدی سرمایه‌گذاری کنند و سپس نحوه ادغام آن‌ها را در عملیات خود بیابند.

با توجه به اینکه پرینترهای سه بعدی برای بسیاری از کاربردهای صنعتی می توانند با توان عملیاتی و سازگاری خود دست و پنجه نرم کنند، فروش سختی است.

اکنون، VulcanForms، که توسط Martin C. Feldmann MEng ’14 و پروفسور MIT John Hart تأسیس شده است، تولید دیجیتال را به عنوان خدماتی برای شرکت‌ها برای ساخت محصولات صنعتی در مقیاس ارائه می‌کند. این شرکت در انتخاب مواد و طراحی محصول به مشتریان کمک می کند و سپس یک گردش کار تولیدی مقیاس پذیر را در ریخته گری تولید خود ایجاد می کند.

در قلب هر یک از این جریان‌ها، یک چاپگر سه بعدی فلزی همجوشی بستر پودری لیزری (LPBF) وجود دارد که از مجموعه‌ای از پرتوهای لیزری با طراحی ظریف برای تولید قطعات فلزی با کارایی بالا با طرح‌های پیچیده استفاده می‌کند. چاپگرها با ماشینکاری، رباتیک و تجهیزات پس پردازش VulcanForms از طریق یک رشته دیجیتال که قطعات را در حین تولید نظارت می کند، ادغام می شوند.

هارت می‌گوید: «اگرچه فناوری LPBF برای چندین کاربرد از جمله نازل‌های سوخت موتور جت و ایمپلنت‌های ارتوپدی به خوبی تثبیت شده است، اما به سختی سطح فرصت را از بین می‌برد. VulcanForms یک فرصت بازار فوق العاده برای تحقق تولید افزودنی در مقیاس صنعتی و ادغام آن با یک سیستم تولید دیجیتال می بیند.

VulcanForms در حال حاضر در حال تولید قطعات برای شرکت های صنایع پزشکی، دفاعی، نیمه هادی و هوافضا است و طرح ها را در عرض چند روز به قطعات نهایی تبدیل می کند. بنیانگذاران می گویند کیفیت VulcanForms با موادی مانند تیتانیوم و همچنین آلیاژهای فولادی مبتنی بر نیکل و پیشرفته از استانداردهای صنعتی فراتر می رود.

VulcanForms در حال حاضر در حال تکمیل دو مرکز تولید دیجیتال اول خود در Devens و Newburyport، ماساچوست است. پس از اتمام، تاسیسات Devens علاوه بر داشتن قابلیت‌های پس پردازش، چندین سیستم تولید افزودنی این شرکت را نیز در خود جای خواهد داد. بنیانگذاران می‌گویند این سیستم‌ها Devens را به بالاترین ظرفیت تولید افزودنی‌های فلزی در جهان تبدیل خواهند کرد. مرکز نیوبوری پورت بر ماشینکاری دقیق، اتوماسیون صنعتی و عملیات مونتاژ تمرکز دارد. VulcanForms با ادغام این فناوری‌ها با یک رشته دیجیتال، زیرساخت‌های تولید دیجیتال مستقر در ایالات متحده را ایجاد می‌کند که به گفته بنیان‌گذاران، نحوه طراحی، ساخت و تحویل محصولات را مشخص می‌کند.

مرتبط کردن پرینت سه بعدی صنعتی

هارت ورود خود به تولید مواد افزودنی را غیرعادی می نامد. در سال 2013، یکی از همکارانش از او خواست تا کلاسی را برای برنامه کارشناسی ارشد مهندسی MIT در برنامه ساخت و طراحی پیشرفته تدریس کند.

هارت می‌گوید: «به یاد نمی‌آورم چه چیزی باعث شد که پیشنهاد کنم که کلاس بر تولید مواد افزودنی تمرکز کند، زیرا هنوز در آن منطقه تحقیق نمی‌کردم. “کلاس آزمایشی بود که من برای کشف یک علاقه جدید و استفاده از اشتیاق و کنجکاوی دانش آموزان استفاده کردم.”

یکی از دانشجویان آن کلاس فلدمن بود که در آن زمان در ترم اول خود در MIT بود. کلاس پروژه محور دانش آموزان را با اندازه گیری دقت قطعات پرینت سه بعدی، بهبود خواص آنها و مشارکت در سخنرانی های مربوط به چاپ سه بعدی با اصول اصلی ساخت، موظف کرد.

فلدمن می‌گوید: «MIT چیزهای زیادی را به سمت شما پرتاب می‌کند – چیزهای بسیار فنی اما موارد بسیار کاربردی. در MIT، یادگیری تولید مواد افزودنی فقط محاسبه چیزها نبود. این بود، “اینجا هستند [fused deposition modeling] چاپگرها، به من بگویید که چه توانایی هایی دارند. و شما از آنها استفاده می کنید و چیزهایی می سازید. من واقعا از آن لذت بردم. این یکی را برای پیشروی تلاش‌های تحقیقاتی در صنعت و استارت‌آپ‌ها آماده می‌کند، زیرا باید به چیزهایی نزدیک شوید که می‌دانید چه کاری انجام می‌دهید و اطمینان دارید که آن را متوجه خواهید شد.»

فلدمن پس از اخذ مدرک، متخصص تحقیقاتی در آزمایشگاه هارت شد و در آنجا نانومواد و الکترودهای باتری را مطالعه کرد. اما فلدمن و هارت به ایده‌پردازی راه‌هایی ادامه دادند تا تولید افزودنی را از نظر صنعتی مرتبط‌تر کنند.

در نهایت آنها تصمیم گرفتند نوع جدیدی از چاپگر فلزی LPBF بسازند که تعداد زیادی لیزر را قادر می‌سازد همزمان کار کنند و در عین حال کیفیت قطعه تمام شده را حفظ کند. این زوج راهنمایی های اولیه را از طریق سرویس مشاوره سرمایه گذاری MIT دریافت کردند.

“هدف ما این بود که فرآیند LPBF را بازسازی کنیم، و آن را به گونه ای انجام دهیم که کیفیت بسیار بالاتر و ثابت تری را ممکن کند، که ما آن را مانع اصلی برای صنعتی سازی تولید افزودنی می دانستیم.” هارت می گوید.

با در نظر گرفتن این مأموریت، فلدمن و هارت تصمیم گرفتند جهش کنند و VulcanForms را راه اندازی کنند، در حالی که فلدمن اساساً نزدیک به دو سال در حالی که روی اولین نمونه چاپگر کار می کرد، از خود حمایت کرد. امروزه چاپگرهای این شرکت از صدها آهنگ جوش در هر لایه استفاده می کنند که لیزرها در یک رقص هماهنگ حرکت می کنند. این لیزرها در مجموع تا 100 کیلووات توان تولید می‌کنند تا قطعات را با وضوح و مقیاسی بالاتر از آنچه بنیان‌گذاران می‌گویند دیگر چاپگرها می‌توانند به دست آورند، بسازند.

کارخانه ریخته گری VulcanForms همچنین شامل ماشینکاری CNC و تجهیزات پس پردازش است و بنیانگذاران می گویند که پشته نرم افزاری این شرکت یک تمایز کلیدی است.

هارت می‌گوید: «از ابتدا، ما چاپ سه‌بعدی را به عنوان سنگ بنای تولید دیجیتال دیدیم، جایی که نرم‌افزار و سخت‌افزار دست در دست هم برای کدگذاری و اجرای دستورالعمل‌های تولید کار می‌کنند. ما نرم‌افزاری را ساخته‌ایم که به هر قسمت اجازه می‌دهد دمای یکسانی را در هر وکسل در هر لایه دریافت کند. همچنین این امکان را به ما می دهد که با حفظ ثبات در تولید، به سرعت به سمت محصول نهایی حرکت کنیم.

در نهایت بنیانگذاران بر روی آنچه که این قابلیت‌ها برای مشتریان باز می‌کنند متمرکز هستند.

فلدمن می‌گوید: «چیزی که واقعاً من را هیجان زده می‌کند این است که چگونه می‌توانیم یک مشتری را در یک محیط تولید به واقعیت تبدیل کنیم – نه در رخت آویز یا تزئینات روی میز.» «همه افرادی که در مواد افزودنی هستند، بسیار هیجان زده هستند که یک چاپگر سه بعدی چه کاری می تواند انجام دهد و نه اینکه چگونه در جریان ارزش تولید کار می کند. به همین دلیل است که ما یک جریان ارزش تولید کامل در خانه داریم. به همین دلیل است که شعار ما “VulcanForms: 100 کیلووات قدرت لیزر در چاپگر” نیست. این “VulcanForms: شتاب دهنده نوآوری” است.

کمک به پرینت سه بعدی برای رسیدن به پتانسیل خود

سال گذشته، یک سازنده ابر رایانه طرح‌های VulcanForms را برای یک جزء خنک‌کننده در پردازنده‌های خود ارسال کرد. بخش تیتانیومی که حاوی ده‌ها تونل میکروسکوپی بود، آنقدر پیچیده بود که تنها با استفاده از مواد افزودنی ساخته می‌شد. مانند مجله نیویورک تایمز گزارش شده استدو روز بعد VulcanForms با قسمتی بازگشت.

VulcanForms همچنین ایمپلنت‌های پزشکی، ابزارهای صنعتی و قالب‌های لاستیک و قطعات را برای پیمانکاران هوانوردی و دفاعی تولید کرده است.

فلدمن نوآوری‌ها را با تولید افزودنی می‌بیند که باعث پیشرفت فناوری در تعدادی از صنایع می‌شود.

فلدمن می‌گوید: «من فکر نمی‌کنم در آینده ایمپلنت‌های ارتوپدی وجود داشته باشند که با LPBF چاپ نشوند.

این پیشرفت فناوری به نوبه خود موارد استفاده بیشتری را به همراه خواهد داشت.

فلدمن می‌گوید: «تنها چیزی که من 100 درصد از آن مطمئن هستم این است که برنامه‌های کاربردی با بالاترین ارزش برای تولید مواد افزودنی هنوز پیدا نشده‌اند.

این شرکت همچنین دگرگونی تولید را که توسط فناوری‌های تولید دیجیتال امکان‌پذیر شده است، فرصتی برای ایالات متحده می‌داند تا هم رونق اقتصادی و هم اکوسیستم نوآوری خود را بهبود بخشد.

هارت می‌گوید: «VulcanForms معتقد است که یکی از بزرگترین فرصت‌ها در ایالات متحده بازسازی اکوسیستم صنعتی آن حول سیستم‌های تولید دیجیتال است. «فناوری‌های تولید اول دیجیتال، از جمله تولید افزودنی و ماشین‌کاری دقیق خودکار، زنجیره‌های تأمین نوآورانه‌تر، کارآمدتر از منابع و انعطاف‌پذیرتر را ممکن می‌سازد. نوآوری در تولید، ستون فقرات اقتصاد آمریکا است.»