Haute Fabrication lancia il servizio di stampa 3D metal di autoapprendimento con volumi di costruzione fino a 5,2 metri cubi


I co-fondatori di Haute Fabrication sono stati guidati da Structured Polymers e dal defunto Carl Deckard.

Il processo Hybrid Direct Laser Sintering (HDLS) dell’azienda è in fase di sviluppo da più di sette anni ed è destinato a diventare operativo per la prima volta quest’estate. Alla ricerca di investimenti tramite la piattaforma StartEngine, l’azienda sta lavorando per sviluppare e implementare quattro varianti del suo sistema HDLS – con volumi di costruzione che variano da 0,6 metri cubi a 5,2 metri cubi – che saranno gestiti da una suite di sistemi robotici addestrati per la realtà virtuale e un sistema di controllo basato su cloud di intelligenza artificiale adattiva (AI) integrato. Gli ultimi ritocchi sono attualmente in fase di realizzazione su una struttura iniziale di 30.000 piedi quadrati ad Austin.

HDLS fonde polvere di metallo fine con più raggi laser da 1100 W per costruire parti, iniziando prima con le strutture di supporto della zattera e poi con la parte stessa e altre strutture di supporto. Questo processo di sinterizzazione laser standard deve essere ridimensionato e integrato con la tecnologia di automazione per consentire la produzione in serie di parti per uso finale e stampi specializzati per lo stampaggio a iniezione.

Delle quattro stampanti che Haute deve implementare nell’ambito del suo servizio di produzione a contratto, la HDLS 250 Minotaur è dotata di laser 1-4 e vanta un volume di costruzione di 600 x 600 x 600 mm; l’ HDLS 500 Tiamut vanta 4-9 laser e ha un volume di costruzione di 1250 x 1250 x 1250 mm; l’ HDLS 1000 Kraken è dotato di 9-25 laser e un volume di costruzione di 2500 x 2500 x 2500 mm; e l’ HDLS 5000 Karathen ospiterà tra 64-144 laser fondendo polvere in un’area di costruzione di 5200 x 5200 x 5200 mm. È inoltre in fase di sviluppo una macchina per stereolitografia (SLA) con una capacità di costruzione di 2500 x 2500 x 2500 mm, mentre anche Haute implementerà anche i sistemi di sinterizzazione laser selettiva (SLS).

Questa diversa capacità di costruzione è supportata da un’infrastruttura di intelligenza artificiale basata su cloud che ospita stampanti, robotica e un sistema di controllo dell’automazione. L’infrastruttura di automazione di Haute fornisce anche un circuito di feedback attivo e la risposta appresa da build precedenti nell’intera flotta di macchine HDLS, con un sistema in attesa di brevetto di imaging visivo, termico ed ultrasonico che analizza lo strato per fabbricazione di strato di ogni parte per rilevare e registrare i difetti e anomalie.

L’implementazione dell’automazione di Haute include anche l’uso della realtà virtuale (VR) per addestrare robot e sincronizzare i processi di produzione per specifici progetti client. L’utilizzo della realtà virtuale ha permesso a Haute di lavorare in modo efficace con i propri clienti, in particolare nel clima attuale in cui i contatti stretti sono limitati a causa della pandemia di COVID-19, per sviluppare virtualmente flussi di lavoro di produzione, offrendo trasparenza completa e consentendo ai clienti di porre domande e fornire input. L’allestimento può essere adattato in base alle esigenze del cliente, con processi di garanzia della qualità, ad esempio, aggiunti per un cliente aerospaziale che richiede volumi elevati e sottratti per la stampa di un prototipo. Questo tipo di modifica può essere effettuata con un lavoro manuale diretto minimo sul piano di produzione, portando Haute a suggerire che ha trovato un modo per ”

Nel retro delle piattaforme HDLS di Haute, nel frattempo, sono autoclavi integrate che possono mantenere temperature fino a 2.400 F e facilitano il trattamento termico dei componenti mentre vengono fabbricati, il che significa che “parti di qualità quasi forgiata” sono prodotte con solo la rimozione e la lucidatura delle parti post-stampa richiesto. Haute è anche fiducioso che, alla fine, qualsiasi metallo sarà in grado di essere processato sulle sue piattaforme, anche se sta iniziando con polveri più comuni come l’acciaio inossidabile 316 e il nichel rame. Mentre la società stamperà anche parti in polimero, Haute si aspetta che la maggior parte della sua attività sia nel settore dei metalli.

Il co-fondatore e Chief Science Officer di Haute Fabrication parla con TCT
Il viaggio della tecnologia HDLS inizia negli anni ’80 in due stati: Iowa, dove il Chief Science Officer e il co-fondatore Kevin Friesth si sono stancati delle stesse vecchie sfide di fabbricazione che stava affrontando durante la costruzione di motori a razzo e alla fine hanno fatto rotolare la palla su Haute Fabrication. E il Texas, la culla della tecnologia SLS e la futura casa di Haute.

Era il 2013 quando questi due archi si incontrarono. Friesth, con le sue visioni di una tecnologia di produzione di massa basata sulla stampa 3D, incontrò Vikram Devarajan, uno dei co-fondatori di Structured Polymers , e presto si ritrovò invitato nella sua struttura con sede ad Austin per incontrare il team, incluso il defunto Carl Deckard. I fondatori dei polimeri strutturati erano felici di separarsi da alcuni consigli.

“Possiamo aiutarti a spendere milioni di dollari e costruire una stampante proprio come quello che c’è là fuori”, ricorda Friara Devarajan e Deckard dicendo, “ma quello che devi fare è sviluppare la prossima generazione: un sistema automatizzato. Se questa verrà accettata come una capacità di produzione di massa, deve essere automatizzata perché una, non vuoi che le persone siano in polvere – [per alcune aziende], dal 55 al 65% del loro costo è manodopera – e due la qualità dei danni alla vita, come il tunnel carpale a causa di movimenti ripetuti. Devi andare automatizzato e robotizzato per eliminare quei due e quindi ridurre i costi fino a dove è accettabile. “

Ai tempi in cui Deckard sviluppò e commercializzò la tecnologia SLS negli anni ’80 , non era possibile automatizzare la tecnologia in modo tale che gli operatori umani non entrassero mai in contatto con la polvere. Era a malapena possibile nel 2013. Per Friesth, che aveva questa visione di prendere le basi della tecnologia di sinterizzazione laser e integrarla con sistemi di controllo e dispositivi robotizzati basati sull’intelligenza artificiale e ridimensionarla fino a dimensioni mai viste prima, era più che un poco frustrante che si trattasse di un processo di sviluppo costante, con molto tempo in attesa che altri elementi tecnologici si adeguassero.

“Fino a circa quattro o cinque anni fa, la tecnologia dei controller non si era sviluppata al punto di averne bisogno, non disponevi di molti sensori che facciamo oggi. E quando avevi i sensori, non avevi i microcontroller, quindi sono stati pollo e uova ”, dice Friesth a TCT . “È stato frustrante tentare di contrastare questo, ma ora stiamo arrivando al punto che intelligenza artificiale, bus dati, capacità di rete, la tecnologia di archiviazione hanno finalmente raggiunto. Ci sono volute così tante generazioni – in pratica tre decenni – per consentire a questa tecnologia di raggiungere il punto in cui volevamo essere “.

Con la tecnologia di sinterizzazione laser di Haute 2020, una volta inviati i file di progettazione alla stampante, la configurazione del sistema robotico prende il sopravvento, caricando la polvere in un sistema di fusione riempito di argon, che garantisce nessun cambiamento di ossidazione o contaminazione dell’umidità, e successivamente estrazione di torte di costruzione dalle macchine per la rimozione e la lucidatura dei pezzi. Questo sistema si prenderà anche cura della polvere non utilizzata che verrà riciclata e spinta di nuovo attraverso le macchine. La pianificazione dei lavori è stata inoltre automatizzata per aiutare a stabilire le priorità degli ordini, mentre la risposta acquisita basata sull’intelligenza artificiale contribuirà a migliorare continuamente la produttività e la qualità delle parti. Questa infrastruttura è identica per ogni set di macchine, che si tratti di una flotta di 250 Minotauri o 5000 Karathen.

È una storia simile per l’hardware stesso, con i laser che si comportano allo stesso modo, comunicando tra loro e lavorando in aree designate con un crossover minimo, appena ingrandito per produrre parti a volumi più grandi senza compromettere la velocità. Nel frattempo, Haute ha integrato i controller di fabbricazione Smoothieboard di Smoothieware, che sono stati utilizzati su una pletora di apparecchiature CNC, per supportare molti dei processi automatizzati attorno alle macchine e ha anche assunto il cervello dietro di essa: Arthur Wolf, Chief Innovation Officer e Mark Cooper , Chief Technology Officer, sono responsabili della progettazione di gran parte dell’hardware e del software di Haute.

Questa infrastruttura è stata realizzata per garantire che Haute abbia un inizio operativo una volta operativo alla fine di quest’anno. La tabella di marcia è già stata definita; la società sa quali settori e applicazioni verranno presi di mira fin dall’inizio, cosa verrà più avanti in pochi anni e come l’azienda cresce in risposta.

“Andremo a cercare i mercati in cui sappiamo di poter entrare”, sottolinea Freisth.

È una distinzione importante. Sebbene Haute abbia progettato il suo set-up HDLS per offrire la qualità e i volumi richiesti dall’industria aeronautica, ad esempio, ed essere abbastanza robusto da ottenere la certificazione, non vuole aspettare. La società inizierà servendo i mercati della tecnologia inferiore, producendo componenti come scambiatori di calore da pompe geotermiche e dispositivi di raffreddamento per unità di elaborazione grafica (GPU).

“È un po ‘più basso ma, ad esempio, i blocchi d’acqua per le schede video, se riempiamo una camera piena, sono due milioni e mezzo di dollari di prodotto”, afferma Freisth. “Considerando che potremmo essere come alcune delle altre aziende produttrici di stampanti, stanno ancora lavorando per ottenere la certificazione [aviazione commerciale] tre e quattro anni dopo. È una delle industrie più difficili da raggiungere – alcune di esse hanno speso milioni di dollari e non hanno mai realizzato più di poche parti. Perché dovremmo voler spendere 200 milioni per un prodotto che potremmo essere in grado di vendere solo tra tre o cinque anni?

“Stiamo parlando di redditività il nostro primo anno di attività. E stiamo guardando alla produzione di massa, non una tantum. Il nostro punto di forza è la produzione di massa. Se vuoi 100.000 refrigeratori d’acqua, possiamo procurarteli; se hai bisogno di blocchi d’acqua e vuoi un milione di unità in un anno, possiamo farlo ”.

Haute lavorerà anche subito sui motori a razzo, con l’obiettivo di liberare le persone dall’angoscia vissuta da Friesth tanti anni fa – un ordine per costruire diversi motori a razzo per Odyssey Aerospace è già stato messo in sicurezza. Con la sua macchina Karathen 5000, applicazioni come questa verranno prodotte in un unico pezzo, con solo il componente della pompa turbo e le tubazioni aggiunte dopo, così come le eliche e gli scambiatori di calore nucleare. Sebbene questa macchina potrebbe non essere operativa fino al prossimo anno – Haute spera che sarà pronta prima della fine del 2020, ma alcuni “pavimenti molto intensivi” devono essere posati per sostenere il peso della piattaforma – le prime fabbricazioni sono già in corso allineati, compreso un test di pressione dell’azoto liquido per fuoco a freddo e un motore a razzo a fuoco vivo per i test. Una volta che Haute ha stabilito la sua attività principale,

Sembra probabile che Haute costituirà una business unit separata per soddisfare quella che prevede essere una grande domanda nel settore dell’aviazione commerciale e muoversi attraverso i processi regolatori, mentre la principale attività di Haute continuerà a produrre componenti industriali a bassa tecnologia e motori a razzo. A tal fine, l’attenzione sarà focalizzata sulla trasformazione di vecchi progetti in 3D stampabili, consolidando il numero di componenti richiesti e riducendo alcuni costi. “Se vieni in uno dei nostri centri di facilitazione per i clienti, ridisegneremo la tua parte. Potrebbe aver avuto 100 parti; ora ha 12. Se ti è capitato di ottenere le tue parti da 15 luoghi diversi, possiamo ottenere tutto al nostro posto. ” In questo modo, afferma Friesth, la società può consolidare la propria base e consentire all’industria aeronautica “il tempo di crescere quando ne ha bisogno”. In tempo,

Man mano che la portata dell’azienda cresce, si aspetta di creare una serie di strutture aggiuntive. I centri del sistema di facilitazione del cliente sarebbero molteplici, aiutando le aziende a riprogettare i componenti, mentre una serie di fabbriche manifatturiere potrebbero essere installate in regioni con influenza industriale per ridurre le spedizioni e la logistica. Le fabbriche funzioneranno su richiesta, con lavori programmati durante tutto l’anno per navigare nei cicli di boom e bust, e altre località pronte in caso di sovraccarico.

La maggior parte delle attività di Haute è prevista per i metalli, anche se la società ospiterà anche sistemi polimerici costruiti con la stessa architettura. “Non c’è molta differenza tra SLS e DMLS, oltre alla temperatura della camera”, afferma Friesth, riconoscendo anche che molta tecnologia di Haute si basa su IP SLS archiviato negli anni ’80. È stato solo un caso di aggiunta di componenti aggiornati, come una nuova lama di ricopertura per migliorare la diffusione della polvere o un nuovo sistema galvo per consentire applicazioni con funzioni fini o un sistema di gestione termica che è “assolutamente unico”.

“Quello che ho fatto è stato prendere un sistema che può andare da 100 gradi Fahrenheit, o temperatura ambiente, fino a 2.000 gradi Fahrenheit”, afferma Friesth. “È un design molto personalizzato; mi ci sono voluti circa tre anni per capire il problema della gestione termica “.

Da qualche parte in quei tre anni, Friesth era tornato ai polimeri strutturati per mostrare i suoi progressi e si era girato con il feedback che il controllo termico era ancora inadeguato e l’intelligenza artificiale durante l’analisi dei tempi di costruzione aveva ancora bisogno di un po ‘di lavoro. Consigli come questo, Friesth e il suo team sono stati più che felici di accettare, facendo di tutto per spostare la compagnia in Texas e avvicinarsi a queste saggezze.

È stato l’incoraggiamento da parte del team di Structured Polymers a impostare Friesth su questa impresa, i loro standard che hanno innalzato il suo, e la guida come il titolo di Deckard che ne è seguito che ha fatto molto per decidere come portare la tecnologia HDLS sul mercato.

“Una delle prime cose che Carl mi ha detto”, ricorda Friesth, “ha detto,” puoi fare molte stampanti, ma non farai soldi con esse. Se hai intenzione di fare soldi con le stampanti, lo farai sui materiali o lo farai sulle fabbricazioni. Ho 30 anni di esperienza, posso dirti in prima persona, se provi ad entrare nel mercato vendendo stampanti, sarai come tutto il resto e riuscirai a malapena a fare soldi. “

“[Carl e Structured Polymers] sono stati mentori di grande valore. Sono stati “lì, fatto” con più macchine e siamo stati in grado di [trarre vantaggio] dai loro oltre 100 anni di conoscenza. Sfortunatamente, abbiamo perso Carl presto perché volevo davvero che vedesse la macchina di nuova generazione, nata dalla sua tecnologia originale. “

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