Intervista con Kevin Eckes di Aerosint

La maggior parte delle nuove startup nella stampa 3D sono piuttosto noiose. C’è un sacco di whizzbang ma pochissima innovazione fondamentale. La maggior parte di loro sta cercando di ottenere un punteggio non cercando di migliorare la stampa 3D nel suo complesso. Aerosint potrebbe benissimo essere una delle poche startup in grado di portare vera innovazione alla stampa 3D. L’azienda sta cercando di cambiare il modo in cui i sistemi di letti in polvere si autocollano, come si comportano con i supporti e nel processo aprono tutta una serie di nuovi materiali e applicazioni riducendo al tempo stesso il costo delle parti. Abbiamo intervistato Kevin Eckes di Aerosint per saperne di più su questa startup potenzialmente molto eccitante.

Cos’è Aerosint?

Aerosint è un’azienda fondata nel 2016 sull’idea che la deposizione selettiva di polveri renderà la produzione additiva più capace, scalabile e meno costosa. Abbiamo sviluppato un sistema meccanico che sostituisce il normale ricoprimento di polvere nei sistemi SLS / SLM in modo che più polveri possano essere depositate in un singolo strato con selettività spaziale.
Quali sfide speri di risolvere per le persone?

Crediamo che la nostra tecnologia consentirà la produzione scalata di parti avanzate che sono ottimizzate per topologia, materiali e costi. La maggior parte delle tecniche di fusione del letto in polvere attualmente si concentra principalmente sulla capacità geometrica, molto meno sul costo parziale e quasi nulla su guadagni di efficienza attraverso l’uso di più materiali. In breve, vogliamo aiutare la produzione additiva a vivere fino al suo hype ed essere in grado di costruire le parti migliori possibili al minor costo.
Come funziona la tua tecnologia?

Il sistema che abbiamo sviluppato deposita piccoli “voxel” di polvere in modo linea per linea da fusti rotanti che passano su una piattaforma di costruzione in una macchina SLS o SLM. A differenza del processo di rivestimento monomateriale utilizzato nei processi SLS / SLM / MJF / binder-jetting, nell’utilizzo del nostro sistema si ha un controllo tridimensionale completo sul posizionamento del materiale in polvere, necessario per la costruzione di parti multimateriali.

Perché il tamburo rotante è essenziale?

È la geometria più efficiente per l’applicazione. Con un tamburo rotante gli unici limiti delle dimensioni X e Z sono le dimensioni della macchina che racchiude il sistema di ricircolo Aerosint. La lunghezza del tamburo rotante (ovvero la dimensione assiale) limita la dimensione Y della costruzione.

Cosa intendi con multi-materiale?

Intendiamo, letteralmente, più di un materiale. Il nostro sistema può modellare due o più materiali in polvere affiancati. Certo, sinterizzarli insieme è una questione completamente diversa, e non possiamo eludere i limiti fisici fondamentali. Pertanto, due polimeri o due metalli con temperature di lavorazione termica simili possono essere realisticamente incorporati in una singola parte usando il sistema di deposizione di polvere Aerosint per strutturare le polveri costituenti prima della sinterizzazione.

C’è anche la possibilità di creare parti che chiamiamo “pseudo multi-materiale”. Queste sarebbero parti in cui la maggior parte della parte è un polimero di base e alcune regioni includono materiali compositi composti dallo stesso polimero di base con un additivo, come fibra di vetro, fibra di carbonio o persino nanoparticelle per migliorare localmente la parte meccanica, proprietà elettriche o magnetiche.

Recentemente abbiamo dimostrato la co-deposizione e la sinterizzazione di TPU flessibile con polistirolo rigido (a sinistra) e più colori di TPU (a destra).
Puoi fare anche materiali a gradiente? Gradiente e più materiali allo stesso tempo?

Puoi pensare alle immagini in polvere che creiamo come versioni fisiche di immagini binarie (cioè in bianco e nero). Quindi, mentre non possiamo tracciare gradienti veramente continui, possiamo creare gradienti “digitali” retinati per formare interfacce tra due materiali (vedi sopra, a sinistra). Nel nostro sistema, teoricamente, puoi modellare tanti materiali quanti ne hai a rotazione. In pratica, esiste naturalmente un limite basato sulla dimensione della macchina, ma possono essere realizzati 2, 3 o 4 tamburi per macchina.
Come può essere usato per ottimizzare le superfici?

Le superfici possono essere ottimizzate in termini di proprietà dei materiali e risparmio di materiali. Un’applicazione utile è quella di essere in grado di creare parti che hanno un materiale di superficie dura per resistere all’usura e all’abrasione combinate con un materiale interno resistente per resistere alla frattura fragile (a sinistra). Questa strategia è ancora più attraente se il costo del materiale di superficie è elevato rispetto al materiale sfuso. In un altro esempio, una parte in rame ad alta conduttività termica può essere resa più forte e più resistente alle sollecitazioni con una superficie in acciaio (a destra).
Quali sono i vantaggi di questo (rispetto ad altre tecniche AM) ?

I processi di stampa 3D multimateriale più maturi dipendono dall’indurimento di più costose resine polimeriche, a volte contenenti nanoparticelle (come nel caso delle resine conduttive). Queste resine sono spesso piuttosto costose e tendono ad invecchiare e diventano fragili dopo la stampa. A causa di questi e altri svantaggi, questo processo di jetting e di indurimento della resina è più adatto per la prototipazione piuttosto che per la produzione su scala AM.

I processi AM a letto di polvere si sono dimostrati il ​​più veloce, il più conveniente e scalabile di tutti i vari metodi AM. Volevamo sviluppare un processo basato sulla tecnologia dei letti in polvere per renderlo in grado di elaborare più materiali. Il nostro sistema di deposizione in polvere è anche indipendente dal materiale: siamo in grado di gestire polimeri, ceramiche e molte polveri metalliche.
Quali sono i vantaggi economici della tua tecnologia rispetto a SLS?

La SLS dei polimeri è piuttosto dispendiosa perché la polvere non utilizzata che ha subito un processo di costruzione riscaldato per ore cambia chimicamente in modo da proibirne il riutilizzo diretto in una build successiva. Alcune quantità possono essere riutilizzate se mescolate con polvere vergine, ma c’è quasi sempre una quantità che viene gettata via.

Il problema è peggiore per i materiali ad alta temperatura di sinterizzazione, come il PEEK e altri materiali termoplastici ad alte prestazioni. Succede che questi materiali sono anche piuttosto costosi per cominciare, quindi qualsiasi risparmio di polvere si traduce in significativi risparmi sui costi. Il nostro sistema consente la deposizione di costose polveri di costruzione solo dove necessario, poiché una polvere di supporto economica non fusibile (come la ceramica) può essere co-depositata in ogni strato.
Usando le polveri ceramiche come supporto riutilizzabile quanti soldi dovrei risparmiare?

Con presupposti conservativi per densità di build e velocità di aggiornamento della polvere in base ai dati forniti da un importante ufficio di assistenza, stimiamo che il valore del materiale sprecato in un pieno di polvere PEEK stampato in un sistema EOS P800 sia di circa 32.000 USD . Dopo solo 38 build completi, il costo dei rifiuti di polvere supererebbe il costo della macchina EOS P800 stessa!

Per PA12 e presupposti conservativi simili, per una compilazione completa in un sistema EOS P760 il costo dei rifiuti in polvere ammonta a circa 3.000 USD .

Con un riverniciatore Aerosint che deposita sia una polvere di supporto in ceramica non fusibile che una polvere di polimero, riteniamo che il tasso di scarto della polvere possa essere ridotto a meno dell’1% della quantità totale di polvere in ingresso nel processo. Per PEEK questo rappresenta meno di 500 USD / build, o un risparmio di oltre 31.500 USD per build. Nel caso di PA12 i rifiuti sarebbero ridotti a 74 USD / build, corrispondenti a un risparmio di 2.926 USD / build . Considerando le centinaia di build che un importante ufficio di assistenza farebbe all’anno per macchina, i risparmi cumulativi possono facilmente ammontare a milioni di dollari all’anno.

Un’analisi più dettagliata è qui .
Su quali materiali stai lavorando?

Per il caso multi-materiale, abbiamo progetti attivi per combinare polimeri flessibili e rigidi come TPU e PA12, polimeri multicolore, acciaio e rame. Per il caso di risparmio di polveri ci concentriamo quasi esclusivamente su PEEK e stiamo sviluppando un sistema di deposizione in polvere in grado di resistere alle condizioni operative estreme necessarie per PEEK SLS.
Non vedo come si possa usare questo per combinare circuiti di stampa 3D e polimeri in un unico passaggio. Non vuoi sciogliere o deformare il polimero?

Per i circuiti, infatti, è necessario un approccio più intelligente della semplice fusione di rame e polimero, poiché il rame sfuso ha una temperatura di fusione molto più elevata rispetto a qualsiasi termoplastico. Sappiamo di alcuni interessanti lavori in corso per sviluppare materiali compositi polimerici sinterizzabili che possono essere resi selettivamente conduttivi in ​​una fase di post-elaborazione. Finché il polimero matrice del materiale precursore conduttivo ha una temperatura di fusione simile a quella del materiale sfuso circostante, dovrebbe essere possibile stampare contemporaneamente percorsi conduttivi e materiale isolante utilizzando il nostro sistema.
Che tipo di metalli puoi combinare tra loro?

I nostri primi sforzi sono focalizzati su acciaio e rame. Con lo stesso sistema di prototipi, altre combinazioni metallo-metallo dovrebbero eventualmente essere validate.
Quanto è matura la tua tecnologia?

La nostra tecnologia sta maturando rapidamente, ma molti aspetti devono ancora essere convalidati. In particolare, abbiamo bisogno di combinare le nostre competenze sulla deposizione in polvere con le competenze di elaborazione dei materiali di altri per spingere la nostra tecnologia più vicina al mercato.
Che tipo di partner stai cercando e perché dovrebbero collaborare con te ?

La nostra tecnologia dovrebbe consentire AM multi-materiale, ma abbiamo esperienza e risorse interne limitate per esplorare lo spazio delle combinazioni materiali che potrebbero essere possibili. Siamo interessati a collaborare con istituti di ricerca e in particolare dipartimenti di ricerca e sviluppo di aziende che hanno identificato la necessità di una produzione additiva multimateriale per migliorare i loro prodotti e la loro posizione sul mercato.

La settimana scorsa avremo uno stand presso Formnext a Francoforte tra gli altri vincitori delle sfide di avvio, e diamo il benvenuto a chiunque si fermi a discutere di applicazioni e possibilità di collaborazione.

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