Intervista con l’ex CTO di ExOne Rick Lucas

Negli ultimi anni, l’hype è stato costruito sul getto legante metallico o meglio Metal Binder Jetting . Appannati dalle fiamme di avvio di Desktop Metal, sia HP che GE dovrebbero lanciare presto macchine jet binder. Ma un’altra azienda meno nota è stata per oltre 20 anni la stampa 3D di polveri metalliche con tecnologia a getto d’inchiostro . ExOne da tempo si concentra sulla produzione industriale su larga scala di parti in matrice metallica in cui una parte a stato verde viene infusa con un altro metallo come il bronzo e quindi sinterizzata in un forno. Hanno anche macchine altamente produttive per la stampa a sabbia per applicazioni di microfusione. Dal 2013 l’azienda ha anche getti di metalli leganti in lega singola con le polveri MIM più fini, un processo simile a quello ora utilizzato anche da HP, GE e Desktop Metal.

ExOne ha perfezionato il processo, tuttavia, grazie alla sua tecnologia Triple ACT, grazie alla quale l’erogazione ad ultrasuoni, un nuovo tipo di rullo e un rullo di compattazione offrono all’azienda risultati migliori. Nella loro tecnologia di erogazione ad ultrasuoni utilizza una tramoggia a vibrazione ultrasonica per dosare rapidamente un’ampia area con esattamente la giusta quantità di polvere. Con polvere meno agglomerante e più accurata e uniformemente distribuita dà una parte verde migliore, più densa che si traduce in una parte più accurata in seguito. Nella diffusione, di solito in altre tecnologie, un singolo rullo o coltello distribuisce la polvere sulla superficie di costruzione e la compatta in modo che abbia la giusta densità durante il riempimento dell’intero strato (spero). Un singolo strumento è quindi responsabile di due operazioni molto diverse che devono avvenire contemporaneamente. Ovviamente la diffusione è un passaggio cruciale, e la principale innovazione di ExOne qui è nel separare l’imballaggio e diffonderlo in due fasi separate. Un rullo zigrinato distribuisce uniformemente la polvere mentre un rullo compattatore separato è ottimizzato per compattare la polvere. Triple ACT offre a ExOne notevoli vantaggi rispetto ad altre tecnologie concorrenti in termini di qualità e accuratezza delle parti. Abbiamo intervistato Rick Lucas che è CTO di ExOne e dietro il team che ha sviluppato questa tecnologia e gli altri che ExOne implementa.

Rick ha una preparazione nei materiali e nello sviluppo del prodotto ed è stato con ExOne per otto anni. Durante quel periodo l’azienda ha continuato a sviluppare le sue grandi stampanti a sabbia e ha introdotto stampanti in metallo come M-flex , Innovent + per test e sviluppo e X1 25Pro per la produzione e X1 160Pro per la produzione su larga scala. Contemporaneamente l’azienda ha ampliato la sua gamma di polveri, recentemente ha annunciato 15 nuovi materiali portando il loro numero totale di metalli a 21.

Rick afferma che ” Quando si pensa alla storia di ExOne di 20 anni nella stampa 3D … ci sono due aree di sviluppo … piattaforme più grandi, le macchine per la sabbia per la fusione e la stampa su metallo “.

“Per quanto riguarda la stampa dei metalli: da oltre 15 anni lavoriamo al processo di stampa dei materiali a matrice metallica. Ciò comporta polveri da 50 micron e un’infiltrazione secondaria da parte di una lega con punto di fusione inferiore. Uno dei principali vantaggi di questo processo è che non vi è molto restringimento. Le parti hanno anche buone proprietà e mantengono bene le forme e la geometria. ”

I clienti di ExOne, tuttavia, volevano di più.

“I nostri clienti volevano materiali in lega unica, volevano una buona economia e si chiedevano perché non stessimo guardando il getto del legante, quindi abbiamo iniziato nel 2012 a lavorare con loro per sviluppare la tecnologia che volevano. Per questo avremmo le polveri più fini delle polveri della gamma 50-60 micron con cui avevamo lavorato. Avremmo bisogno delle polveri di processo di metallurgia delle polveri, le polveri MIM fini che i nostri clienti conoscevano. ”

Sebbene molte delle conoscenze di ExOne fossero complementari a quelle richieste per il getto di leganti, erano necessarie nuove conoscenze, conoscenze e sperimentazioni per sviluppare un processo affidabile di leganti per la base di clienti industriali di ExOne.

” Il primo materiale con cui abbiamo iniziato è Inconel 625, per un cliente in particolare ” e l’azienda ha dovuto fare molta sperimentazione per arrivarci prima di ” lanciare getti di leganti a lega singola nel 2013 “. Particolarmente problematici ” sono stati i problemi di chimica del carbonio “, ” sourcing delle polveri ” e dei tradizionali bugbear jet binder di ” ottenere parti ben sinterizzate ” e ripetibilità.

“Dovevamo avere un vero cambiamento nel nostro focus dal punto di vista dello sviluppo … dal far funzionare le polveri MIM sulle macchine … per vedere quali tecnologie dobbiamo cambiare per ottenere i risultati desiderati. Ciò ci ha portato a una piattaforma di macchine che ha dimostrato nel mondo che le polveri MIM, queste polveri economiche progettate per la sinterizzazione, potrebbero essere utilizzate per realizzare una parte in lega singola ad alta densità “.

Fast forward di qualche anno e “ i n 2018 altre persone è venuto in, sempre più attenzione … la creazione di concorrenza .” Prima “poche persone erano interessate al jet legante … e ora questo ha portato credibilità e attenzione allo spazio … e non stavamo parlando del perché il jet jinder ma ora potremmo parlare del perché la nostra tecnologia fosse migliore “.

Rick afferma che ” qui ci sono problemi con i getti leganti … con polvere intrappolata, libertà di progettazione e ovviamente la fase di sinterizzazione. Prima con le parti infiltrate con matrice metallica non avevamo molta distorsione, forse 1-2% e … con il legante, dal punto di vista lineare si ha un restringimento nominale del 15%, il che rende difficile controllare la forma e la geometria.

“Come possiamo sinterizzare le parti e controllare la forma? Per noi è stato fondamentale ottenere una parte uniforme di densità verde. Ecco perché dovevamo sviluppare il dispenser ad ultrasuoni, che rompe i grumi e svolge il compito di darti una deposizione di polvere abbastanza uniforme. Dopo test significativi, abbiamo scoperto che un distributore ad alta ampiezza e bassa frequenza ci ha dato i migliori risultati ed è per questo che è stato brevettato. “

“Abbiamo anche scoperto che un rullo controrotante non funzionava con il getto del legante perché il cumulo di polvere davanti al rullo cresce troppo con questo tipo di polveri ed è per questo che abbiamo sviluppato ACT in cui lo spargimento è seguito da un composto per ottenere un risultato migliore

“Uno svantaggio del legante è che non si ha una porosità uniforme e questa è una delle cause della sinterizzazione e della riduzione delle parti. Ovunque si abbia una densità di imballaggio inferiore, si restringono di più. Con la nostra tecnologia ACT, siamo riusciti a ridurre queste variazioni a meno dell’1%.

“Ora che abbiamo una linea di macchine Invent + per testare materiali e barre di trazione, i nostri clienti possono fare tutto il loro R & S su quella macchina o andare alla 25Pro per la produzione o persino alla 160Pro più grande per la produzione. Gli stessi meccanismi sono utilizzati su tutte e tre le piattaforme. In questo modo puoi scalare fino alla produzione ad alto volume. “

Quando contrastanti ExOne ad altri giocatori che pensa che , “fondamentalmente il nostro approccio è different..we attenzione alla qualità. Pensiamo, prima di tutto, cosa dobbiamo fare per ottenere delle parti buone? Una volta che abbiamo buone parti rendiamo i sistemi più veloci. Dedichiamo molto tempo all’ottimizzazione di parti, processi e incoerenze nelle parti verdi in modo da poter ottenere buone specifiche dimensionali. C’è molta energia cinetica rilasciata quando una goccia ad alta velocità colpisce un letto e pensiamo che questo sia forse trascurato.

“Utilizziamo intenzionalmente la tecnologia del getto con una gamma di leganti molto più ampia di possibili leganti e polveri. Questo ci consente di utilizzare molti materiali diversi. I concorrenti sono focalizzati su materiali specifici, industrie e leghe. Con noi le leghe che è possibile stampare non si limitano agli acciai inossidabili. La nostra vasta gamma di viscosità ci consente di avere un’ampia gamma di materiali, dagli acciai inossidabili agli acciai per utensili, ceramiche, superleghe e materiali reattivi. “

“Ad esempio, un cliente sta stampando alluminio in un ambiente di ricerca e sviluppo. Molti dei nostri clienti sono utopisti e vedono il getto di legante come solo praticabile attraverso l’alluminio.

“Un altro netto vantaggio è che lo facciamo da un po ‘. Allo stesso tempo, non stiamo provando a fare tutto, sappiamo che abbiamo bisogno della leva di partner forti in polveri, fornaci e in partner di ricerca forti come ORNL. ”

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