Industrializzazione della stampa 3D
VulcanForms, fondata da un alunno e professore del MIT, ha creato sistemi di produzione digitale per produrre parti metalliche complesse su larga scala.
L’avanguardia della produzione additiva offre un mondo di possibilità alle aziende che desiderano trasformare i propri processi di produzione e creare nuovi prodotti. Ma le aziende che vogliono attingere a quel mondo hanno tradizionalmente dovuto investire ingenti somme di denaro nelle più recenti macchine da stampa 3D e poi capire come integrarle nelle loro operazioni.
È una vendita difficile considerando che le stampanti 3D possono avere problemi di produttività e coerenza per molte applicazioni industriali.
Ora, VulcanForms, fondata da Martin C. Feldmann MEng ’14 e dal professor John Hart del MIT, offre la produzione digitale come servizio alle aziende per costruire prodotti industriali su larga scala. L’azienda assiste i clienti con la selezione dei materiali e la progettazione del prodotto, quindi crea un flusso di lavoro di produzione scalabile nella sua fonderia di produzione.
Al centro di ciascuno di questi flussi di lavoro c’è una stampante 3D in metallo LPBF (Laser Powder Bed Fusion) proprietaria che utilizza una serie di raggi laser finemente coreografati per produrre parti metalliche ad alte prestazioni con progetti complessi. Le stampanti sono integrate con le apparecchiature di lavorazione, robotica e post-elaborazione di VulcanForms attraverso un thread digitale che monitora anche le parti man mano che vengono prodotte.
“Anche se la tecnologia LPBF è ben consolidata per diverse applicazioni tra cui ugelli di carburante per motori a reazione e impianti ortopedici, sta appena scalfendo la superficie dell’opportunità”, afferma Hart. “VulcanForms vede un’enorme opportunità di mercato per realizzare la produzione additiva su scala industriale e integrarla con un sistema di produzione digitale”.
VulcanForms sta attualmente producendo parti per aziende del settore medico, della difesa, dei semiconduttori e aerospaziale, trasformando i progetti in parti finite in pochi giorni. I fondatori affermano che la qualità di VulcanForms supera gli standard del settore con materiali come il titanio e le leghe di acciaio avanzate a base di nichel.
VulcanForms sta attualmente completando i suoi primi due impianti di produzione digitale a Devens e Newburyport, nel Massachusetts. Al termine, la struttura di Devens ospiterà diverse dozzine di sistemi di produzione additiva dell’azienda oltre ad avere capacità di post-elaborazione. I fondatori affermano che questi sistemi renderanno Devens l’impianto di produzione di additivi metallici con la più alta produttività al mondo. Lo stabilimento di Newburyport si concentra su lavorazioni meccaniche di precisione, automazione industriale e operazioni di assemblaggio. Unendo queste tecnologie con un thread digitale, VulcanForms sta costruendo un’infrastruttura di produzione digitale con sede negli Stati Uniti che, secondo i fondatori, definirà il modo in cui i prodotti vengono progettati, costruiti e consegnati.
Rendere la stampa 3D rilevante dal punto di vista industriale
Hart definisce fortuito il suo ingresso nella produzione additiva. Nel 2013, un collega gli ha chiesto di tenere un corso per il programma Masters of Engineering in Advanced Manufacturing and Design del MIT.
“Non ricordo cosa mi abbia portato a proporre che la classe si concentri sulla produzione additiva, perché non stavo ancora facendo ricerche nel settore”, afferma Hart. “La classe è stata un esperimento che ho usato per esplorare un nuovo interesse e attingere alla passione e alla curiosità degli studenti.”
Uno degli studenti di quella classe era Feldmann, allora al suo primo semestre al MIT. La classe basata su progetto ha incaricato gli studenti di misurare l’accuratezza delle parti stampate in 3D, migliorandone le proprietà e contribuendo alle lezioni relative alla stampa 3D ai principi fondamentali della produzione.
“Il MIT ti offre così tanto: cose altamente tecniche ma molto applicabili”, afferma Feldmann. “Al MIT, imparare la produzione additiva non significava solo calcolare le cose. Era: “Ecco le stampanti [modellazione a deposizione fusa], dimmi quali sono le loro capacità”. E tu li usi e crei cose. Mi è davvero piaciuto. Prepara a guidare gli sforzi di ricerca nell’industria e nelle startup perché devi affrontare le cose come se sapessi cosa stai facendo e avere la certezza che lo capirai.
Dopo aver conseguito la laurea, Feldmann è diventato uno specialista di ricerca nel laboratorio di Hart, dove ha studiato nanomateriali ed elettrodi per batterie. Ma Feldmann e Hart hanno continuato a fare brainstorming sui modi per rendere la produzione additiva più rilevante dal punto di vista industriale.
Alla fine decisero di costruire un nuovo tipo di stampante per metallo LPBF che consentisse a un gran numero di laser di funzionare contemporaneamente, migliorando la produttività mantenendo la qualità della parte finita. La coppia ha ricevuto una prima guida attraverso il Venture Mentoring Service del MIT.
“Il nostro obiettivo era riprogettare il processo LPBF e farlo in un modo che consentisse una qualità molto più elevata e più coerente, che abbiamo visto essere il principale ostacolo all’industrializzazione della produzione additiva”. Hart dice.
Con questa missione in mente, Feldmann e Hart hanno deciso di fare il salto e avviare VulcanForms, con Feldmann che si è sostanzialmente sostenuto per quasi due anni mentre lavorava al primo prototipo di stampante. Oggi le stampanti dell’azienda utilizzano centinaia di tracce di saldatura in ogni strato attraverso le quali i laser si muovono in una danza sincronizzata. I laser forniscono collettivamente fino a 100 kilowatt di potenza per realizzare parti con una risoluzione e una scala più elevate di quelle che i fondatori affermano che altre stampanti possono ottenere.
La fonderia di produzione di VulcanForms comprende anche apparecchiature di lavorazione CNC e post-elaborazione, ei fondatori affermano che lo stack software dell’azienda è un elemento chiave di differenziazione.
“Fin dall’inizio, abbiamo visto la stampa 3D come una pietra angolare della produzione digitale, in cui il software e l’hardware lavorano mano nella mano per codificare ed eseguire le istruzioni di produzione”, afferma Hart. “Abbiamo creato il software che consente a ogni parte di ricevere la stessa temperatura localmente in ogni voxel in ogni strato. Ci consente inoltre di passare rapidamente al prodotto finale mantenendo tale coerenza nella produzione”.
In definitiva, i fondatori si concentrano su ciò che queste funzionalità sbloccano per i clienti.
“Ciò che mi entusiasma davvero è come siamo in grado di prendere una parte del cliente e trasformarla in realtà in un ambiente di produzione, non in un appendiabiti o in un ambiente decorativo da scrivania”, afferma Feldmann. “Tutti in Additive sono super entusiasti di ciò che può fare una stampante 3D e non di come funziona in un flusso di valore di produzione. Ecco perché disponiamo internamente di un intero flusso di valore della produzione. Ecco perché il nostro motto non è “VulcanForms: 100 kilowatt di potenza laser in una stampante”. È ‘VulcanForms: accelerare l’innovazione’”.
Aiutare la stampa 3D a raggiungere il suo potenziale
L’anno scorso, un produttore di supercomputer ha inviato a VulcanForms progetti per un componente di raffreddamento nei suoi processori. La parte in titanio, che conteneva dozzine di tunnel microscopici, era così complessa che poteva essere realizzata solo utilizzando la produzione additiva. Come riportato dal New York Times , VulcanForms è tornato con una parte due giorni dopo.
VulcanForms ha anche prodotto impianti medici, attrezzature industriali e stampi per pneumatici e componenti per appaltatori dell’aviazione e della difesa.
Feldmann vede le innovazioni abilitate dalla produzione additiva che guidano il progresso tecnologico in una serie di settori.
“Non credo che in futuro ci saranno impianti ortopedici che non saranno stampati con LPBF”, dice Feldmann.
Quel progresso tecnologico, a sua volta, produrrà ancora più casi d’uso.
“L’unica cosa di cui sono sicuro al 100% è che le applicazioni di maggior valore per la produzione additiva non sono ancora state trovate”, afferma Feldmann.
L’azienda vede anche la trasformazione della produzione abilitata dalle tecnologie di produzione digitale come un’opportunità per gli Stati Uniti per migliorare sia la prosperità economica che il suo ecosistema di innovazione.
“VulcanForms ritiene che una delle maggiori opportunità negli Stati Uniti sia la ricostruzione del proprio ecosistema industriale attorno ai sistemi di produzione digitale”, afferma Hart. “Le tecnologie di produzione digital-first, tra cui la produzione additiva e la lavorazione meccanica di precisione automatizzata, consentono catene di approvvigionamento più innovative, efficienti in termini di risorse e resilienti. L’innovazione nella produzione è la spina dorsale dell’economia americana.
Zach Winn | Ufficio stampa del MIT
