Arevo 2018: Pioneira em Impressão 3D de Fibra Contínua para Produção Industrial

CW cobre a Arevo (Santa Clara, CA, EUA) desde 2014. Conhecida por seu uso de polímeros termoplásticos de alto desempenho, incluindo polietereetercetona (PEEK), poliariletercetona (PAEK), polietereimida (PEI) e polifenileno sulfeto (PPS), a empresa também foi líder no desenvolvimento de controle robótico de malha fechada para impressão 3D, permitindo colocação de fibra na direção z e ao longo de curvas 3D. A empresa tem uma lista de desenvolvimentos novos, incluindo seu processo de deposição de energia direta (DED) usando aquecimento a laser para aumento de 100 vezes na velocidade de produção.

Novo CEO e financiamento Série B

Jim Miller juntou-se à Arevo como CEO há três meses. Ele foi funcionário inicial da Amazon e passou oito anos no Google, mais recentemente como VP de operações mundiais. "Na verdade, passei a maior parte da minha carreira ajudando empresas jovens a escalar", diz Miller, "fiquei entusiasmado com a abordagem da Arevo para impressão 3D de compósitos e vejo uma enorme oportunidade de mudar como o mundo projeta e fabrica estruturas complexas em uma miríade de aplicações."

A empresa também acabou de concluir seu financiamento Série B, levantando $12,5 milhões com a Asahi Glass Co. (AGC, Tóquio, Japão) liderando a rodada. "Eles são o maior produtor mundial de vidro automotivo", diz Miller. "Eles têm bons relacionamentos na indústria automotiva e veem uma grande oportunidade para novas tecnologias de compósitos em aplicações automotivas." Outros investidores incluem In-Q-Tel (Arlington, VA, EUA), Sumitomo Corporation (Tóquio, Japão) e Leslie Ventures. Miller diz que a Sumitomo, um dos maiores conglomerados japoneses e líder em tecnologias de óleo e gás, está interessada em aplicar a tecnologia de impressão 3D da Arevo em suas atividades industriais, que incluem construção, transporte, infraestrutura e energia.

Produção industrial de compósitos termoplásticos

"Nossas novas células de manufatura usam um robô industrial padrão, uma plataforma de construção rotativa e um laser para aquecimento", explica Miller. "Chamamos o processo de deposição de energia direta (DED)." Dentro da célula de manufatura segura a laser, o robô tem um efetor final de cabeçote de impressão com equipamento proprietário de gerenciamento térmico, eletrônica personalizada e sistemas de visão que permitem inspeção in-situ. "O processo é mostly hands-off/lights-out", diz Miller. "Estas novas células produzem mais de um aumento de 100 vezes na velocidade de produção." O diretor técnico chefe Wiener Mondesir adiciona: "O laser fornece energia ilimitada. Podemos controlar isso e ir mais rápido para atingir taxas de produção industriais." Mas Miller aponta: "Não é uma questão de quão rápido as máquinas podem se mover ou quanto material pode ser aplicado porque estamos construindo compósitos estruturais complexos a um quarto do custo de compósitos tradicionais."

"Estamos perseguindo fabricação economicamente viável de peças de compósitos termoplásticos de grande escala", diz Miller. "Abordamos esta manufatura de uma perspectiva de compósitos não tradicional." No entanto, o cabeçote de impressão integra capacidade de compactação e as peças ainda conformam aos requisitos de qualidade de compósitos tradicionais. "Podemos atingir peças de compósitos termoplásticos com teor de vazios muito menor que 1%", atesta Miller. "A Arevo continua a melhorar seu processo e atenderá propriedades mecânicas para requisitos de estrutura primária em um futuro próximo."

Software Pathfinder

Parte da "perspectiva de compósitos não tradicional" que Miller referencia acima é o investimento da Arevo em software de design e processo digital. "Nós condensamos um fluxo de trabalho inteiro no software", diz Miller. "Ele pode fornecer uma análise 3D completa da peça e desenvolver a orientação de fibra otimizada usando módulos de FEA Aditiva (AFEA). Muito do nosso sucesso é impulsionado pelo software e simulação de produção de peças. Executamos o design gerado por computador através de nosso software de simulação de processo e ele mostra os parâmetros de processo incluindo temperaturas, caminho de impressão, empenamento e encolhimento do material impresso, bem como tensões residuais. Isso nos permite realmente entender e otimizar o processo para produzir peças de altíssima qualidade."

Ele diz que o testemunho do software da Arevo é que as propriedades das peças fabricadas estão dentro de 5% das propriedades simuladas, o que Miller nota ser basicamente até o nível de margem de erro de medição de teste. Ele adiciona que a Arevo também está usando aprendizado de máquina de uma forma única.

Demonstrando as possibilidades

Apenas um mês atrás, a Arevo exibiu o que acredita ser a primeira bicicleta impressa em 3D do mundo no evento Sea Otter (19-22 de abril, Monterey, CA, EUA). "Nosso objetivo era demonstrar o que nosso software e processo podem alcançar", explica Miller. "Trabalhamos com a empresa de design industrial baseada no Colorado, Studio West, para desenvolver o design de quadro de bicicleta cantilever." Ele nota que Studio West é bem conhecida na indústria de bicicletas, trabalhando com alguns dos principais fabricantes. "Eles inicialmente nos deram um design de quadro muito tradicional", diz Miller. "Mas queríamos mostrar como a Arevo pode aplicar fibras contínuas de maneiras novas, então continuamos a trabalhar com eles através de várias iterações." Ele adiciona que a equipe da Arevo queria otimizar a rigidez e fleadura do quadro da bicicleta, mas também demonstrar a estética nova possível com sua tecnologia de manufatura aditiva. "Acabamos com um design de bicicleta muito único", diz Miller. O quadro da bicicleta é feito com tow de CF 12K contínuo e PEEK mas Miller diz que também é possível usar nylon.

Quadros de bicicleta não são o único exemplo do que a Arevo está alcançando em manufatura aditiva de compósitos. "Pequenas empresas de robótica estão construindo robôs de grande estrutura que estamos ajudando a aliviar a uma fração do custo de materiais tradicionais", diz Mondesir. A Arevo também destaca aplicações de impelidor e hélice, onde benefícios relatados incluem:

• Produção sob demanda para gerenciar custo de estoque
• Eficiência superior vs. construção metálica
• Resistente a ambiente de serviço
• Geometrias complexas não possíveis com manufatura legada.

Caminho para produção industrial

Miller diz que a primeira meta para 2018 é instalar oito células de manufatura DED e construir capacidade para atender seu backlog de peças de produção. "Começaremos a enviar produtos em volume este ano", afirma. A empresa também está trabalhando com clientes estratégicos em aplicações-chave e desenvolvimento de produtos. "Nosso terceiro foco principal é continuar refinando o processo de deposição para aumentar velocidade mantendo qualidade e rendimento", diz Miller. "Também demonstraremos peças com diferentes fibras e tamanhos de tow." Ele diz que o processo DED pode lidar com forma e diâmetro variáveis de tow, até 24K tow. "Podemos imprimir com PEKK, PAEK, PPS e também com fibra contínua de vidro e aramida", adiciona Miller.

E quanto a impressão com fio e fibra óptica para estruturas compósitos multifuncionais? "Isso seria essencialmente apenas outra fibra para nós", diz Miller. Demonstrações desta capacidade têm, até agora, sido em laboratório. "Estamos olhando para propriedade intelectual e temos P&D contínuo nesta área", ele adiciona.

"Nada nos impede de usar múltiplos tows e/ou fitas", afirma Miller. "E realmente não há limite para o tamanho que podemos imprimir. Estamos fazendo uma peça de 2,5m x 1,5m para uma empresa aeroespacial e também estamos olhando usar múltiplos robôs juntos. A empresa desenvolveu suas células de manufatura DED para serem modulares, capazes de ter operações secundárias integradas como acabamento para produzir superfícies de alta qualidade.

Também podemos colocar nossos cabeçotes de impressão em quaisquer robôs industriais, então nossa tecnologia pode ser integrada a um processo existente ou processos completamente novos." Ele aponta que a Arevo "não está no negócio de impressoras, mas esta adaptabilidade abre algumas oportunidades. A empresa tem 55 patentes emitidas, pendentes ou aplicações em processo.

E quanto a design generativo? A Arevo se vê como um player ajudando a realizar esta nova abordagem de design e manufatura? "Design generativo é muito diferente do que estamos fazendo porque pode acabar com designs difíceis de fabricar, o que aumenta custo", responde Miller. "Nossa abordagem é incluir otimização para manufatura antecipadamente."