Entrevista com especialista:Duncan McCallum, CEO da Digital Alloys, sobre a impressão Joule e o futuro da impressão 3D em metal

O aumento da impressão 3D de metal no ano passado foi bem documentado. Com novos players entrando no mercado em alta velocidade, a Digital Alloys é uma empresa que contribui para essa evolução. Fundada em 2017, a Digital Alloys desenvolveu sua tecnologia patenteada de impressão Joule para fabricação de aditivos de metal em alta velocidade. A tecnologia promete velocidades de produção mais rápidas, custos mais baixos e peças de alta qualidade rivalizando com a fabricação convencional. Tendo garantido com sucesso uma rodada de financiamento da Série B de US $ 12,9 milhões este ano, a empresa certamente parece estar a caminho de perturbar o mercado de impressão 3D de metal.

Conversamos com o CEO da Digital Alloys, Duncan McCallum, para saber mais sobre a impressão Joule e seus pensamentos sobre o futuro da impressão 3D em metal.

A Digital Alloys chegou às manchetes recentemente com a notícia de duas novas patentes para sua tecnologia de impressão Joule. Você poderia explicar como a tecnologia funciona?

Primeiro, vou começar com o problema que estamos resolvendo:simplesmente não há muitas boas opções hoje se você quiser usar a impressão 3D para produção. Isso ocorre porque os sistemas são muito lentos, os custos de produção são muito altos e os processos são muito complexos. Isso torna difícil obter peças de metal de alta qualidade de forma consistente.

A forma como estamos resolvendo esses problemas é por meio da impressão Joule. A tecnologia usa fio, que é barato em comparação com o pó e outros materiais. O arame é colocado em um sistema de movimento de precisão com alimentação de arame de precisão. A ponta do fio é então movida para o ponto da peça onde queremos iniciar uma linha de impressão de forma que toque a peça. A ponta do fio é então derretida colocando uma corrente através do fio na parte em contato. Em física, isso é conhecido como aquecimento por resistência ou aquecimento por joule - é como a bobina de uma torradeira.

Quais são as vantagens da tecnologia de impressão Joule?

Quando você está usando o aquecimento joule, está aquecendo o metal por dentro. Como não há constante de tempo térmica, você pode aquecer o metal muito rapidamente com energia muito baixa. Isso significa que não há limite de velocidade termodinâmica; somos capazes de imprimir na velocidade em que podemos nos mover com precisão e exatidão. Nossa meta é de 5 a 10 kg / hora até o final do ano. Com uma velocidade muito alta e baixos custos de matéria-prima, os custos gerais de produção são reduzidos significativamente.

Além disso, você pode medir exatamente o que está acontecendo na piscina de fusão - você sabe exatamente onde está, quanto metal está entrando e quanto calor está sendo aplicado. Usamos todos esses parâmetros para controlá-lo em tempo real, por isso é um sistema de loop fechado e apertado, bem como capturar os dados do processo para análise off-line.

O resultado é um sistema que pode imprimir metal em uma velocidade extremamente rápida e alta qualidade, barata o suficiente para ser mais barata do que a fabricação convencional para muitas aplicações.

Como a impressão Joule se compara a outros sistemas AM de metal do mercado?

Existem 3 outras categorias de tecnologia a serem consideradas. A primeira, que é a mais popular, é a fusão em leito de pó. Com a fusão em leito de pó, você espalha o pó metálico em uma camada fina e o derrete com um laser ou feixe de elétrons.

O desafio da fusão em leito de pó é que os pós são muito caros e muito se perde no processo, resultando em custos de material muito altos. Você também tem uma taxa limitada na velocidade com que pode derreter o pó:uma vez que você o está aquecendo de cima para baixo, é necessário esperar que o calor se mova através do pó. É quase como cozinhar um peru - um processo que sempre leva algumas horas. Você não pode ir mais rápido com maior calor porque você vai estragar a parte externa do peru. Da mesma forma, na fusão em leito de pó, você apenas vaporizaria o pó. No geral, essa é uma maneira bastante cara e complexa de fazer uma peça.

A segunda categoria é Binder Jetting. Os sistemas Binder Jetting vão atrás do problema de velocidade. Eles usam um pó de grau inferior, por isso é mais barato, mas o material ainda é muito mais caro do que um fio. Os sistemas esguicham cola camada por camada para construir o que é chamado de parte verde. Uma parte verde é normalmente 20% de cola. A seguir, a cola deve ser removida em banho químico e a peça levada ao forno e sinterizada. Ao fazer isso, você espera encolher a peça em 20% para obter uma resistência total e um metal de densidade total.

Este processo funciona muito bem para peças pequenas e finas (menores do que bolas de beisebol). Mas se as paredes da sua peça forem mais grossas do que cerca de 1 centímetro, você não pode encolher para a densidade total porque não consegue transportar calor suficiente para a peça. Além disso, tentar encolher paredes mais grossas em 20% é uma grande mudança na dimensão, por isso é difícil manter a precisão dimensional. O resultado líquido é que essa tecnologia não funciona bem para peças com paredes mais grossas do que 1 centímetro ou para peças maiores.

A terceira categoria que as pessoas consideram é a deposição direta de energia, particularmente os sistemas baseados em fios. Embora esses sistemas usem um fio, ele tende a ser um fio grosso, normalmente com 3 milímetros de diâmetro. Você então derrete o fio com um laser, feixe de elétrons ou arco, como a soldagem a arco.

Embora esses sistemas possam atingir velocidades de impressão bastante altas, o desafio é a resolução. Como o metal está pingando ou espirrando na linha de impressão, você acaba com uma linha de impressão muito mais grossa do que o arame. Isso significa que você só pode imprimir peças grosseiras e de baixa resolução. Além disso, a geometria da peça é limitada porque é difícil imprimir regiões salientes quando o metal fundido está sendo gotejado ou pulverizado. As máquinas DED também tendem a ser caras porque você precisa de muita energia para derreter metal dessa forma. Portanto, esses sistemas são normalmente usados ​​para peças muito grandes, como o tamanho de uma fuselagem, mas não são muito adequados para requisitos de alta resolução.

Então o ímpeto por trás da tecnologia de impressão Joule foi para resolver todos esses problemas?

Sim. Para resolver os problemas de velocidade, custo de produção e qualidade.

Além das questões de velocidade, custo e qualidade das peças, quais são os outros desafios enfrentados pelas empresas que desejam adotar a impressão 3D de metal para a produção?

Há a questão de considerar quais tecnologias se adaptam melhor a quais aplicações. É importante deixar claro o problema que você está tentando resolver e escolher a ferramenta certa para resolvê-lo.

É como a manufatura convencional:nem todas as peças de metal são feitas da mesma maneira. Algumas coisas são usinadas, outras são forjadas, estampadas ou fundidas. Não existe uma abordagem única para todos os problemas. A impressão 3D em metal é igual.

Como você vê a evolução da impressão 3D em metal nos próximos 5 anos?

Se hoje a impressão 3D em metal é uma indústria de aproximadamente 2 bilhões de dólares, imagino que ela se tornará uma indústria de 30 bilhões de dólares em 5 anos.

Isso se deve aos 3 enormes benefícios da impressão 3D:em primeiro lugar, você pode economizar muito tempo porque pode ir desde o design até a peça sem construir ferramentas. Em segundo lugar, você pode obter geometrias interessantes que você não pode fazer de outra forma com a manufatura convencional. Em terceiro lugar, se você escolher a tecnologia certa para a aplicação certa, você pode reduzir significativamente os custos de produção.

Qual o papel do Digital Alloys nesta evolução?

As ligas digitais terão um papel importante. Somos mais baratos do que a fabricação convencional para uma categoria muito grande de peças. Isso significa que você pode usar nossa tecnologia para cortar seus custos de produção sem reprojetar sua peça ou fazer outras alterações. E isso é muito atraente para os clientes.

Quais indústrias você está almejando com a impressão em Joule?


Estamos começando como um fornecedor de peças impressas, com o objetivo de despachar nossas impressoras no início de 2020. Em nossas primeiras aplicações, estamos nos concentrando em áreas onde podemos cortar custos de produção em relação à manufatura convencional. Isso é especialmente verdadeiro para peças usinadas com metais difíceis de cortar, como titânio, aço ferramenta, ligas de níquel e aço inoxidável. A impressão Joule permite que você imprima uma peça quase líquida que elimina o refugo e a usinagem de desbaste, gerando uma grande economia. Um exemplo de aplicação são as peças de titânio usadas na indústria aeroespacial, dispositivos médicos e na indústria naval. Uma segunda aplicação são as ferramentas, pois os aços para ferramentas são muito difíceis de cortar. Mas com a impressão 3D, você pode adicionar canais de resfriamento às ferramentas, por exemplo, ter uma pastilha de fundição sob pressão com canais de resfriamento internos que permitem resfriar a ferramenta mais rapidamente e reduzir o tempo do ciclo. Nossos clientes são automotivos, produtos de consumo e aeroespacial.

Olhando para a manufatura aditiva, há uma tendência com a qual você está mais animado?

A mudança da prototipagem para a produção. Essa é certamente a maior tendência no momento.

Qual será o futuro das ligas digitais?

Construiremos nossa primeira fábrica em 2019. Trabalhar na produção, não se trata apenas de tecnologia. Você precisa saber como contratar e treinar operadores, construir uma cadeia de suprimentos, como fazer garantia de qualidade, certificação, garantir a aprovação regulatória e assim por diante. Faremos isso primeiro, tornando mais fácil para nossos clientes seguirem. Depois disso, planejamos começar a enviar nossas impressoras no início de 2020.

Você pode descobrir mais sobre o Digital Alloys em https://www.digitalalloys.com/.