CEO da Digital Alloys, Duncan McCallum, Discute Joule Printing e o Futuro da Manufatura Aditiva de Metal

O crescimento da impressão 3D de metal no último ano foi bem documentado. Com novos players entrando no mercado em ritmo acelerado, a Digital Alloys é uma das empresas contribuindo para essa evolução. Fundada em 2017, a Digital Alloys desenvolveu sua tecnologia patenteada Joule Printing para manufatura aditiva de metal em alta velocidade. A tecnologia promete velocidades de produção mais rápidas, custos menores e peças de alta qualidade rivalizando com a manufatura convencional. Tendo garantido com sucesso uma rodada de financiamento Série B de $12,9 milhões este ano, a empresa certamente parece bem encaminhada para disruptar o mercado de impressão 3D de metal.
 
Conversamos com o CEO da Digital Alloys, Duncan McCallum, para saber mais sobre o Joule Printing e seus pensamentos sobre o futuro da impressão 3D de metal.
 
A Digital Alloys chamou a atenção recentemente com a notícia de duas novas patentes para sua tecnologia Joule Printing. 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 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 consistentemente de alta qualidade.

 
A forma como resolvemos esses problemas é através do Joule Printing. A tecnologia usa fio, que é barato em comparação com pó e outros materiais. O fio é colocado em um sistema de movimento de precisão com alimentação de fio de precisão. A ponta do fio é então movida para o local na peça onde queremos iniciar uma linha de impressão para que toque a peça. A ponta do fio é então derretida ao passar uma corrente através do fio até a peça em contato. Na física, isso é chamado de aquecimento por resistência ou aquecimento joule — é como a resistência de uma torradeira.
 
Quais são as vantagens da tecnologia Joule Printing?
 
Quando você usa aquecimento joule, está aquecendo o metal de dentro para fora. 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 termodinâmico; somos capazes de imprimir na velocidade em que podemos nos mover com precisão e exatidão. Nossa meta é 5 ou 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 significativamente reduzidos.
 
Além disso, você pode medir exatamente o que está acontecendo no banho de fusão — você sabe exatamente onde ele está, quanto metal está entrando e quanto calor está sendo aplicado. Usamos todos esses parâmetros para controlá-lo em tempo real, então é um sistema de malha fechada apertado, além de capturar os dados do processo para analisar offline.
 
O resultado é um sistema que pode imprimir metal em velocidade extremamente alta e alta qualidade, de forma barata o suficiente para ser mais barato que a manufatura convencional para muitas aplicações.
 
Como o Joule Printing se compara a outros sistemas de AM de metal no mercado?
 
Existem 3 outras categorias de tecnologia a considerar. A primeira, que é a mais popular, é fusão de leito de pó. Com fusão de leito de pó, você espalha pó de metal em uma camada fina e o derrete com um laser ou feixe de elétrons.
 
O desafio com a fusão de leito de pó é que os pós são muito caros e muito se desperdiça no processo, levando a custos de material muito altos. Você também é limitado em velocidade de fusão do pó: como você está aquecendo de cima para baixo, tem que esperar o calor mover-se através do pó. É quase como assar um peru — um processo que sempre leva algumas horas. Você não pode ir mais rápido com mais calor porque arruinaria o exterior do peru. Da mesma forma, na fusão de leito de pó, você apenas vaporizaria o pó. No geral, é uma maneira bastante cara e complexa de fazer uma peça.
 
A segunda categoria é Binder Jetting. Sistemas de Binder Jetting atacam o problema da velocidade. Eles usam um pó de grau inferior, então é mais barato, mas o material ainda é muito mais caro que um fio. Os sistemas esguicham cola camada por camada para construir o que é chamado de peça verde. Uma peça verde é tipicamente 20% cola. A cola então tem que ser removida usando um banho químico e a peça colocada em um forno e sinterizada. Ao fazer isso, você espera encolher a peça em 20% para obter um metal de resistência total e densidade total.
 
Esse processo funciona muito bem para peças pequenas e finas (menores que uma bola de beisebol). Mas se as paredes da sua peça forem mais grossas que aproximadamente 1 centímetro, você não consegue encolher para densidade total porque não consegue transportar calor suficiente para dentro da peça. Além disso, tentar encolher paredes mais grossas em 20% é uma grande mudança dimensional, então é difícil manter a precisão dimensional. O resultado líquido é que essa tecnologia não funciona bem para peças que têm paredes mais grossas que 1 centímetro, ou para peças maiores.
 
A terceira categoria que as pessoas consideram é Deposição Direta de Energia, particularmente os sistemas baseados em fio. Embora esses sistemas usem um fio, este tende a ser um fio grosso, tipicamente 3 milímetros de diâmetro. Você então derrete o fio com um laser, feixe de elétrons ou arco, como solda a arco.
 
Embora esses sistemas possam atingir velocidades de impressão bastante altas, o desafio é a resolução. Como o metal está gotejando ou sendo pulverizado na linha de impressão, você acaba com uma linha de impressão muito mais grossa que o fio. Isso significa que você só pode imprimir peças grosseiras, de baixa resolução. Além disso, a geometria da peça é limitada porque é difícil imprimir regiões em balanço quando o metal fundido está sendo gotejado ou pulverizado. Máquinas DED também tendem a ser caras porque você precisa de muita potência para derreter metal dessa forma. Então esses sistemas são tipicamente usados para peças muito grandes, como o tamanho de uma fuselagem, mas não são bem adequados para requisitos de alta resolução.
 
Então o impulso por trás da tecnologia Joule Printing era resolver todos esses problemas?
 
Sim. Para resolver os problemas de velocidade, custo de produção e qualidade.
 
Além dos problemas de velocidade, custo e qualidade da peça, quais são os outros desafios enfrentados por empresas que querem adotar impressão 3D de metal para produção?
 
Há a questão de ser criterioso sobre quais tecnologias se encaixam melhor em quais aplicações. É importante ser claro sobre o problema que você está tentando resolver e escolher a ferramenta certa para resolver esse problema.
 
É como a manufatura convencional: nem toda peça de metal é feita da mesma forma. Algumas coisas são usinadas, outras são forjadas, estampadas ou fundidas. Não há abordagem única para todos os problemas. A impressão 3D de metal é a mesma.
 
Como você vê a impressão 3D de metal evoluindo nos próximos 5 anos?
 

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

 
Isso ocorre devido aos 3 enormes benefícios da impressão 3D: primeiro, você pode economizar muito tempo porque pode ir direto de um design para uma peça sem construir ferramentas. Segundo, você pode alcançar geometrias interessantes que não pode fazer de outra forma com manufatura convencional. Terceiro, se você escolher a tecnologia certa para a aplicação certa, pode reduzir muito os custos de produção.
 
Qual papel a Digital Alloys desempenhará nessa evolução?
 
A Digital Alloys desempenhará um papel enorme. Somos mais baratos que a manufatura convencional para uma categoria muito grande de peças. Isso significa que você pode usar nossa tecnologia para cortar seus custos de produção sem redesenhar sua peça ou fazer outras mudanças. E isso é muito atraente para os clientes.
 
Quais indústrias vocês estão visando com o Joule Printing?

 
Estamos começando como um provedor de peças impressas, com o objetivo de enviar nossas impressoras no início de 2020. Em nossas primeiras aplicações, estamos focando em áreas onde podemos cortar custos de produção em relação à manufatura convencional. Onde isso é especialmente verdadeiro é para peças que são usinadas a partir de metais difíceis de cortar, como titânio, aço para ferramentas, ligas de níquel e aço inoxidável.
 
O Joule Printing permite imprimir uma peça near-net-shape que elimina a sucata e a usinagem de desbaste, gerando muita economia. Um exemplo de aplicação são peças de titânio usadas na aeroespacial, dispositivos médicos e na indústria marítima. Uma segunda aplicação é ferramentaria, pois aços para ferramentas são muito difíceis de cortar. Mas com impressão 3D, você pode adicionar canais de resfriamento às ferramentas, por exemplo, tendo um inserto de fundição sob pressão com canais de resfriamento internos que permitem resfriar a ferramenta mais rapidamente e encolher o tempo de ciclo. Nossos clientes para esses são automotivo, produtos de consumo e aeroespacial.
 
Olhando para a manufatura aditiva, há uma tendência que você está mais animado?
 

A mudança de prototipagem para produção. Essa é certamente a maior tendência agora.

 
Como é o futuro para a Digital Alloys?
 
Estaremos construindo nossa primeira fábrica em 2019. Trabalhando em produção, não é apenas sobre a tecnologia. Você precisa saber como contratar e treinar operadores, construir uma cadeia de suprimentos, como fazer garantia de qualidade, certificação, garantir 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 saber mais sobre a Digital Alloys em https://www.digitalalloys.com/.