Preguntas y respuestas: Cómo Markforged diseñó una mejora de la velocidad de impresión dos veces mayor en su máquina de inyección de aglomerante de metal PX100

por Sam Davis

11 mayo 2023

10:42

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En el del año pasadoRÁPIDO + TCT, Digital Metal anunció el lanzamiento de su impresora 3D de inyección de aglutinante DMP/PRO, que la empresa describió como una "solución completa de inyección de aglutinante".

A los dos meses de la presentación de ese nuevo producto, la empresa matriz Höganäs había tomado la decisión de vender el negocio Digital Metal a Markforged, que estaba ansioso por expandir su oferta de hardware de impresión 3D más allá de las capacidades de extrusión que había traído al mercado a través de Desktop, Composite y carteras de metales. "Markforged no es una empresa FFF", dijo el vicepresidente de marketing de Markforged, Michael Papish.TCT, "somos una empresa que quiere ayudar a fabricar, por lo que utilizaremos cualquier tecnología que creamos que parezca aplicable y pueda ayudar a resolver problemas".

Avance rápido hasta el próximo evento RAPID + TCT y Markforged mostró las capacidades de su tecnología de inyección de aglomerante recién adquirida desde su stand. Desde que se renombró, la PX100 no solo recibió un nuevo nombre elegante, sino que también contó con algunas mejoras significativas de hardware que, afirma Markforged, acelerarían la velocidad de impresión y aumentarían la calidad de la pieza.

En el evento,TCTse reunió con el gerente global de productos de metal de Markforged, Ross Adams [RA], para comprender cómo Markforged ha podido lograr tales mejoras, dónde tendrá la tecnología el mayor impacto y cómo avanzará la estrategia del producto.

REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES : Sí, entonces, fue un gran momento porque esta es la primera vez que esta máquina se trae a los Estados Unidos. Además, es la primera vez que Digital Metal y Markforged realmente tienen una presencia conjunta [frente a] una amplia audiencia de fabricación. Digital Metal se dedica a la inyección de aglomerante desde hace más de 20 años y anteriormente estaban muy centrados en la fabricación de piezas en lugar de fabricar máquinas porque están a cargo de una empresa de polvo metálico, Höganäs.

A través de la evolución de eso, se dieron cuenta de que el futuro de esta industria son las cadenas de suministro, creando un mercado competitivo que asegure la calidad, garantice una buena economía, en lugar de un proveedor de una sola fuente. Entonces, vieron a Markforged como el socio adecuado para ayudar a impulsar la siguiente etapa de su negocio en ese punto de inflexión de tener una adopción de tecnología que pudiéramos impulsar al mercado.

En Markforged, era importante para nosotros contar con las herramientas adecuadas para abarcar toda la gama de fabricación. En lo que somos bastante fuertes son las herramientas y los accesorios, las piezas de repuesto y la creación de prototipos también. Pero FDM nunca fue la tecnología adecuada para escalar a decenas de miles, cientos de miles de piezas en un año determinado. Identificamos el jet aglutinante como un potencial realmente fuerte porque tiene la velocidad y ese es el primer orden de desafíos que debemos superar. Entonces, tenemos clientes que fabrican piezas de producción en serie, 50 000 en un año, conversando todos los días sobre cientos de miles e incluso millones de piezas por año, como si la industria estuviera cada vez más educada sobre la herramienta adecuada para el trabajo.

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Por lo tanto, tenemos velocidad, pero también creemos que el chorro de ligante es muy bueno debido a la calidad. En lo que respecta al acabado de la superficie, [creemos que esto es] insuperable de todos los procesos de impresión 3D de metal. Es una funcionalidad importante para las aplicaciones, pero también es importante en las primeras etapas, donde las personas examinan las piezas y buscan cosas que son diferentes. Entonces, avanzar con la pieza de mejor calidad y ayudar con ese ciclo de adopción y las propiedades del material también, muy predecible, muy repetible. [Ese es] el beneficio de pararse sobre los hombros de una industria madura, el moldeo por inyección de metal, donde se han creado muchos estándares. Esta es solo una nueva herramienta para aprovechar la ciencia de la sinterización. Entonces, realmente entendemos muy bien la sinterización, especialmente Digital Metal y Markforged. Realmente hemos sido una colaboración entre nuestros ingenieros y hemos compartido conocimientos en diferentes segmentos de materiales e ingeniería. Pones esas tres cosas juntas, lo vemos como una nueva herramienta que escalará aditivo en la producción en masa. Y es por eso que pienso en todos los días, me despierto por la mañana y mi trabajo se centra únicamente en esta impresora en la región de América del Norte. Realmente veo mi trabajo como una ecuación, simple negocio 101, oferta y demanda. Por lo tanto, debemos impulsar la demanda, crear aplicaciones, crear casos de uso, pero también crear capacidad en el otro extremo. Creo que gran parte de esta industria va a tomar forma con los fabricantes por contrato que se encargan de la producción en volumen. Entonces, es una ecuación de dos caras, la capacidad no viene con la demanda, pero una vez que la demanda llega, tienes que tener la capacidad. Y una vez que tengamos algo de impulso, creo que se generalizará.

REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES : Digital Metal en Suecia, todavía tienen su negocio de producción parcial, pero ahora mismo lo están vendiendo. Queremos estar concentrados, y es difícil tener un pie adentro y un pie afuera. En nuestro proceso de venta, es común que necesitemos imprimir piezas como prueba de concepto. Entonces, tenemos esa capacidad a través de Suecia, también tenemos dos clientes en los Estados Unidos que usamos para ese negocio. Es esencial. Para mí, mi trabajo es realmente asegurarme de que entiendo los requisitos del cliente y asegurarme de que nuestras capacidades puedan satisfacerlos. Creo que siempre hemos tenido ese tipo de enfoque de consultor en nuestro proceso de ventas de que no queremos venderle una herramienta que no es la adecuada para el trabajo.

REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES : La principal ventaja de este nuevo producto es que estamos duplicando la velocidad de impresión. Y la forma en que lo hemos logrado es con el cabezal de impresión de inyección de tinta. Solía ​​tener que hacer un patrón de serpiente para cubrir el volumen de construcción. Ahora tenemos el ancho de la página, por lo que solo pasa una vez, deposita toda la tinta, por lo que es como una mejora de velocidad 2x a partir de eso. Pero aparte de la velocidad, está el entorno de producción, simplemente fabricando la misma pieza de la misma manera cada vez, 24 horas al día, 7 días a la semana. Entonces, realmente hemos optimizado el diseño de la máquina para calidad, confiabilidad, repetibilidad, esos son los tres inquilinos que necesita.

Hay algunas decisiones de diseño clave de las que me gusta hablar con esta impresora y cómo las logramos. El primero, ve esta base de granito en la plataforma superior, descubrimos que era muy importante cuando se trata de polvo de metal suelto en el que se mueven componentes mecánicos, creando vibración, queremos amortiguar eso tanto como sea posible para tener una base realmente sólida que le da ese peso para evitar que las cosas vibren y se muevan. El otro son los motores lineales. Algunas otras alternativas a ese diseño serían como un motor rotativo y una correa y polea, pero ahí tienes tensión, tienes pérdidas mecánicas y tienes aceleración. Entonces, si solo estamos viajando en dirección lineal, vamos a usar motores lineales, son más caros pero tienen una aceleración muy rápida, un estado muy estable, con una tolerancia posicional de una micra. Luego, lo tercero son los cojinetes de aire, que están básicamente a los lados del carro que se mueve. Entonces, va en la parte superior y va en el lado. Si ha jugado hockey de aire antes, es el mismo concepto en el que crea un espacio de aire de cinco micrones, por lo que este carro está realmente cargado, ya que viaja a través de una fricción muy baja, pero lo que es más importante, volviendo al polvo de metal suelto, es tiene que encontrar su camino en los lugares, te guste o no. Si está utilizando cojinetes de bolas y el polvo de metal se abre paso en ese cojinete de bolas, obtendrá fricción. Es posible que pueda obtener buenos resultados el lunes, pero la producción es lunes, martes, miércoles, jueves y viernes. Cuando llegue al viernes, a menos que pase horas y horas de mantenimiento entre cada construcción de la máquina, no obtendrá los mismos resultados. Por lo tanto, realmente no hicimos concesiones en lo que respecta al diseño de máquinas de precisión. Se necesitaron muchas lecciones aprendidas de las mesas CMM y máquinas CNC realmente de alta gama para esforzarse por lograr esa calidad de producción que sabemos que es fundamental para nuestra base de clientes en estas aplicaciones.

REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES : Entonces, básicamente, cualquier cosa que puedas sinterizar será capaz de esto. Tenemos diez materiales calificados en nuestra cartera. Probablemente los más populares serán nuestros aceros inoxidables 174 y 316L. [Tienen] buena resistencia a la corrosión, buena resistencia, muy buenas propiedades generales. El acero con bajo contenido de carbono 4140 también es común [para] muchos componentes del tren de transmisión en motores y cosas por el estilo. Algunos materiales más especiales serían el titanio Ti64 y el cobre puro. Y luego algunas súper aleaciones como Inconcel 625, 718 y Mar 247, [que cuentan con] alta temperatura, alta corrosión. Y luego dos aceros para herramientas, H13 y D2.

Calificamos nuestros materiales. Entonces, básicamente podemos garantizar los resultados si está utilizando nuestros materiales en el sistema, pero también entendemos la producción. A veces, desea tener sus propios materiales de origen para obtener precios más competitivos o más materiales especializados desarrollados para una aplicación específica. Por lo tanto, ayudamos a los clientes a desarrollar sus propios materiales si tienen un tipo de proyecto muy específico en el que quieren trabajar.

REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES : Lo primero es la educación. Clientes, es una evolución natural de una nueva tecnología que necesitan para comenzar a cambiar la forma en que piensan las cosas, diseñar para el proceso, encontrar las aplicaciones correctas que realmente dan en el punto óptimo, no la impresión 3D por la impresión 3D, sino impresión 3D con la intención de tener algún tipo de mejora ya sea en costo o rendimiento.

También está el ángulo de las cadenas de suministro y poder descentralizar, ahora puede mantener un almacén en diferentes artículos en stock. Creo que la sostenibilidad también jugará un papel importante. El hecho de que podamos reciclar todo el polvo que no se usa y poder aligerar más piezas. Una de mis citas favoritas es: 'un pequeño cambio multiplicado por millones se convierte en un gran cambio'. Y en esta tecnología en la que nos enfocamos en la producción en masa, un pequeño cambio en el uso de menos material puede tener un impacto significativo. Entonces, la educación es definitivamente una gran cosa.

Diré que hay una buena cantidad de competencia dentro de esta industria. Y la competencia es algo bueno en el mercado del capitalismo donde queremos tener la mejor solución. Lo que eso significa es la mejor calidad, que es lo que buscamos en primer lugar. Y luego el orden secundario será la velocidad y el costo. Y esas tres cosas deben unirse. Se remonta a esa ecuación, impulsar la demanda, crear capacidad. Y eso es realmente lo que me despierto cada mañana pensando.

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REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES : Algunos de los mejores mercados en los que estamos teniendo éxito hoy en día serán los dispositivos médicos. Una tendencia allí son las cirugías no invasivas, con incisiones muy pequeñas y analgésicos, y ese es un caso realmente inspirador para mí. Las geometrías de estas pequeñas pinzas son tan compactas, tan intensas, que exponen las limitaciones y restricciones que se nos imponen con la fabricación tradicional.

La automoción es otro mercado clave para nosotros. Están los accesorios, los componentes interiores, y luego están los componentes debajo del capó, los componentes del motor. Estamos trabajando en ambos extremos de esos mercados. Los componentes del motor tardarán más tiempo porque son más críticos en su función. Creo que los accesorios son una búsqueda diferente, necesitas imprimirlos en 3D. Estos mercados no existen sin la fabricación aditiva, porque no hay una herramienta fija involucrada en este proceso. Por lo tanto, creo que hacia dónde se dirige la industria automotriz son experiencias de cliente más personalizadas y tener una buena experiencia de consumidor cuando tienen información sobre el automóvil que están comprando y pueden decir: 'Quiero mis iniciales en esa palanca de cambios, yo quiero tener pulidor de acero inoxidable con este patrón genial en él.' Crea una adherencia en ese entorno de preventa y eso se convertirá en una ventaja competitiva en el futuro.

Y luego está el lado de la fabricación por contrato que crea el lado de la capacidad de la ecuación. Todo el mundo sabe que la impresión 3D es una gran herramienta de creación de prototipos. Creo que necesitamos una palabra diferente para el tipo de creación de prototipos que puede hacer con esta impresora. Y estoy usando la frase 'producción piloto' donde, en un proceso de diseño, hay algunos hitos clave en los que entregas una parte, entregas 1,000, entregas 10,000. Entre cada hito, estás cambiando el diseño, lo estás mejorando, estás obteniendo la goma para encontrar el camino y comenzando a recibir esa retroalimentación. Entonces, dado que siempre están cambiando el diseño, y la expectativa es que el tiempo de entrega sea de semanas, no de meses, la velocidad a la que se mueven estos fabricantes por contrato se convertirá en una ventaja competitiva para ganar más negocios para ellos. Entonces, es una tecnología muy complementaria a otros servicios que brindan. Lo que vemos con el moldeo por inyección de metal es más el proceso heredado, hay una curva, el punto de intersección es básicamente 20,000 partes o menos donde el costo por parte sería más barato con la inyección de aglutinante porque no tendrá la herramienta. Y cuando superas eso, es una cuestión de geometría y complejidad.

REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES : La más obvia va a ser más materiales y más aplicaciones, más industrias y ayudar a tener el tipo correcto de propiedades. Una de las ventajas menos pensadas de la impresión 3D no es solo la complejidad geométrica, sino también los materiales difíciles que funcionan con la fabricación tradicional. Por lo tanto, vamos a invertir continuamente en esas áreas y trabajar con los clientes para tener realmente una sólida hoja de ruta del producto sobre cómo priorizar nuestros esfuerzos. Creo que a más corto plazo, buscaremos menos mejoras de hardware para la impresora, pero pensaremos más en el sistema completo y encontraremos formas de automatizar más procesos, reducir la cantidad de intervención humana que puede incorporar errores humanos en y realmente maximizar el rendimiento. El software va a jugar un papel importante en eso. Y esa es definitivamente una gran área clave del negocio de Markforged, hemos desarrollado todo nuestro propio software y experiencia. Porque eso es fabricación digital, ¿verdad? Y esa es la tendencia, pasar de lo analógico a lo digital, es difícil demostrar en un entorno de preventa el beneficio de esto, pero luego, una vez que los ingenieros comienzan a usar la tecnología y ven el ritmo al que pueden moverse, no es algo que reste valor a su trabajo y los hace más productivos todos los días.

por Sam Davis

11 mayo 2023

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