CEO Digital Alloys Duncan McCallum Membahas Teknologi Joule Printing dan Masa Depan Pencetakan 3D Logam
Kenaikan pencetakan 3D logam dalam setahun terakhir telah terdokumentasi dengan baik. Dengan pemain baru yang memasuki pasar dengan kecepatan tinggi, Digital Alloys adalah salah satu perusahaan yang berkontribusi pada evolusi ini. Didirikan pada 2017, Digital Alloys telah mengembangkan teknologi paten Joule Printing untuk manufaktur aditif logam dengan kecepatan tinggi. Teknologi ini berjanji kecepatan produksi yang lebih cepat, biaya lebih rendah, dan bagian berkualitas tinggi yang setara dengan manufaktur konvensional. Setelah berhasil mengamankan putaran pendanaan Series B sebesar $12,9 juta tahun ini, perusahaan tentu sudah dalam jalur yang benar untuk mengganggu pasar pencetakan 3D logam.
Kami berbicara dengan CEO Digital Alloys, Duncan McCallum, untuk mengetahui lebih lanjut tentang Joule Printing dan pemikirannya tentang masa depan pencetakan 3D logam.
Digital Alloys recently made headlines with news of two new patents for its Joule Printing technology. Could you explain how the technology works?
Pertama, saya akan mulai dengan masalah yang kami pecahkan: saat ini tidak banyak opsi yang baik jika Anda ingin menggunakan pencetakan 3D untuk produksi. Ini karena sistem terlalu lambat, biaya produksi terlalu tinggi, dan prosesnya terlalu kompleks. Hal ini membuatnya sulit untuk mendapatkan bagian logam berkualitas tinggi secara konsisten.
Cara kami menyelesaikan masalah ini adalah melalui Joule Printing. Teknologi ini menggunakan kawat, yang lebih murah dibandingkan serbuk dan bahan lainnya. Kawat ditempatkan dalam sistem gerak presisi dengan pengiriman kawat presisi. Ujung kawat kemudian dipindahkan ke titik pada bagian tempat kami ingin memulai garis cetak sehingga menyentuh bagian tersebut. Ujung kawat kemudian dilelehkan dengan mengalirkan arus melalui kawat ke bagian yang bersentuhan. Dalam fisika ini disebut pemanasan resistensi atau pemanasan joule—mirip dengan kail dalam pemanggang roti.
Apa keuntungan teknologi Joule Printing?
Saat Anda menggunakan pemanasan joule, Anda memanaskan logam dari dalam. Karena tidak ada konstanta waktu termal, Anda dapat memanaskan logam dengan sangat cepat dengan energi sangat rendah. Ini berarti tidak ada batas kecepatan termodinamik; kami dapat mencetak dengan kecepatan yang dapat kita gerakkan dengan presisi dan akurasi. Target kami adalah 5 atau 10 kg/jam pada akhir tahun. Dengan kecepatan sangat tinggi dan biaya bahan bahan yang rendah, biaya produksi keseluruhan secara signifikan berkurang.
Selain itu, Anda dapat mengukur secara tepat apa yang terjadi dalam poin leleh—Anda tahu tepat di mana letaknya, berapa banyak logam yang masuk ke dalamnya, dan berapa banyak panas yang diterapkan. Kami menggunakan semua parameter ini untuk mengontrolnya secara real-time sehingga merupakan sistem tertutup yang ketat, serta menangkap data proses untuk dianalisis secara offline.
Hasilnya adalah sistem yang dapat mencetak logam dengan kecepatan sangat tinggi dan kualitas tinggi, cukup murah untuk lebih murah dari manufaktur konvensional untuk banyak aplikasi.
Bagaimana Joule Printing dibandingkan dengan sistem AM logam lainnya di pasar?
Ada 3 kategori teknologi lain yang perlu dipertimbangkan. Pertama, yang paling populer, adalah powder-bed fusion. Dengan powder-bed fusion, Anda menyebarkan serbuk logam dalam lapis tipis dan melehkannya dengan laser atau sinar elektron.
Tantangan dengan powder bed fusion adalah serbuk sangat mahal dan banyak yang terbuang dalam prosesnya, yang mengarah pada biaya bahan yang sangat tinggi. Anda juga terbatas dalam kecepatan meleleh serbuk: karena Anda memanashinya dari atas ke bawah, Anda harus menunggu panas bergerak melalui serbuk. Ini hampir seperti memasak peru—proses yang selalu memakan waktu beberapa jam. Anda tidak bisa lebih cepat dengan panas lebih besar karena Anda akan merusak bagian luar peru. Demikian pula, dalam powder-bed fusion Anda hanya akan menguap serbuk. Secara keseluruhan, ini adalah cara yang cukup mahal dan kompleks untuk membuat bagian.
Kategori kedua adalah Binder Jetting. Sistem Binder Jetting mengejar masalah kecepatan. Mereka menggunakan serbuk kelas lebih rendah, jadi lebih murah, tetapi bahan masih jauh lebih mahal daripada kawat. Sistem ini menyemprotkan lem lapis demi lapis untuk membangun yang disebut bagian hijau. Sebagian hijau biasanya 20% lem. Lem kemudian harus dihilangkan menggunakan mandi kimia dan bagian dimasukkan ke dalam oven dan disinter. Dengan melakukan ini, Anda berharap menyusutkan bagian sebesar 20% untuk mencapai logam dengan kekuatan dan kepadatan penuh.
Proses ini bekerja cukup baik untuk bagian kecil dan tipis (kecil dari bola baseball). Tetapi jika dinding bagian Anda lebih tebal dari sekitar 1 sentimeter, Anda tidak dapat menyusutkan ke kepadatan penuh karena Anda tidak dapat membawa cukup panas ke dalam bagian. Selain itu, mencoba menyusutkan dinding yang lebih tebal sebesar 20% adalah perubahan dimensi yang besar, jadi sulit untuk mempertahankan akurasi dimensi. Hasil akhirnya adalah teknologi ini tidak benar-benar bekerja baik untuk bagian yang memiliki dinding lebih tebal dari 1 sentimeter, atau untuk bagian yang lebih besar.
Kategori ketiga yang dipertimbangkan orang adalah Direct Energy Deposition, terutama sistem berbasis kawat. Meskipun sistem ini menggunakan kawat, ini cenderung menjadi kawat tebal, biasanya 3 milimeter diameter. Anda kemudian meleleh kawat dengan laser, sinar elektron atau arc, seperti las arc.
Meskipun sistem ini dapat mencapai kecepatan cetak yang cukup tinggi, tantangannya adalah resolusi. Karena logam menetes atau menyemprotkan ke garis cetak, Anda akhirnya memiliki garis cetak yang jauh lebih tebal dari kawat. Ini berarti Anda hanya dapat mencetak bagian kasar dan resolusi rendah. Selain itu, geometri bagian terbatas karena sulit mencetak wilayah overhang ketika logam cair ditetes atau disemprotkan. Mesin DED juga cenderung mahal karena Anda memerlukan banyak daya untuk meleleh logam dengan cara itu. Jadi sistem ini biasanya digunakan untuk bagian yang sangat besar, seperti ukuran badan pesawat, tetapi tidak terlalu cocok untuk kebutuhan resolusi tinggi.
Jadi dorongan di balik Teknologi Joule Printing adalah untuk menyelesaikan semua masalah ini?
Ya. Untuk menyelesaikan masalah kecepatan, biaya produksi dan kualitas.
Selain masalah kecepatan, biaya dan kualitas bagian, apa tantangan lain yang dihadapi perusahaan yang ingin mengadopsi pencetakan 3D logam untuk produksi?
Ada pertanyaan tentang memikirkan teknologi mana yang paling cocok untuk aplikasi mana. Penting untuk jelas tentang masalah yang ingin Anda selesaikan dan memilih alat yang tepat untuk menyelesaikan masalah tersebut.
Ini seperti manufaktur konvensional: setiap bagian logam tidak dibuat dengan cara yang sama. Beberapa diolah, yang lain dipajeg atau dicetak atau dicor. Tidak ada pendekatan satu ukuran untuk semua masalah. Pencetakan 3D logam juga sama.
Bagaimana Anda melihat perkembangan pencetakan 3D logam selama 5 tahun ke depan?
Jika saat ini pencetakan 3D logam sekitar industri sebesar 2 miliar dolar, saya membayangkan itu akan menjadi industri sebesar 30 miliar dolar dalam 5 tahun.
Ini karena 3 manfaat besar pencetakan 3D: pertama, Anda dapat menghemat banyak waktu karena Anda dapat langsung dari desain ke bagian tanpa membangun alat. Kedua, Anda dapat mencapai geometri menarik yang tidak dapat Anda lakukan dengan cara lain menggunakan manufaktur konvensional. Ketiga, jika Anda memilih teknologi yang tepat untuk aplikasi yang tepat, Anda dapat secara besar-besaran mengurangi biaya produksi.
Peran apa yang akan dimainkan Digital Alloys dalam evolusi ini?
Digital Alloys akan memainkan peran besar. Kami lebih murah dari manufaktur konvensional untuk kategori bagian yang sangat besar. Ini berarti Anda dapat menggunakan teknologi kami untuk memotong biaya produksi Anda tanpa meredesain bagian Anda atau membuat perubahan lain. Dan itu sangat menarik bagi pelanggan.
Industri apa yang Anda targetkan dengan Joule Printing?
Kami memulai sebagai penyedia bagian cetak, dengan tujuan mengirimkan mesin pencetak kami pada awal 2020. Dalam aplikasi pertama kami, kami fokus pada area di mana kami dapat memotong biaya produksi dibandingkan manufaktur konvensional. Di mana hal ini sangat benar adalah untuk bagian yang diolah dari logam yang sulit dipotong, seperti titan, baja perkakas, nikel alloy, dan baja karat.
Joule Printing memungkinkan Anda mencetak bagian near net shape yang menghilangkan sisa dan pengolahan kasar, menghasilkan banyak penghematan. Satu contoh aplikasi adalah bagian titan yang digunakan di penerbangan, alat medis, dan industri laut. Aplikasi kedua adalah alat, karena baja perkakas sangat sulit dipotong. Tetapi dengan pencetakan 3D, Anda dapat menambahkan saluran pendingin pada alat, misalnya menyisipkan cetakan matriks dengan saluran pendingin internal yang memungkinkan Anda untuk mendinginkan alat dengan lebih cepat dan memendekkan waktu siklus. Pelanggan kami untuk itu adalah otomotif, produk konsumen, dan penerbangan.
Melihat manufaktur aditif, apakah ada tren yang paling membuat Anda bersemangat?
Peralihan dari prototipe ke produksi. Itu tentu tren terbesar saat ini.
Bagaimana masa depan Digital Alloys?
Kami akan membangun pabrik pertama kami pada 2019. Bekerja dalam produksi, ini tidak hanya tentang teknologi. Anda perlu tahu cara merekrut dan melatih operator, membangun rantai pasok, cara melakukan jaminan kualitas, sertifikasi, memastikan persetujuan regulasi, dan sebagainya. Kami akan melakukan ini terlebih dahulu, sehingga lebih mudah bagi pelanggan kami untuk mengikutinya. Setelah itu, kami berencana untuk mulai mengirimkan mesin pencetak kami pada awal 2020.
Anda dapat mengetahui lebih lanjut tentang Digital Alloys di https://www.digitalalloys.com/.
