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Digital Alloys ha estado trabajando en una nueva y emocionante tecnología de impresión de metales en los últimos años. Se denomina Joule Printing ™ y, después de años de perfeccionar la tecnología, la empresa acaba de completar su financiación de la serie B (18 millones de euroes) el año pasado con la participación de inversores como Boeing y Lincoln Electric. Ahora se están preparando para un lanzamiento comercial de la tecnología este año con el lanzamiento de su servicio de impresión. Esto es lo que sabemos sobre la tecnología.

El método utiliza alambre de bajo costo como materia prima y puede procesar casi cualquier metal. Es similar a otros métodos de alimentación de alambre como DED, pero usa corriente eléctrica directa de calentamiento por resistencia para la fusión y la unión de capas. Utiliza sistemas de alimentación de alambre para colocar la punta del alambre, luego empuja la corriente a través del alambre hacia la pieza, formando un circuito completo. Esto funde el cable en la pieza mediante calentamiento por julio (también conocido como «calentamiento por resistencia»). Básicamente, utiliza la misma física que calienta una bobina en una tostadora.

Mientras el cabezal de impresión se mueve, la alimentación de alambre de metal continúa depositando perlas de metal que se fusionan y se fusionan en una pieza de metal completamente densa.

Ventajas de la AM basada en Joule Heating

El proceso es más simple que otros, ya que utiliza una materia prima mucho más básica en un solo proceso de alimentación y fusión. Como tal, este nivel de simplicidad reduce los costos y ahorra tiempo. Además, como hay menos problemas relacionados con los polvos, como el costo, la seguridad, el mantenimiento y la reutilización, aumenta la repetibilidad. También elimina la necesidad de manipular, alimentar y esparcir el polvo.

El calentamiento Joule es una excelente manera de calentar alambre de metal porque derrite materiales desde adentro. Por lo tanto, hay un calentamiento y una transferencia de energía rápidos pero altamente controlados. La fusión ocurre casi instantáneamente en la ubicación deseada, con patrones más predecibles en comparación con los polvos.

Con alambre de 0,89 mm de diámetro, el sistema puede funcionar a velocidades de hasta 5-10 kg / hora y es capaz de imprimir piezas de 400 x 400 x 250 mm. La energía necesaria en el proceso de fusión es inferior a 0,5 kWh por kg. Proporciona un mayor control a nivel de vóxel y presenta un sistema de circuito cerrado. Una combinación de parámetros de proceso estrictamente controlables (¡control en tiempo real posible!) Permite que el sistema produzca piezas isotrópicas densas y consistentes que son más fuertes que las piezas fundidas con propiedades forjadas. El posprocesamiento también es más rápido sin los requisitos de desunión y sinterización de HIP.

Imágenes destacadas cortesía de Digital Alloys.

Grand View Research, Inc. emitió un informe que pronostica que el mercado global de metales de impresión 3D alcanzará los € 3,05 mil millones para 2025. El tamaño del mercado de 2020 se valoró en € 334 millones, por lo que alcanzar € 3 mil millones dentro de seis años requeriría una CAGR (crecimiento anual compuesto tasa) del 31,8%, una tasa impresionante que probablemente llamará la atención de más inversores.

El crecimiento de la impresión en metal entre 2020 y 2020 fue impulsado en gran medida por la adopción temprana en la industria aeroespacial y de defensa (A&D), donde las geometrías complejas de titanio y acero son requisitos habituales; el segmento representó el 40% del volumen total durante el año.

Si bien A&D fue el segmento más grande en 2020, se prevé que el segmento médico y dental crezca rápidamente con una tasa compuesta anual del 30,3%. La rápida producción de soluciones personalizadas y biocompatibles está impulsando la adopción de la impresión en metal en la industria de la salud. En situaciones críticas, una cadena de suministro más corta es una gran ventaja.

Los polvos representaron el 95% de los ingresos totales debido al desarrollo de procesos de producción que aseguran las partículas altamente esféricas que se desean por sus características de flujo libre. Como resultado, las industrias obtuvieron un mayor acceso a polvos de acero, níquel, titanio y aluminio de grado industrial para la impresión 3D. El titanio fue el polvo metálico más popular, capturando el 63% de los ingresos gracias a su alta resistencia a la tracción, bajo peso y alta resistencia a la corrosión. Se prevé que Inconel aumente su participación de mercado y se espera que el filamento de alambre metálico también experimente un crecimiento, aunque una mayor adopción de polvos alterará ese crecimiento.

Con el 35% del volumen de mercado en 2020, América del Norte fue la región que utilizó más impresión 3D en metal, lo que está relacionado con el hecho de que la región también gasta más en A&D. Muchos actores clave de la industria tienen su sede en los Estados Unidos, como 3D Systems, Stratasys y ExOne, y todos tienen amplias iniciativas de expansión para llegar a nuevos segmentos del mercado, por lo que se espera que la región crezca a un ritmo constante.

En términos de crecimiento, la región de Asia Pacífico probablemente se expandirá más rápido con una tasa compuesta anual proyectada del 34,1%. Varias inversiones de instituciones gubernamentales y privadas son responsables de ese crecimiento. Para 2025, se espera que Europa sea el mayor contribuyente de ingresos al mercado de la impresión 3D de metales, debido en parte a su creciente industria de la aviación que ha estado integrando constantemente la fabricación aditiva en las cadenas de suministro de aviones.

Teniendo en cuenta los metales densos y de alta resistencia que utiliza el sector aeroespacial, siempre deben estar en la cima de su juego cuando se trata de herramientas. Este es especialmente el caso al cortar titanio, que es ligero pero muestra la mayor resistencia entre los metales no aleados. Esto también hace que sea bastante difícil formar partes deseables conservando propiedades favorables. Esta es la razón por la que una fresa impresa en 3D está causando sensación en el Avalon International Airshow, lo que le valió a su creador un importante premio de innovación de € 15,000. La herramienta de acero presenta una solución muy económica para un problema de corte industrial común.

El candidato a doctorado Jimmy Toton de la RMIT University en Melbourne, Australia, es el creador en cuestión. Acaba de ganar el premio Young Defense Innovator Award 2020 junto con las recompensas monetarias por su investigación. “ Ahora que hemos mostrado lo que es posible, todo el potencial de la impresión 3D puede comenzar a aplicarse a esta industria, donde podría mejorar la productividad y la vida útil de la herramienta al tiempo que se reducen los costos ”, dijo Toton.

El proyecto tomó forma en el Recinto de Fabricación Avanzada de RMIT . Toton y su equipo de investigación desarrollaron las herramientas de corte de alto rendimiento utilizando las tecnologías de deposición de metales por láser de la instalación. Los productos se beneficiaron de las complejas estructuras internas y externas que permite esta forma de fabricación aditiva. Y así pudieron producir una herramienta poderosa mientras reducían los costos tanto en los materiales como en la cadena de suministro.

Impresión 3D y herramientas industriales

La fresa impresa en 3D no es solo un dispositivo impresionante por lo que puede hacer. También es representativo de un cambio en la forma en que las industrias de defensa y aeroespacial piensan en las herramientas. Los diseños digitales y las capacidades de impresión internas pueden cambiar el juego en este sentido.

Toton realizó la investigación con el Centro de Tecnología de Materiales de Defensa (DMTC) y el socio de la industria Sutton Tools. Tiene sentido que estas empresas estén mostrando interés en esta herramienta considerando las implicaciones. Tiene el potencial de cambiar la forma en que el mercado australiano puede operar en las redes de suministro locales y globales. Los países lejanos a menudo están en deuda con los proveedores y sus horarios, pero la impresión 3D puede simplificar todo el proceso, al producir piezas en el sitio y bajo demanda.

“Los fabricantes deben aprovechar al máximo estas nuevas oportunidades para volverse o seguir siendo competitivos, especialmente en los casos en que los costos de fabricación son altos ”, dijo Toton.

Los costos de los equipos, las averías y las entregas pueden resultar onerosos para muchas empresas. Especialmente, si estamos considerando una sola pieza en un vasto ecosistema de máquinas. Por lo tanto, puede ser beneficioso para las empresas desarrollar las piezas por sí mismas o en algún lugar local en lugar de depender de los proveedores. Según Toton, ideas como una fresa impresa en 3D pueden ahorrar a las empresas “ decenas, si no cientos, de millones de euroes”.

Imagen destacada cortesía de RMIT University.

Markforged acaba de anunciar su propio programa universitario de fabricación aditiva in situ, en su sede. El fabricante de impresoras 3D busca proporcionar todo tipo de materiales educativos y tutoriales para fabricantes de todo el mundo. Como resultado, la compañía ha puesto toneladas de recursos en su sitio web, a través de una biblioteca gratuita . El programa universitario espera promover el interés y el conocimiento de la fabricación aditiva en el resto del mundo.

La empresa desea enseñar tanto los conceptos básicos como los aspectos específicos de la impresión 3D y la fabricación aditiva. El programa universitario Markforged está dirigido a sus clientes (principalmente industriales) para que puedan dedicarse mejor a los dispositivos de la empresa. Como tal, el curso tratará principalmente sobre las tecnologías patentadas de las empresas y cómo utilizarlas mejor.

Los fabricantes y los clientes pueden acceder a los recursos educativos a través de la Universidad AM de Markforged en el sitio, en la sede de Markforged o en línea a través de su sitio. La sede en Boston ofrece talleres de uno o varios días durante todo el año. De manera similar, su programa de proveedores también está abierto a visitar a la clientela, ofreciendo contenido personalizado. Los usuarios pueden acceder a la biblioteca en línea de forma gratuita, que contiene recursos bajo demanda para desarrollar el conocimiento básico. Contiene pautas de diseño, mejores prácticas y casos de uso para aplicaciones, y mucho más.

Educación sobre fabricación aditiva

La razón para crear un recurso de este tipo no es completamente inesperada. Existe una brecha en el conocimiento sobre la impresión 3D que impide una adopción más amplia. Y así, las empresas ahora están tomando la educación de fabricación aditiva en sus propias manos.

El programa tiene algunos detalles muy atractivos a su favor. Por un lado, los usuarios obtienen acceso a los propios diseñadores e ingenieros de la empresa y sus recursos. Además, aunque solo se ocupa de las tecnologías propias de Markforged, esto le da mucho más enfoque y relevancia para la configuración del cliente. En otras palabras, el nivel de concentración no es necesariamente algo malo.

También es un programa universitario de AM único en el sentido de que se dirige a fabricantes y clientes. Por lo tanto, su desarrollo de habilidades y su estructura de estilo de taller pueden ayudar a desarrollar habilidades en el lugar de trabajo. Puede ofrecer asesoramiento específico que una empresa pueda necesitar para sus necesidades específicas para desarrollar sus productos. De hecho, el curso se centra en el diseño de edificios para las habilidades de impresión, lo que puede ser beneficioso para muchas empresas. Otro aspecto digno de mención es lo mucho que se enfoca en la fabricación aditiva de metales, lo que lo diferencia de otros programas similares.

» Markforged Additive Manufacturing University realmente se trata de inspirar la innovación en toda la industria «, dijo Andrew de Geofroy, vicepresidente de ingeniería de aplicaciones de Markforged. “ Una vez que hemos ayudado a los ingenieros, diseñadores y la industria de fabricación a construir una base sólida de habilidades de fabricación aditiva, el potencial es casi ilimitado. »

Imagen destacada cortesía de Markforged.

Fortify, una empresa de fabricación de compuestos digitales (DCM) en Boston, y DSM, una empresa química multinacional holandesa, se han asociado para desarrollar materiales compuestos de grado industrial para la impresión 3D de piezas de uso final y componentes estructurales. Las empresas desarrollarán los materiales utilizando la plataforma DCM de Fortify, que funciona con la tecnología Fluxprint, donde los imanes se integran en la impresión DLP 3D para alinear los refuerzos de fibra en las impresiones 3D durante el proceso de impresión.

DSM también respaldó la financiación inicial que lanzó Fortify Fiber Platform, que invita a los socios industriales a unirse a los científicos e ingenieros de materiales de Fortify para crear nuevos compuestos que cumplan los exigentes requisitos de las aplicaciones críticas. Hugo da Silva, vicepresidente de fabricación aditiva de DSM, comentó sobre la asociación: «La asociación con Fortify nos permite desarrollar materiales compuestos de alto rendimiento para la tecnología DLP, lo que hace que la tecnología sea viable para piezas funcionales y aplicaciones exigentes».

DSM ya produce muchas resinas de alta calidad, por lo que están en una posición única para trabajar con la plataforma de fibra de Fortify para aumentar las propiedades mecánicas de esas resinas. Fortify también venderá materiales de DSM a través de su plataforma DCM, ampliando su catálogo de materiales. «DSM es un socio ideal para nosotros», dijo Josh Martin, director ejecutivo de Fortify. “Nuestra colaboración nos permite aprovechar la cadena de suministro madura de DSM y los años de experiencia en el desarrollo de materiales avanzados para expandir nuestra paleta de resina. Estamos entusiasmados de asociarnos con un líder de la industria y trabajar con ellos para desarrollar resinas de vanguardia «.

Como empresa química, DSM ha servido a los mercados de nutrición, salud y materiales durante más de un siglo. Producen materiales para diversas formas de fabricación, no solo para la impresión 3D, por lo que aportan una gran cantidad de experiencia multidisciplinaria a todas sus asociaciones, de las cuales hay muchas. Solo dentro de la impresión 3D, desarrollan y producen materiales para procesos FFF, SLS, SLA, ink jet y binder jet. Tienen asociaciones con Formfutura (para distribuir su filamento) y Ultimaker (donde desarrollan filamentos y crean perfiles de software de corte), entre otros.

La tecnología Fluxprint patentada de Fortify tendrá un gran impacto en la colaboración, ya que las resinas deberán optimizarse para adaptarse al posicionamiento magnético preciso de los refuerzos de fibra. Sus refuerzos cerámicos probablemente también se incluirán en los desarrollos. Los compuestos que surjan de esta colaboración reemplazarán a los metales en algunas aplicaciones, y los ingenieros de todo el mundo obtendrán los beneficios.