Fragen und Antworten: Wie Markforged die Druckgeschwindigkeit seiner PX100-Metall-Binder-Jet-Maschine um das Zweifache verbesserte

von Sam Davies

11. Mai 2023

10:42

Markgeschmiedet

Im letzten JahrSCHNELL + TCTDigital Metal kündigte die Einführung seines DMP/PRO-Binder-Jet-3D-Druckers an, den das Unternehmen als „komplette Binder-Jet-Lösung“ bezeichnete.

Innerhalb von zwei Monaten nach der Vorstellung des neuen Produkts hatte die Muttergesellschaft Höganäs die Entscheidung getroffen, das Digital Metal-Geschäft an Markforged zu verkaufen, das sein Angebot an 3D-Druck-Hardware über die Extrusionsfähigkeiten hinaus erweitern wollte, die es über seinen Desktop Composite auf den Markt gebracht hatte und Metallportfolios. „Markforged ist kein FFF-Unternehmen“, sagte Michael Papish, Vizepräsident für Marketing bei MarkforgedTCT„Wir sind ein Unternehmen, das bei der Herstellung helfen möchte, und daher werden wir jede Technologie verwenden, die unserer Meinung nach anwendbar ist und zur Lösung von Problemen beitragen kann.“

Kommen wir zur nächsten RAPID + TCT-Veranstaltung und Markforged präsentierte an seinem Stand die Leistungsfähigkeit seiner neu erworbenen Binder-Jet-Technologie. Seit der Umbenennung trägt der PX100 nicht nur einen schicken neuen Namen, sondern verfügt auch über einige bedeutende Hardware-Verbesserungen, die laut Markforged die Druckgeschwindigkeit beschleunigen und die Teilequalität verbessern würden.

Beim Event,TCTWir haben uns mit Markforged Global Metal Product Manager Ross Adams [RA] getroffen, um zu erfahren, wie Markforged solche Verbesserungen erzielen konnte, wo die Technologie den größten Einfluss haben wird und welche Produktstrategie künftig verfolgt wird.

RA : Ja, also ein ziemlich großer Moment, denn dies ist das erste Mal, dass diese Maschine in die Vereinigten Staaten gebracht wird. Außerdem ist es das erste Mal, dass Digital Metal und Markforged wirklich gemeinsam vor einem breiten Produktionspublikum präsent sind. Digital Metal ist seit über 20 Jahren im Bereich Binder Jet tätig und hat sich zuvor eher auf die Herstellung von Teilen als auf die Herstellung von Maschinen konzentriert, da das Unternehmen von einem Metallpulverunternehmen, Höganäs, betrieben wird.

Durch diese Weiterentwicklung erkannten sie, dass die Zukunft dieser Branche in Lieferketten liegt, die einen wettbewerbsfähigen Markt schaffen, der Qualität und gute Wirtschaftlichkeit gewährleistet, und nicht nur einen einzigen Lieferanten. Daher sahen sie in Markforged den richtigen Partner, um die nächste Phase ihres Geschäfts an diesem Wendepunkt voranzutreiben und eine Technologieeinführung zu erreichen, die wir auf den Markt bringen konnten.

Bei Markforged war es uns wichtig, über die richtigen Werkzeuge zu verfügen, um das gesamte Spektrum der Fertigung abzudecken. Unsere Stärken liegen in den Bereichen Werkzeuge und Vorrichtungen, Ersatzteile und Prototyping. Aber FDM war nie die richtige Technologie, um Zehntausende oder Hunderttausende Teile in einem bestimmten Jahr zu skalieren. Wir sehen in Binder Jet ein wirklich starkes Potenzial, weil er über die nötige Geschwindigkeit verfügt und das ist die erste Herausforderung, die wir bewältigen müssen. Wir haben also Kunden, die 50.000 Teile pro Jahr in Serie produzieren und jeden Tag Gespräche über Hunderttausende oder sogar Millionen Teile pro Jahr führen, so wie die Branche immer besser über das richtige Werkzeug für die jeweilige Aufgabe informiert wird.

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Wir haben also Geschwindigkeit, aber wir denken auch, dass Binder Jet aufgrund der Qualität sehr gut ist. Was die Oberflächenbeschaffenheit angeht, ist sie unserer Meinung nach unübertroffen bei allen 3D-Druckverfahren für Metall. Es ist funktionell wichtig für Anwendungen, aber auch in den frühen Phasen, in denen Menschen Teile unter die Lupe nehmen und nach Dingen suchen, die anders sind. Wir streben also nach vorne mit Teilen von höchster Qualität und helfen bei diesem Einführungszyklus und auch bei den Materialeigenschaften, die sehr vorhersehbar und sehr wiederholbar sind. [Das ist] der Vorteil, auf den Schultern einer reifen Branche zu stehen, dem Metallspritzguss, in dem viele Standards geschaffen wurden. Dies ist lediglich ein neues Werkzeug, um die Wissenschaft des Sinterns zu nutzen. Daher verstehen wir Sinter wirklich sehr gut, insbesondere Digital Metal und Markforged. Wir haben wirklich zwischen unseren Ingenieuren zusammengearbeitet und Wissen über verschiedene Bereiche der Material- und Ingenieurstechnik hinweg ausgetauscht. Wenn man diese drei Dinge zusammennimmt, sehen wir darin ein neues Werkzeug, das die additive Fertigung in die Massenproduktion skalieren wird. Und deshalb denke ich jeden Tag darüber nach, ob ich morgens aufwache und meine Arbeit sich ausschließlich auf diesen Drucker in der Region Nordamerika konzentriert. Ich sehe meinen Job wirklich als eine Gleichung, einfache Business-101, Angebot und Nachfrage. Wir müssen also die Nachfrage ankurbeln, Anwendungen erstellen, Anwendungsfälle erstellen, aber auch die Kapazität am anderen Ende schaffen. Ich denke, ein Großteil dieser Branche wird sich durch Vertragshersteller entwickeln, die die Massenproduktion übernehmen. Es handelt sich also um eine zweiseitige Gleichung: Die Kapazität geht nicht mit der Nachfrage einher, aber sobald die Nachfrage erreicht ist, muss man über die Kapazität verfügen. Und sobald wir etwas Schwung bekommen, denke ich, dass es zum Mainstream wird.

RA : Digital Metal in Schweden, sie haben immer noch ihr Teilproduktionsgeschäft, aber sie verlagern dieses Geschäft gerade. Wir wollen konzentriert sein, und es ist schwierig, einen Fuß rein und einen Fuß raus zu haben. In unserem Verkaufsprozess ist es üblich, dass wir Teile als Proof of Concept drucken müssen. Wir verfügen also über diese Fähigkeit durch Schweden, außerdem haben wir zwei Kunden in den Vereinigten Staaten, die wir für dieses Geschäft nutzen. Es ist wichtig. Für mich besteht meine Aufgabe darin, sicherzustellen, dass ich die Anforderungen des Kunden verstehe und sicherstelle, dass unsere Fähigkeiten diese erfüllen können. Ich denke, dass wir in unserem Verkaufsprozess schon immer einen solchen Berateransatz verfolgt haben, dass wir Ihnen kein Werkzeug verkaufen wollen, das nicht das richtige Werkzeug für den Job ist.

RA : Der Hauptvorteil dieses neuen Produkts besteht darin, dass wir die Druckgeschwindigkeit verdoppeln. Und das haben wir mit dem Tintenstrahldruckkopf erreicht. Früher musste ein Schlangenmuster erstellt werden, um das Bauvolumen abzudecken. Jetzt sind wir seitenweit, also geht es nur einmal vorbei und trägt die gesamte Tinte auf, sodass sich die Geschwindigkeit dadurch etwa verdoppelt. Abgesehen von der Geschwindigkeit gibt es aber auch die Produktionsumgebung, in der das gleiche Teil jedes Mal auf die gleiche Weise und rund um die Uhr hergestellt wird. Wir haben das Maschinendesign also wirklich im Hinblick auf Qualität, Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit optimiert – das sind drei Kriterien, die Sie brauchen.

Es gibt einige wichtige Designentscheidungen, über die ich bei diesem Drucker gerne sprechen möchte, und darüber, wie wir das erreichen. Das erste, Sie sehen diesen Granitsockel auf der oberen Plattform. Wir haben festgestellt, dass es beim Umgang mit losem Metallpulver sehr wichtig ist, dass sich mechanische Komponenten hineinbewegen und Vibrationen erzeugen. Diese möchten wir so weit wie möglich dämpfen Eine wirklich solide Basis, die das Gewicht verleiht, damit die Dinge nicht vibrieren und sich verschieben. Das andere sind die Linearmotoren. Einige andere Alternativen zu diesem Design wären ein Rotationsmotor und ein Riemen und eine Riemenscheibe, aber da gibt es Spannung, mechanische Verluste und Beschleunigung. Wenn wir uns also nur in linearer Richtung bewegen, verwenden wir Linearmotoren. Sie sind zwar teurer, haben aber eine sehr hohe Beschleunigung, einen sehr stabilen Zustand und eine Positionstoleranz von etwa einem Mikrometer. Das Dritte sind Luftlager, die sich grundsätzlich an den Seiten des beweglichen Schlittens befinden. Es geht also oben und seitlich. Wenn Sie schon einmal Airhockey gespielt haben, ist es das gleiche Konzept, bei dem ein Luftspalt von fünf Mikrometern entsteht, sodass dieser Wagen tatsächlich beladen ist, da er sich mit sehr geringer Reibung bewegt, aber was noch wichtiger ist, es entsteht wieder loses Metallpulver Es muss seinen Weg an Orte finden, ob es einem gefällt oder nicht. Wenn Sie Kugellager verwenden und das Metallpulver in dieses Kugellager gelangt, kommt es zu Reibung. Möglicherweise können Sie am Montag gute Ergebnisse erzielen, die Produktion erfolgt jedoch Montag, Dienstag, Mittwoch, Donnerstag, Freitag. Bis Freitag werden Sie nicht die gleichen Ergebnisse erzielen, es sei denn, Sie verbringen zwischen den einzelnen Builds stundenlange Wartungsarbeiten an der Maschine. Bei der präzisen Maschinenkonstruktion sind wir also wirklich keine Kompromisse eingegangen. Es waren viele Lehren aus KMG-Tischen und wirklich hochwertigen CNC-Maschinen erforderlich, um die Produktionsqualität zu erreichen, von der wir wissen, dass sie für unseren Kundenstamm in diesen Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.

RA : Also im Grunde ist alles, was man sintern kann, dafür geeignet. Wir haben zehn qualifizierte Materialien in unserem Portfolio. Am beliebtesten dürften unsere Edelstähle 174 und 316L sein. [Sie haben] eine gute Korrosionsbeständigkeit, eine gute Festigkeit und sehr gute allgemeine Eigenschaften. 4140-Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist ein weiterer gebräuchlicher Stahl für viele Antriebsstrangkomponenten in Motoren und dergleichen. Weitere Spezialmaterialien wären Titan Ti64 sowie reines Kupfer. Und dann einige Superlegierungen wie Inconcel 625, 718 und Mar 247, die sich durch hohe Hitze und hohe Korrosion auszeichnen. Und dann zwei Werkzeugstähle, H13 und D2.

Wir qualifizieren unsere Materialien. Wir können also grundsätzlich die Ergebnisse garantieren, wenn Sie unsere Materialien im System verwenden, aber wir verstehen auch die Produktion. Manchmal möchten Sie über eigene Ausgangsmaterialien verfügen, um wettbewerbsfähigere Preise zu erhalten, oder über mehr Spezialmaterialien, die für eine bestimmte Anwendung entwickelt wurden. Daher unterstützen wir Kunden bei der Entwicklung ihrer eigenen Materialien, wenn sie ein ganz bestimmtes Projekt haben, an dem sie arbeiten möchten.

RA : Das erste ist Bildung. Kunden, es ist eine natürliche Weiterentwicklung einer neuen Technologie. Sie müssen anfangen, ihre Denkweise zu ändern, für den Prozess zu entwerfen, die richtigen Anwendungen zu finden, die wirklich den Sweet Spot treffen, und nicht 3D-Druck um des 3D-Drucks willen. sondern 3D-Druck mit der Absicht, irgendeine Art von Verbesserung zu erzielen, sei es hinsichtlich der Kosten oder der Leistung.

Hinzu kommen die Aspekte der Lieferketten und die Möglichkeit zur Dezentralisierung. Jetzt können Sie ein Lager mit verschiedenen Lagerartikeln führen. Ich denke, dass auch Nachhaltigkeit eine große Rolle spielen wird. Die Tatsache, dass wir das gesamte Pulver, das nicht verwendet wird, recyceln können und so mehr Teile leichter machen können. Eines meiner Lieblingszitate lautet: „Eine kleine Veränderung multipliziert mit Millionen wird zu einer großen Veränderung.“ Und bei dieser Technologie, bei der wir uns auf die Massenproduktion konzentrieren, kann eine kleine Änderung durch weniger Materialeinsatz erhebliche Auswirkungen haben. Bildung ist also definitiv eine große Sache.

Ich würde sagen, dass es in dieser Branche einen gesunden Wettbewerb gibt. Und Wettbewerb ist eine gute Sache auf dem kapitalistischen Markt, wo wir die beste Lösung haben wollen. Das bedeutet beste Qualität, die wir in erster Linie anstreben. Und dann sind Geschwindigkeit und Kosten zweitrangig. Und diese drei Dinge müssen zusammenpassen. Es geht wieder um die Gleichung: Nachfrage steigern, Kapazität schaffen. Und genau das denke ich jeden Morgen, wenn ich aufwache.

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RA : Einige der besten Märkte, in denen wir heute Erfolg haben, werden medizinische Geräte sein. Ein Trend dort sind nicht-invasive Operationen mit sehr kleinen Schnitten und Schmerzmitteln, und das ist für mich ein wirklich inspirierender Fall. Die Geometrien dieser kleinen Greifer sind einfach so kompakt und intensiv, dass sie die Einschränkungen und Zwänge offenbaren, die uns die traditionelle Fertigung auferlegt.

Automotive ist ein weiterer wichtiger Markt für uns. Es gibt das Zubehör, die Innenraumkomponenten und dann gibt es noch die Motorkomponenten unter der Haube. Wir bearbeiten beide Enden dieser Märkte. Die Motorkomponenten benötigen eine längere Zeit, da sie in ihrer Funktion kritischer sind. Ich denke, die Accessoires sind eine andere Aufgabe, man muss sie in 3D drucken. Diese Märkte existieren nicht ohne additive Fertigung, da an diesem Prozess kein festes Werkzeug beteiligt ist. Meiner Meinung nach geht es in der Automobilindustrie um personalisiertere Kundenerlebnisse und ein gutes Verbrauchererlebnis, wenn sie Einfluss auf das Auto haben, das sie kaufen, und sagen können: „Ich möchte meine Initialen auf dem Schaltknauf haben, ich.“ „Ich möchte Edelstahlpolitur mit diesem coolen Muster darauf haben.“ Es erzeugt eine Bindung in der Pre-Sales-Umgebung, die sich in der Zukunft als Wettbewerbsvorteil erweisen wird.

Und dann ist da noch die Auftragsfertigungsseite, die die Kapazitätsseite der Gleichung schafft. Jeder weiß, dass der 3D-Druck ein großartiges Prototyping-Tool ist. Ich denke, wir brauchen ein anderes Wort für die Art des Prototypings, die Sie mit diesem Drucker durchführen können. Und ich verwende den Ausdruck „Pilotproduktion“, wenn es in einem Designprozess einige wichtige Meilensteine ​​gibt, bei denen man ein Teil liefert, 1.000 liefert, man liefert 10.000. Zwischen den einzelnen Meilensteinen ändern Sie das Design, verbessern es, bringen den Gummi auf die Straße und beginnen, dieses Feedback zu erhalten. Da sie also ständig das Design ändern und eine Lieferzeit von Wochen statt Monaten erwartet wird, wird die Geschwindigkeit, mit der diese Auftragsfertiger agieren, zu einem Wettbewerbsvorteil, der ihnen hilft, mehr Geschäfte zu machen. Es handelt sich also um eine sehr ergänzende Technologie zu anderen von ihnen angebotenen Diensten. Wir sehen, dass das Metallspritzgießen eher ein veralteter Prozess ist, es gibt eine Kurve, der Schnittpunkt liegt im Grunde bei 20.000 Teilen oder weniger, wobei die Kosten pro Teil beim Binder Jetting niedriger wären, weil man das Werkzeug nicht hat. Und wenn man darüber hinausgeht, ist es eine Frage der Geometrie und Komplexität.

RA : Das Offensichtlichste wird sein, mehr Materialien und mehr Anwendungen, mehr Industrien und Hilfe bei der Bereitstellung der richtigen Art von Eigenschaften zu haben. Einer der am wenigsten beachteten Vorteile des 3D-Drucks ist nicht nur die geometrische Komplexität, sondern auch die schwierigen Materialien, die bei der herkömmlichen Herstellung möglich sind. Deshalb werden wir kontinuierlich in diese Bereiche investieren und mit den Kunden zusammenarbeiten, um eine wirklich starke Produkt-Roadmap zu erstellen, in der wir unsere Bemühungen priorisieren. Ich denke, auf kurze Sicht werden wir uns weniger auf Hardware-Verbesserungen am Drucker konzentrieren, sondern mehr über das gesamte System nachdenken und Wege finden, mehr Prozesse zu automatisieren, um den Umfang menschlicher Eingriffe zu reduzieren, in die menschliches Versagen einfließen kann es und maximieren Sie den Ertrag wirklich. Software wird dabei eine große Rolle spielen. Und das ist definitiv ein wichtiger Kernbereich des Geschäfts von Markforged. Wir haben unsere gesamte Software und unser Fachwissen selbst entwickelt. Denn das ist digitale Fertigung, oder? Und das ist der Trend, der von analog zu digital geht. Es ist schwierig, im Vorverkaufsumfeld den Nutzen davon zu beweisen, aber wenn Ingenieure dann erst einmal anfangen, die Technologie zu nutzen und sehen, wie schnell sie vorankommen können, ist das nichts, was sie beeinträchtigt Arbeit und macht sie jeden Tag produktiver.

von Sam Davies

11. Mai 2023

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