Τα μηχανήματα έχουν ύψος 6 μέτρα, ζυγίζουν 27 τόνους και αντιπροσωπεύουν το τεχνολογικό σύνορο της τρισδιάστατης εκτύπωσης (3-D printing). Κάθε μηχάνημα αναπτύσσει 150 ακτίνες λέιζερ, που προβάλλονται από μία κατασκευή που μοιάζει με μικρογραφία μίας γερανογέφυρας και κινούνται γρήγορα εμπρός και πίσω, δημιουργώντας εξαρτήματα υψηλής τεχνολογίας για εταιρικούς πελάτες σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, οι ημιαγωγοί, η άμυνα και τα ιατρικά εμφυτεύματα.
Από τον Steve Lohr/New York Times
Τα μέρη του τιτανίου και άλλων υλικών δημιουργούνται στρώμα προς στρώμα, το καθένα περίπου τόσο λεπτά όσο μια ανθρώπινη τρίχα, φτιάχνοντας έως και 20.000 στρώματα, ανάλογα με το σχέδιο του εξαρτήματος. Επίσης, τα μηχανήματα είναι ερμητικά σφραγισμένα. Στο εσωτερικό τους, η ατμόσφαιρα είναι κυρίως αργό, το λιγότερο αντιδραστικό των αερίων, μειώνοντας την πιθανότητα ακαθαρσιών να δημιουργούν ελαττώματα σε κάποιο μέρος ενός εξαρτήματος.
Το χυτήριο τρισδιάστατης εκτύπωσης στο Devens της Μασσαχουσέττης, περίπου 70 χιλιόμετρα βορειοδυτικά της Βοστώνης, ανήκει στη VulcanForms, μια νεοφυή εταιρεία που προήλθε από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασσαχουσέττης. Μέχρι σήμερα έχει συγκεντρώσει 355 εκατομμύρια δολάρια σε επιχειρηματική χρηματοδότηση και το εργατικό της δυναμικό έχει εξαπλασιαστεί το περασμένο έτος σε 360, με τις προσλήψεις προσωπικού από άτομα που έχουν έρθει από μεγάλους κατασκευαστές όπως η General Electric και η Pratt & Whitney και εταιρείες τεχνολογίας, όπως η Google και η Autodesk.
«Έχουμε αποδείξει ότι η τεχνολογία λειτουργεί», δήλωσε ο John Hart, συνιδρυτής της VulcanForms και καθηγητής μηχανολογίας στο M.I.T. «Αυτό που πρέπει να δείξουμε τώρα είναι ισχυρά οικονομικά στοιχεία ως εταιρεία και ότι μπορούμε να διαχειριστούμε την ανάπτυξη».
Για την τρισδιάστατη εκτύπωση, η αρχή της οποίας χρονολογείται από τη δεκαετία του 1980, οι σημερινές τεχνολογικές, οικονομικές και επενδυτικές τάσεις μπορεί τελικά να αποτελέσουν τη βάση για την εμπορική άνοδο του κλάδου, σύμφωνα με ειδικούς της κατασκευής, στελέχη επιχειρήσεων και επενδυτές. Λένε ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση, που ονομάζεται επίσης «κατασκευή πρόσθετων» («additive manufacturing»), δεν είναι πλέον μια τεχνολογία καινοτομίας για κάποια καταναλωτικά και βιομηχανικά προϊόντα ή για τη δημιουργία πρωτότυπων σχεδιαστικών ιδεών.
«Είναι πλέον μια τεχνολογία που αρχίζει να προσφέρει προϊόντα υψηλής βιομηχανικής αξίας αλλά και εκτύπωση σε όγκο», δήλωσε ο Jörg Bromberger, ειδικός στον τομέα της κατασκευής στη McKinsey & Company. Ο ίδιος είναι ο κύριος συντάκτης μιας πρόσφατης έκθεσης της εταιρείας συμβούλων με τίτλο «The Mainstreaming of Additive Manufacturing».
Η τρισδιάστατη εκτύπωση αναφέρεται στην κατασκευή ενός προϊόντος από το μηδέν, ενός στρώματος τη φορά. Οι ακτίνες λέιζερ που καθοδηγούνται από υπολογιστή λιώνουν σκόνες από μέταλλο, πλαστικό ή σύνθετο υλικό για να δημιουργήσουν τα στρώματα. Στην παραδοσιακή κατασκευή, χυτεύεται ένα κομμάτι μετάλλου, για παράδειγμα, και στη συνέχεια ένα μέρος χαράσσεται σε σχήμα από εργαλειομηχανές.
Τα τελευταία χρόνια, ορισμένες εταιρείες έχουν χρησιμοποιήσει τεχνολογία πρόσθετων για την κατασκευή εξειδικευμένων ανταλλακτικών. Η General Electric βασίζεται στην τρισδιάστατη εκτύπωση για την κατασκευή ακροφυσίων καύσιμου για κινητήρες τζετ, η Stryker κατασκευάζει εμφυτεύματα σπονδυλικής στήλης και η Adidas εκτυπώνει δικτυωτές σόλες για παπούτσια τρεξίματος υψηλής ποιότητας. Τα οδοντικά εμφυτεύματα και οι συσκευές ανόρθωσης δοντιών εκτυπώνονται επίσης σε 3-D. Κατά τη διάρκεια της πανδημίας Covid-19, οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές παρήγαγαν προμήθειες έκτακτης ανάγκης, όπως ασπίδες προσώπου και εξαρτήματα αναπνευστήρα.
Σήμερα, λένε οι ειδικοί, οι δυνατότητες είναι πολύ ευρύτερες και πέρα από μια μικρή χούφτα εξειδικευμένων προϊόντων. Η αγορά της τρισδιάστατης εκτύπωσης αναμένεται να τριπλασιαστεί σε σχεδόν 45 δισεκατομμύρια δολάρια παγκοσμίως έως το 2026, σύμφωνα με έκθεση της Hubs, μιας εταιρείας για υπηρεσίες κατασκευής.
Η κυβέρνηση Biden αναζητά την τρισδιάστατη εκτύπωση για να βοηθήσει στην αναζωπύρωση της αμερικανικής παραγωγής. Η προσθετική τεχνολογία θα είναι ένα από τα «θεμέλια της σύγχρονης κατασκευής στον 21ο αιώνα», μαζί με τη ρομποτική και την τεχνητή νοημοσύνη, δήλωσε η Elisabeth Reynolds, ειδική βοηθός του προέδρου για την κατασκευή και την οικονομική ανάπτυξη.
Τον Μάιο, ο Πρόεδρος Biden ταξίδεψε στο Σινσινάτι για να ανακοινώσει το Additive Manufacturing Forward, μια πρωτοβουλία που συντονίζεται από τον Λευκό Οίκο σε συνεργασία με μεγάλους κατασκευαστές. Τα πέντε αρχικά εταιρικά μέλη -η GE Aviation, η Honeywell, η Siemens Energy, η Raytheon και η Lockheed Martin- αυξάνουν τη χρήση του 3-D printing στην κατασκευή προσθέτων και δεσμεύτηκαν να βοηθήσουν τους μικρομεσαίους Αμερικανούς προμηθευτές τους να υιοθετήσουν την τεχνολογία.
Οι συγκεκριμένες δεσμεύσεις αποσκοπούν στην επιτάχυνση των επενδύσεων και στη δημιουργία μιας ευρύτερης εγχώριας βάσης δεξιοτήτων παραγωγής προσθέτων. Επειδή η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια διαδικασία ψηφιακής κατασκευής υψηλής τεχνολογίας, λένε αξιωματούχοι του Λευκού Οίκου, αποκτά ιδιαίτερη σημασία στη δυναμική της Αμερικής στο τομέα του λογισμικού. Η κατασκευή προσθέτων, θα κάνει την αμερικανική κατασκευή λιγότερο εξαρτημένη από τη χύτευση και την κατεργασία μετάλλων που συμβαίνει στο εξωτερικό, ειδικά στην Κίνα.
Η παραγωγή προσθέτων υπόσχεται επίσης ένα περιβαλλοντικό μπόνους, καθώς είναι πολύ λιγότερο επιβαρυντική από τη χύτευση, τη σφυρηλάτηση και την κοπή της παραδοσιακής κατασκευής. Για ορισμένα μεταλλικά μέρη, η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να ρίξει το κόστος των υλικών κατά 90% και να μειώσει τη χρήση ενέργειας κατά 50%.
Η βιομηχανική τρισδιάστατη εκτύπωση, λένε οι ειδικοί, έχει τη δυνατότητα να μειώσει σημαντικά το συνολικό κόστος κατασκευής εξειδικευμένων ανταλλακτικών, εάν η τεχνολογία μπορεί να γίνει αρκετά γρήγορη και αποτελεσματική για παραγωγή μεγαλύτερου όγκου.
Η VulcanForms ιδρύθηκε το 2015 από τον Dr. Hart και έναν από τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του, τον Martin Feldmann. Ακολούθησαν μια νέα προσέγγιση για την τρισδιάστατη εκτύπωση που χρησιμοποιεί μια σειρά από πολλές περισσότερες ακτίνες λέιζερ σε σχέση με τα υπάρχοντα συστήματα. Επίσης, απαιτεί καινοτομίες στην οπτική λέιζερ, τους αισθητήρες και το λογισμικό προκειμένου να χορογραφηθεί ο περίπλοκος χορός των ακτίνων λέιζερ.
Μέχρι το 2017, είχαν κάνει αρκετή πρόοδο ώστε να πιστεύουν ότι μπορούσαν να κατασκευάσουν μια μηχανή, αλλά θα χρειάζονταν χρήματα για να το κάνουν. Οι δυο τους, μαζί με τον Anupam Ghildyal, έναν βετεράνο σειριακής start-up που είχε γίνει μέλος της ομάδας VulcanForms, πήγαν στη Silicon Valley. Εξασφάλισαν ένα πρώτο γύρο 2 εκατομμυρίων δολαρίων από την Eclipse Ventures.
Η τεχνολογία της VulcanForms, τόνισε ο Greg Reichow, συνεργάτης στην Eclipse, προσπαθεί να αντιμετωπίσει τις τρεις ελλείψεις της τρισδιάστατης εκτύπωσης: Την ταχύτητα (είναι πολύ αργή), το κόστος και τα υπερβολικά πολλά ελαττώματα του τελικού προϊόντος. Η start-up αγωνίστηκε για να κατασκευάσει ένα πρώτο μηχάνημα που απέδειξε ότι η ιδέα ήταν εφαρμόσιμη αλλά τελικά τα κατάφερε. Και οι νεότερες εκδόσεις έγιναν μεγαλύτερες, πιο ισχυρές και πιο ακριβείς.
Οι εκτυπωτές της, λέει η VulcanForms, παράγουν τώρα 100 φορές την ενέργεια λέιζερ σε σχέση με τους περισσότερους τρισδιάστατους εκτυπωτές και μπορούν να παράγουν εξαρτήματα πολλές φορές πιο γρήγορα. Αυτή η τεχνολογία εκτύπωσης είναι το βασικό πνευματικό πλεονέκτημα της εταιρείας, που προστατεύεται από δεκάδες διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Αλλά η VulcanForms αποφάσισε να μην πουλήσει τα μηχανήματα της. Η στρατηγική της είναι να αποτελέσει προμηθευτή σε πελάτες που χρειάζονται ειδικά κατασκευασμένα ανταλλακτικά.
Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στην VulcanForms να ελέγχει ολόκληρη τη διαδικασία παραγωγής. Η εταιρεία δημιουργεί το κάθε στάδιο της διαδικασίας κατασκευής η ίδια, φτιάχνοντας τους δικούς της εκτυπωτές, σχεδιάζοντας εξαρτήματα, πραγματοποιώντας την τελική κατεργασία και τις δοκιμές. «Πρέπει οπωσδήποτε να το κάνουμε μόνοι μας, να δημιουργούμε την πλήρη στοίβα της ψηφιακής κατασκευής, εάν θέλουμε να πετύχουμε», είπε ο Feldmann, ο οποίος είναι διευθύνων σύμβουλος. «Το εργοστάσιο είναι το προϊόν!».
Η εγκατάσταση του Devens διαθέτει έξι γιγάντιους εκτυπωτές. Μέχρι το επόμενο έτος, θα πρέπει να είναι 20, λέει η εταιρεία. Η VulcanForms έχει εντοπίσει τέσσερις τοποθεσίες για ένα δεύτερο εργοστάσιο. Σε πέντε χρόνια, η εταιρεία ελπίζει να έχει πολλά εργοστάσια τρισδιάστατων εκτυπώσεων σε λειτουργία. Η στρατηγική του «κάντο μόνος σου» μεγεθύνει επίσης τον κίνδυνο και το κόστος για την εκκίνηση. Αλλά η εταιρεία έχει πείσει ότι το ρίσκο αξίζει τον κόπο, αν δει κανείς και τις προσλήψεις ανθρώπων υψηλού εργασιακού προφίλ που πραγματοποιήσει.
Ο Brent Brunell εντάχθηκε στη VulcanForms πέρυσι από την General Electric, όπου ήταν ειδικός στην κατασκευή προσθέτων. Η ιδέα της χρήσης μεγάλων συστοιχιών λέιζερ στην τρισδιάστατη εκτύπωση δεν είναι καινούργια, λέει ο Brunell, αλλά κανείς δεν την είχε κάνει πραγματικότητα πριν. Αφού εντάχθηκε στην VulcanForms και μελέτησε την τεχνολογία της, είπε, «ήταν προφανές ότι αυτοί οι τύποι πήγαιναν βήματα μπροστά από την υπάρχουσα τεχνολογία και διέθεταν μια διαδικασία που λειτουργούσε».
Δίπλα σε κάθε μηχάνημα στις εγκαταστάσεις της VulcanForms, ένας χειριστής παρακολουθεί την απόδοσή της μέσω μιας ροής δεδομένων αισθητήρων και μια εικόνα, από κάμερα, των ακτίνων λέιζερ, που μεταφέρονται σε μια οθόνη υπολογιστή. Ο ήχος του εργοστασίου είναι επίσης ένα χαμηλό, ηλεκτρονικό βουητό, σαν κέντρου δεδομένων. Το ίδιο το εργοστάσιο μπορεί να είναι ένα ισχυρό εργαλείο στρατολόγησης προσωπικού. «Τους φέρνω εδώ και τους δείχνω τα μηχανήματα», λέει ο Kip Wyman, πρώην ανώτερος διευθυντής κατασκευής στην Pratt & Whitney, ο οποίος είναι επικεφαλής επιχειρήσεων στη VulcanForms. «Η συνήθης αντίδραση είναι, “Θέλω να είμαι μέρος όλου αυτού”».
Ωστόσο, για ορισμένα βιομηχανικά μέρη, η τρισδιάστατη εκτύπωση από μόνη της δεν αρκεί. Απαιτείται τελική θερμική επεξεργασία και κατεργασία μετάλλων. Αναγνωρίζοντας το, η VulcanForms απέκτησε την Arwood Machine φέτος. Η Arwood είναι ένα σύγχρονο μηχανουργείο που λειτουργεί ως επί το πλείστον για το Πεντάγωνο, κατασκευάζοντας εξαρτήματα για μαχητικά αεροσκάφη, υποβρύχια drones και πυραύλους. Σύμφωνα με την VulcanForms, το σχέδιο τα επόμενα χρόνια είναι η Arwood να τριπλασιάσει τις επενδύσεις και το εργατικό της δυναμικό, ενώ επί του παρόντος εργάζονται 90 άτομα.
Η VulcanForms, μια ιδιωτική εταιρεία, δεν αποκαλύπτει τα έσοδά της. Ωστόσο, ανέφερε ότι οι πωλήσεις αυξάνονται γρήγορα, ενώ οι παραγγελίες δεκαπλασιάζονται τρίμηνο προς τρίμηνο. Η σταθερή ανάπτυξη της θα εξαρτηθεί από την αύξηση των πωλήσεων σε πελάτες όπως η Cerebras, η οποία κατασκευάζει εξειδικευμένα συστήματα ημιαγωγών για εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης. Η Cerebras αναζήτησε τη VulcanForms πέρυσι για την κατασκευή ενός πολύπλοκου τμήματος για την υδρόψυξη των ισχυρών επεξεργαστών υπολογιστών της.
Η εταιρεία ημιαγωγών έστειλε στη VulcanForms ένα σχέδιο σχεδιασμού υπολογιστή, ένα περίπλοκο πλέγμα από μικροσκοπικούς σωλήνες τιτανίου. Μέσα σε 48 ώρες η VulcanForms είχε δημιουργήσει ένα μέρος του, τόνισε ο Andrew Feldman, διευθύνων σύμβουλος της Cerebras. Οι μηχανικοί και των δύο εταιρειών εργάστηκαν σε περαιτέρω βελτιώσεις και το σύστημα ψύξης χρησιμοποιείται σήμερα.
Η επιτάχυνση του ρυθμού του πειραματισμού και της καινοτομίας είναι μια υπόσχεση για την παραγωγή προσθέτων. Αλλά η σύγχρονη τρισδιάστατη εκτύπωση, είπε ο Feldman, επιτρέπει επίσης στους μηχανικούς να κάνουν νέα, πολύπλοκα σχέδια που βελτιώνουν την απόδοση. «Δεν θα μπορούσαμε να φτιάξουμε αυτό το υδρόψυκτο τμήμα με άλλο τρόπο», είπε ο Feldman. «Η πρόσθετη κατασκευή μάς επιτρέπει να ξανασκεφτούμε τον τρόπο κατασκευής των πραγμάτων», είπε. «Εκεί βρισκόμαστε τώρα και αυτό είναι μια μεγάλη αλλαγή».
