Yeni nesil 3D metal baskı teknolojisi

 (fabric8labs.com)
1 puan yazan GN⁺ 2024-06-28 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • Fabric8Labs, oda sıcaklığında elektrokimyasal katmanlı üretim (ECAM) ile son işlem gerektirmeyen yüksek yoğunluklu metal parçaların seri üretimini hedefleyen bir 3D metal baskı şirketidir
  • Temel farkı, mikron düzeyinde geometrik çözünürlük, karmaşık iç yapılar, yüksek saflıkta malzemeler ve hızlı ölçeklenebilirliği birlikte desteklemesidir
  • Patentli mikroelektrot dizili baskı kafası kullanır ve PCB, silikon, mevcut metal parçalar gibi sıcaklığa duyarlı altlıkların üzerine de doğrudan baskı yapabilir
  • Sürdürülebilirlik açısından, alternatif katmanlı üretim teknolojileri ve geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla sera gazı emisyonlarını %90 azaltabildiğini öne çıkarır
  • Ana pazarları olarak termal yönetim, kablosuz iletişim, güç elektroniği ve yeni ortaya çıkan uygulamaları hedefler; yüksek saflıkta bakırın ısıl ve elektriksel özelliklerinden yararlanarak AI çip soğutması ve uydu iletişim sistemlerine odaklanır

ECAM tabanlı metal 3D baskı

  • Fabric8Labs'in temel teknolojisi Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM)'dir
  • ECAM, oda sıcaklığında 3D metal baskı yöntemidir ve son işlem olmadan karmaşık ve yoğun metal parçalar üretmeye odaklanır
  • Başlıca desteklenen özellikler şunlardır

    • Mikron düzeyinde geometrik çözünürlük

      • Karmaşık iç yapılar
      • Yüksek saflıkta malzemeler
      • Seri üretim için hızlı ölçeklenebilirlik

Performans, ölçeklenebilirlik ve sürdürülebilirlik

  • Yüksek performanslı parçalar tarafında, ultra yüksek çözünürlükte ve yüksek saflıkta metal parça üretimini vurgular
    • PCB, silikon, mevcut metal parçalar gibi sıcaklığa duyarlı altlıkların üzerine de doğrudan baskı yapılabilir
  • Ölçeklenebilirliğin merkezinde patentli mikroelektrot dizili baskı kafası bulunur
    • Birden fazla mevcut teknolojiyi birleştirerek yüksek kaliteli parçaları büyük ölçekte ve istikrarlı biçimde üretmeye yönelik bir yaklaşımdır
  • Sürdürülebilirlik açısından ECAM, alternatif katmanlı üretim teknolojileri ve geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla sera gazı emisyonlarını %90 azaltabilir

Ürünleştirme destek akışı

  • Fabric8Labs, müşterilerin ürünlerini pazara sunma sürecini IDENTIFY, CREATE, PROVIDE olarak üçe ayırır
  • IDENTIFY aşamasında, sorunun gereksinimi ve potansiyel çözüm yolları bulunur, önerilen çözümün ilk prototipi oluşturulur
  • CREATE aşamasında çözüm optimize edilir, teknik gereksinimleri karşılayıp karşılamadığı doğrulanır, ölçeklenme yolu kanıtlanır ve uygulanır
  • PROVIDE aşamasında ise ürün lansmanı için ölçeklenebilirlik doğrulanır, risk azaltılır ve yüksek hacimli, istikrarlı tedarik yapısı kurulur

Uygulama pazarları ve parça özellikleri

  • ECAM, son işlem gerektirmeyen yüksek çözünürlüklü 3D baskı metal parçalarla birçok sektörde metal katmanlı üretime erişimi genişletmeyi amaçlayan bir teknolojidir
  • Özellikle yüksek saflıkta bakır üretimi için uygundur ve bunun ısıl ve elektriksel özelliklerinden yararlanılabilir
  • Başlıca pazarlar şunlardır
  • Örnek uygulama sorunları, en yeni yüksek güçlü AI çip soğutmasından yüksek frekanslı uydu iletişim sistemlerine kadar uzanır

Açıklanan ilgili gelişmeler

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2024-06-28
Hacker News yorumları

  • Geçmişte benzer bir şey yapan bir video görmüştüm [1]; elektrokaplama kullanma fikri mantıklı görünmüştü
    Kimya mühendisliği ya da malzeme bilimi hakkında hiç bilgim yok, ama bunun gerçekten uygulanmış hâlini görmek ilginç; elektrokaplama konusunda biraz deneyimi olan biri olarak da akıl almaz derecede yavaş olacakmış gibi geliyor
    [1] https://youtu.be/W1d36wbx_yg

    • Evet. Elektrokaplama geleneksel olarak hızlı bir süreç değil
      Bu sistemin önemli bir bölümü, malzeme özelliklerini korurken seri üretim için anlamlı bir katman biriktirme hızına ulaşacak şekilde tasarlanmış; görünüşe göre tipik elektrokaplamadan 100–1000 kat daha hızlı olmayı hedefliyor
    • Evde PCB elektrokaplama yaparken dakikada yaklaşık 1 μm elde edebiliyordum
      Daha hızlı yapınca bakır sünger gibi büyüyordu; muhtemelen hapsolan gaz yüzündendi. Onların bunu nasıl çözdüğünü merak ediyorum

  • Bir dönem elektrokimyasal 3D baskı ile ilgilenmiştim
    Biriktirme çok hassas olabilir ve burada mikron ölçeğinde çözünürlükten söz ediliyor, ama basit yaklaşımlar genelde yavaştır. Yine de o hassasiyete ihtiyaç varsa bu mutlaka sorun olmaz; muhtemelen inkjet yazıcı kafası gibi bir nozul dizisi kullanarak hızlandırmışlardır
    Ayrıca süreç seçici olarak tersine de çalıştırılabildiği için, elektrokimyasal yazıcı fiilen eklemeli imalat ile talaşlı/eksiltmeli imalatı birleştiren bir makineye dönüşür
    Elektrokimya söz konusu olduğu için bu tür 3D yazıcılar büyük olasılıkla saf element metallerin ve bazı alaşımların biriktirilmesiyle sınırlı kalır; bu da malzeme seçeneklerini ciddi ölçüde daraltır. Yine de ticarileştiğini görmek harika ve nereye kadar gidebileceğini merak ediyorum

    • Nozul dizisiyse, bunun elektrosprey iyonizasyon nozulu olma ihtimaline oynarım
      Kütle spektrometreleri sayesinde iyi anlaşılmış bir teknoloji; birinin bunu minyatürleştirip püskürtme desenini kontrol etmenin yolunu bulması sadece zaman meselesi

  • Fabric8’in CTO’suyum. Teknoloji ya da şirket hakkında merak ettiğiniz bir şey varsa yanıtlayabilirim
    Gördüğünüz gibi mevcut metal eklemeli imalat yöntemlerinden oldukça farklı bir süreç ve paylaşmak istediğimiz bazı benzersiz avantajları var

    • Çok sorum var. Gerçekten harika
      Anot ömrü boyunca anot tüketimini ve şekil değişimini nasıl telafi ettiğinizi merak ediyorum. Örneğin ortası mı aşınıp gidiyor, yoksa her “pikseli” eşit kullanmaya mı çalışıyorsunuz, bilmek isterim
      Anot “piksel” geometrisi ve minimum detay boyutu; geliştirme sırasında yerinde ölçümler mi yaptığınız yoksa baskı sonrası parçayı ve anodu mu analiz ettiğiniz; ayrıca tipik yüzey kalitesi seviyeleri de merak ettiğim konular
    • Gerçekten harika; böyle bir makineden bir tane edinmek isterdim
      DIY için bireylerin karşılayamayacağı varsayımıyla, SendCutSend benzeri bir hizmet olsa güzel olurdu. Süreç görece yumuşak, son işleme az ve sonuç öngörülebilir ise otomasyon seviyesini yükseltmeye uygun görünüyor
      Tekil makine hızından ziyade birden çok makinenin toplam çıktısının önemli olduğu ölçeklenebilir üretime de iyi uyabilir. Havacılık-uzay fiyatları dışında üretilebilirse, ısı emicilerden manifoldlara, ısı eşanjörlerinden çeşitli küçük parçalara kadar pek çok şey tasarlamak isterim
    • Birkaç sorum var
      Oksit, nitrür, karbür seramiklerin üzerine baskı yapılıp yapılamayacağını; şekilli malzemelerin üzerine de mümkün olup olmadığını merak ediyorum. Örneğin bir airfoil ya da kanat için sert bir kabuğun iç yüzeyine doğrudan PCB basmak gibi
      Elektrokimyasal baskıda ne tür malzeme kısıtları var; alüminyum veya titanyum da mümkün mü, bilmek isterim
      Minimum detay boyutu nedir; örneğin gözenek boyutu yaklaşık 50 μm olan kontrollü gözenekli/wick yapılar basılabilir mi, onu da merak ediyorum. Yazıcı alacak sermayesi olmayanlar için baskı hizmeti de sunup sunmayacağınızı merak ediyorum
    • Zararlılık ya da toksisite açısından durumun ne olduğunu merak ediyorum
      Özellikle mevcut yüksek çözünürlüklü toz tabanlı sistemlerle karşılaştırıldığında egzoz gazları ya da riskler nasıl, bilmek isterim. Bu alanı iyi bilmediğim için aptalca bir soru olabilir
    • Bu tür bir tasarımda tıkanma sorununu nasıl çözdüğünüzü merak ediyorum
      https://www.youtube.com/watch?v=B-UbDk7LrvU

  • Birden fazla metal 3D yazıcı yapmış ve tasarlamış biri olarak, bu gerçekten oldukça havalı görünüyor
    Tüm metal 3D yazıcılar yüksek sıcaklık ve oksidasyonu önlemek için inert/indirgen gaz gerektirir; DMLS veya toz yatağı sınıfındakiler gibi çoğu da metal tozu gerektirir. Hassasiyet de etkileyici
    Bir zamanlar binder jetting’i incelerken aklıma gelen yan fikirlerden biri 3D organ baskısıydı, çünkü detay boyutu epey küçüktü. Tek tek hücre çözeltilerine benzer bir sürecin uygulanabildiği bir dünya olup olmadığını merak ediyorum

    • Evet. Metal toz hammaddesi kullanmamanın büyük avantajlarından biri, minimum detay boyutunun artık toz boyutuyla sınırlı olmaması; elektrot “piksel” boyutuyla belirlenmesi
      Mevcut piksel boyutu 33 mikron ve zamanla daha da küçülecek
      Oda sıcaklığında biriktirme süreci sayesinde PCB, seramik ve silikon wafer gibi altlıkların üzerine doğrudan baskı yapmak da mümkün; bu da çok benzersiz işlevlerin gerçekleştirilmesini sağlıyor

  • Güzel görünüyor
    2016’da kurcaladığım şeye benziyor, ama ilgili deneyimim ve yeterliliğim eksik olduğu için Edison’ın dediği “ampul yapmamanın yollarını” bulmaktan öteye gidemedim
    Özellikle mikroelektrot dizili baskı kafasını denemek istemiştim. Çünkü bu yöntem, fotopolimerizasyonun FDM’den daha hızlı olması gibi, üretim sürecini paralelleştirebilir

    • Yaklaşık 15 yıl önce çoklu elektrot yaklaşımını denemiştim
      Çalışmam John D. Madden’ın özgün araştırmasına dayanıyordu
      https://people.ece.ubc.ca/mm/papers/Madden_JMES_1996.pdf
      Makaleyi bulup yükleyebilirim, ama sonuçta bunun bir lisans tezi olduğunu ve üzerinde çok sınırlı zaman harcandığını unutmamak gerekir
    • Evet. Mikroelektrot dizileri, sürecin paralelliğini artırmanın anahtarı; nokta bazlı biriktirmeden alan bazlı, yani bir katmanı tek seferde oluşturan bir yaklaşıma geçiş sağlıyor
      DLP/LCD ile lazer SLA veya FDM karşılaştırması benzetmesi gayet yerinde

  • Mevcut metal 3D baskıların çoğunun, tamamını eritip sonra soğutma yöntemiyle karşılaştırıldığında moleküler dizilim biçimi nedeniyle kesme kuvvetiyle ilgili özellikler açısından çok daha kötü olduğunu sanıyordum
    Eskiden biri ilgili bir makale linklemişti ama şimdi bulamıyorum. Bu yöntemin o açıdan daha iyi olup olmadığını merak ediyorum

    • İlk yöntemlerden bazıları böyle olmuş olabilir. Çünkü çoğu, küçük metal damlacıklarını eritip birbirinin üzerine damlatma düzeyindeydi
      Modern yöntemler kaynak makinesine çok daha yakın çalışıyor; roket parçalarının 3D baskıyla üretilebilmesi de bu yüzden mümkün oldu
    • Kristalografik doku, metali oluşturan kristal kafes dizilimlerinin istatistiksel yerleşimidir ve mekanik özellikleri etkileyebilir
      Ancak günümüzde metal eklemeli imalat, malzeme standartlarını karşılayabilecek kadar gelişmiş durumda. Kapsamlı genellemelerde dikkatli olmak gerekir; en doğru yanıt da çoğu zaman “duruma bağlı”dır
    • Metal 3D baskı yöntemi o kadar çok ki, teknik ve kullanım alanına göre gerçekten değişiyor
      Benim söyleyebileceklerim SLM, yani tozun bir yatakta durup üstten lazerle eritildiği yöntem, ve DED, yani tozun bir nozıldan çıkıp üstten lazerle eritildiği yöntemle sınırlı
      Ortaya çıkan metal özellikleri, sonsuz bir parametre listesini ayarlayarak çok farklı yönlere kolayca itilebilir. Metal eritilirken sertleştirme, temperleme, martenzitleşme gibi birçok şey aynı anda gerçekleştiği için süreç ayarlandığında “kesme özellikleri” daha iyi de daha kötü de yapılabilir
      Bu tür parametreleri bulmak başlı başına bir araştırma alanı; “günümüzdeki metal 3D baskıların çoğunda” özelliklerin daha iyi mi kötü mü olduğu kullanım alanına ve malzemeye bağlıdır. Böyle süreçlerden sonra malzeme özellikleri hakkında genelleme yapılamaz
    • Bunu nereden duyduğunu merak ettim
      Genel olarak sinterlenmiş parçaların sorunları; az miktarda gözeneklilik, %3’ün altında, yavaş tavlama döngüsü nedeniyle oluşan iç gerilmeler ve geleneksel talaşlı imalatta ortaya çıkabilecek sorunlardır
      Metal tuzu kaplama sürecini de değerlendirdik, ancak operatör riski nedeniyle genel kullanım için uygulanabilir olmadığı sonucuna vardık. Çevresel etki riski de ciddiydi ve tehlikeli atık bertaraf maliyetleri de vardı. Her teknolojide her zaman ödünler bulunur
    • Güzel soru. Isıl süreçlerde bu kesinlikle sorun olabilir, ancak elektrokimyasal eklemeli imalatta (ECAM) durum epey farklı
      ECAM süreci oda sıcaklığında çalışır ve malzemeyi elektrodepozisyonla biriktirir; dolayısıyla eritme aşaması yoktur
      Ortaya çıkan mikroyapı, ortalama tane boyutu yaklaşık 500~1000 nm olan ince taneli bir yapıdır; görece eş eksenli taneler yüksek dayanım ve izotropik davranış sağlar. Bu yüzden lazer tabanlı süreçlerin erime ve soğuma nedeniyle yaşadığı aynı zorluklar görülmez

  • Geçen yıl ServeTheHome’da da bununla ilgili bir haber vardı sanırım
    https://www.servethehome.com/next-gen-copper-cold-plates-so-advanced-they-need-to-be-3d-printed-from-fabric8labs/

  • Öne çıkan uygulama örneği, Asetek ile birlikte yapılan 3D metal baskı waterblock gibi görünüyor
    Asetek aynı zamanda kötü şöhretli bir AIO patent troll’ü; tanıtımda “daha sessiz pompa” ve performans artışı gibi iddialar da var
    Arctic, en ucuzlar arasında yer almasına rağmen sektörün en iyi seviyesinde performans veren ve yüzlerce watt’ı kolayca uzaklaştırabilen AIO soğutucu serileri üretiyor
    Bu alan, illa optimizasyon gerektiren bir yer gibi görünmüyor. Yüksek güçlü RF ekipmanı veya lazer soğutma gibi belirli kullanımlar olsa anlarım, ama öne çıkarabilecekleri en iyi uygulama örneği buysa biraz şüpheciyim
    Ticarileştirmeyi başaramıyorlar ya da çeşitli sektörlerde kritik bir dezavantajı var ya da başka bir nedeni olmalı

  • Fabric8Labs ürünlerinin Desktop Metal[1] gibi eski şirketlerin sunduklarından ne farkı olduğunu merak ediyorum
    Desktop Metal; karbon çeliği, paslanmaz çelik, titanyum ve tungsten dahil olmak üzere çeşitli malzemelerle parça basabiliyor
    Özellikle tungsten baskı aklımda tam oturmuyor. Hobi olarak TIG kaynağı yapan biri olarak, atölyemde elektrot üretebilen bir makine olduğunu hayal etmek zor; gereken enerji de muazzam olmalı
    [1] https://www.desktopmetal.com/

    • Fabric8Labs %100 yoğunlukta baskı yapabiliyor, Desktop Metal’de ise çok gözenek var
      Ayrıca Fabric8Labs saf bakırı doğrudan basabiliyor; bu tarihsel olarak çok zordu. Süreç ayrıca daha enerji verimli ve küçük, karmaşık parçalar için daha uygun. Desktop Metal ise malzeme ve boyut açısından farklı bir pazarı hedefliyor
      Not olarak, ben Asimov Ventures’ta GP’yim ve Fabric8Labs’in pre-seed turuna yatırım yaptım
    • Genel olarak ECAM süreci, malzemeyi lazer veya fırınla ısıl işleme tabi tutan diğer metal eklemeli imalat tekniklerine kıyasla enerji verimli bir üretim yöntemidir
      Özellikle metal tozu üretmek ciddi miktarda enerji gerektirir; ECAM sisteminin girdisi ise sıradan rafine metale göre birkaç adım ileride olan öncül malzemeler olduğundan bu süreçten kaçınılabilir
    • Genel olarak elektrolitik süreçler çok enerji harcar; Fabric8Labs’in sürecinin de istisna olacağını sanmıyorum

  • “Elektrokimyasal yaklaşım mikron ölçeğinde şekil çözünürlüğü, karmaşık iç geometriler, yüksek saflıkta malzemeler ve seri üretimi destekleyen hızlı ölçeklenebilirlik sağlar” ifadesi ucuz bir şey gibi gelmiyor
    Maliyetin dağıtıldığı bir 3D üretim sisteminde, bu teknolojinin belirli kritik parçalarda kullanıldığını hayal ediyorum

    • Pahalı olmaktan çok yavaş olacak gibi
      Diğer elektrokaplamalara benziyorsa z ekseninde saniyede nanometre mertebesini düşünmek gerekir; biriktirilen her 1 mol metal için de 96.485 amper-saniye ve malzemeye bağlı olarak küçük bir voltaj gerekir. Bu yüzden süreç maliyetini kabaca kg başına tek haneli 10 euro civarında, üstüne de elektrolit formundaki malzeme maliyeti olarak tahmin ediyorum
      https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_constant
    • Hatta ucuz bile duyuluyor
      İnsan boyutunda bir tankta nesnelerin elektrokaplamayla çok yavaş, sürekli büyüyüp sonunda oldukça büyük cisimlere dönüştüğü bir sahne gözümde canlanıyor
      Bu kavram çok çekici. Ancak bildiğim elektrokaplama bu kadar hassas ve bir ölçüde hızlı bir süreçten oldukça farklı; pratikte nasıl çalıştığını pek anlayamıyorum
    • Reçine yazıcılara benzer gibi
      Zor kısım anot dizilimi, ama o kadar da zor görünmüyor. TFT ekran üreticileri gereken şeyi yapabilir gibi; TFT ekranlar da gerçekten ucuz
    • Yarı iletken üretimine çok benziyor
      Tek fark, fotokimya yerine elektrokimya tabanlı olması