Experteninterview:Joseph Crabtree, CEO von Additive Manufacturing Technologies, über die Bedeutung der Nachbearbeitung für den 3D-Druck

Die Nachbearbeitung wurde oft als das „schmutzige kleine Geheimnis“ des 3D-Drucks bezeichnet. Als notwendiger, aber sehr manueller und arbeitsintensiver Teil des 3D-Druckprozesses bleibt die Nachbearbeitung eine große Herausforderung für Unternehmen, die ihre additiven Fertigungsverfahren (AM) skalieren möchten. Dies könnte sich jedoch dank der Fortschritte in der Nachbearbeitungsautomatisierung ändern.

Im Experteninterview dieser Woche treffen wir auf Joseph Crabtree, CEO von Additive Manufacturing Technologies (AMT), einem britischen Unternehmen, das automatisierte Nachbearbeitungslösungen entwickelt. Mit Joseph diskutieren wir, warum Nachbearbeitung wichtig ist, wie die Nachbearbeitungstechnologien von AMT funktionieren und was die Zukunft für die Branche bereithält.

Können Sie mir etwas über AMT-Technologien erzählen?

Wir wurden 2017 in Sheffield in Großbritannien gegründet, wo unsere Einrichtungen Forschung und Entwicklung, technischen Support, Vertrieb und Anwendungsentwicklung umfassen.

Wir haben eine hundertprozentige Produktionsstätte in Ungarn, in der wir alle unsere Konstruktions-, Konstruktions- und Fertigungsarbeiten ausführen. Das ist unser Alleinstellungsmerkmal – die Tatsache, dass wir die gesamte Konstruktion und Fertigung im eigenen Haus durchführen. Wir haben gerade ein 20.000 Quadratmeter großes Werk in Austin, Texas, eröffnet, das die US-Märkte bedienen wird, und wir haben auch gerade unseren ersten Mitarbeiter in der APAC-Region eingestellt. Wir expandieren weltweit und sehr schnell.

Das Ziel des Unternehmens ist es, industrielles AM wirklich zu ermöglichen. Bis jetzt haben Unternehmen AM regelmäßig für Prototypen verwendet, wobei einige auf Kleinserienanwendungen übergehen, aber wir versuchen wirklich, AM-Technologie von Kleinserienanwendungen auf volle industrielle Fähigkeiten zu skalieren. Wir möchten den 3D-Druck zu einer praktikablen Alternative zur traditionellen Fertigung machen.

Um ehrlich zu sein, sind wir als Branche noch weit davon entfernt. Es werden viele Schlagworte verwendet, aber eigentlich sind 3D-Drucker heute das größte Problem. Jeder hat sich darauf konzentriert, größere, schnellere und bessere Drucker zu entwickeln. Das ist nur ein Teil des Puzzles. Die Menschen beginnen, sich mehr auf die zu druckenden Materialien zu konzentrieren, um die Kosten zu senken und die Materialverfügbarkeit zu erhöhen.

Die Herausforderung bleibt jedoch, dass die Teile, die am Ende des Prozesses aus den 3D-Druckern kommen, oft nicht für Endverbraucherteile geeignet sind.

Und wenn wir über Endverbraucherteile sprechen, sprechen wir über Teile, die bei chirurgischen Eingriffen in der Medizinindustrie oder in Schuhen, Innenanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbereich unter der Motorhaube verwendet werden könnten Anwendungen oder beispielsweise in Raumfahrtanwendungen. Keines dieser Beispiele kann direkt von einem 3D-Drucker verwendet werden, es sei denn, Sie bearbeiten sie nach oder beenden sie.

Und das wurde bisher übersehen, da der Fokus auf den 3D-Druckern lag. Bei der Produktion geringer Stückzahlen war das kein so großes Problem. Der Kompromiss bestand darin, dass die Kosten für die manuelle Endbearbeitung der Teile zwar höher waren, die Margen bei diesen Teilen jedoch höher waren.

Jetzt, da Unternehmen AM für Produktionsanwendungen bewerten, ist die Marge bei höheren Stückzahlen absolut entscheidend. Wenn die Nachbearbeitung bis zu 60 Prozent der Kosten des Teils ausmachen kann, kann dies unerschwinglich werden und es muss etwas dagegen unternommen werden.

Unser Unternehmen konzentriert sich auf die Nachbearbeitungskette und was damit meinen wir alles nach dem druck. Im Fall von pulverbasiertem AM umfasst dies die Entpulverungsphase und die Oberflächenmodifizierung des Teils, was das Glätten, Versiegeln, Färben und anderweitige Verbessern der Leistung eines Teils bedeutet.

Der letzte Schritt ist die Inspektion und Qualitätskontrolle. AMT führt all diese Schritte der Prozesskette zu einer automatisierten End-to-End-Lösung zusammen. Es ist ein technologieunabhängiger Ansatz, da wir mit allen 3D-Drucktechnologien arbeiten.

Wir konzentrieren uns auch auf Polymere und insbesondere auf thermoplastische Polymere, bei denen es sich im Wesentlichen um Pulverbett- und Extrusionstechnologien handelt. Mehr als 95 Polymere sind für unsere Systeme validiert. Und in Wirklichkeit ist es unser Ziel, dieses End-to-End-Automatisierungssystem für das Teil bereitzustellen.

Mit der Investition von DSM Venturing und Foresight Group, Williams Advanced Engineering, können wir jetzt das, was wir erreichen, tatsächlich abschließen nennen "das Polymer, um das Ökosystem zu teilen". Im Wesentlichen betrachten wir also zum ersten Mal das gesamte Ökosystem. Wir schauen uns die Materialien an, wir schauen uns an, wie man die Materialien für den 3D-Druck gestaltet und optimieren anschließend den Druckprozess je nach Materialauswahl.

Grundsätzlich ist unsere Arbeit Materialwissenschaft, kombiniert mit Maschinenbau und Automatisierung. Die Nachbearbeitungsphase ermöglicht die Anpassung der mechanischen Eigenschaften des gedruckten Teils, sodass die mechanischen Gesamteigenschaften im Vergleich zu dem Teil, das direkt aus der Maschine kommt, verbessert werden.

Dies alles zu kombinieren ist für uns von entscheidender Bedeutung, und deshalb sind alle unsere Systeme industriell, speziell auf den industriellen Endverbraucher ausgerichtet.

Was sind einige der aktuellen Herausforderungen für Unternehmen, wenn es um die Nachbearbeitung geht?

Das größte Problem ist mangelndes Bewusstsein. Bis vor kurzem verstanden Unternehmen also nicht nur den 3D-Druck nicht, sondern hatten auch keine Ahnung, dass Sie, sobald Sie einen 3D-Drucker haben, das Teil nachbearbeiten müssen.

Es ist eine sehr schwierige Situation, da die Hersteller von 3D-Druckern Ihnen niemals einen Drucker verkaufen und sagen, dass die anfängliche Ausgabe von schlechter Qualität ist und Sie daher ein zusätzliches Stück kaufen müssen von der Ausrüstung.

Sie haben nie über die Nachbearbeitung gesprochen, aber der Zeit- und Kostenaufwand für die Nachbearbeitung übertrifft alle Vorteile, die durch höhere Druckgeschwindigkeiten erzielt werden. Wir hoffen, den Druckerherstellern eine weitere Marktdurchdringung zu ermöglichen, damit sie ihren Kunden eine Komplettlösung anbieten können.

Es ist etwas, worüber niemand wirklich sprechen möchte. Dies bedeutet, dass Bildung in dieser Hinsicht eine Herausforderung darstellt, insbesondere für diejenigen Kunden, die jetzt auf den Markt kommen.

Infolgedessen wissen Unternehmen, die zum ersten Mal einen 3D-Drucker kaufen, möglicherweise nur sehr wenig über den 3D-Druck und stehen nun vor der Herausforderung der Nachbearbeitung. Daher geht es darum, die Endbenutzer zu schulen und ihnen zu zeigen, dass Sie nicht eine Reihe einzelner unabhängiger Maschinenartikel kaufen müssen, um diesen Prozess durchzuführen, z Überlegen.

Der zweite große Aspekt ist, dass es außer unserer keine andere Technologie auf dem Markt gibt, die wirklich automatisiert ist. Ja, es gibt Nachbearbeitungstechnologien, aber in der Regel handelt es sich um Aufarbeitungen sehr bekannter Technologien. Keiner von ihnen ist digital.

Derzeit müssen Sie in all den nuancierten Operationen geübt sein, die diese „schwarze Kunst“ erfordern. Das ist also wirklich eine große Herausforderung. Und im Moment gibt es keine wirklich innovativen Optionen für die Nachbearbeitung sowie einen digitalen Anreiz.

Die größte Herausforderung, die wir aus technologischer Sicht gesehen haben, ist entstaubend. Niemand hat eine wirklich automatisierte Lösung zum Entpacken und Entpulvern entwickelt, die kein menschliches Eingreifen erfordert. Das ist eine echte Herausforderung. Es ist nicht nur eine Herausforderung bei der Entpulverung und Automatisierung, es ist eine Herausforderung für maschinelles Lernen und maschinelles Sortieren, und das sind die gemeinsamen Herausforderungen, denen wir uns stellen.

Glauben Sie, dass wir den Punkt erreichen werden, an dem wir eine vollautomatische Entpulverungslösung haben werden?

Wir haben Partner, mit denen wir echte Lösungen dafür entwickeln. Es ist eine große Entsperrung für sie, denn wenn Sie Ihr Pulverbett haben und Ihre Teile entfernen müssen, gibt es derzeit keine andere Möglichkeit als manuell. Selbst traditionelle Trommellösungen erfordern noch viel manuelles Eingreifen, denn eine Sache, die der Mensch sehr gut kann, sind heikle und schwierige Vorgänge:Identifizierung von Dingen (wie Pulver auf dem Teil), Entfernen des Pulvers ohne das Teil zu zerstören und Teile zu sortieren usw. Wir arbeiten daran, diese Schritte zu automatisieren, um die Zeit- und Kosteneffizienz zu verbessern.

Wie funktioniert Ihre PostPro3D-Technologie?

PostPro3D ist unsere Kerntechnologie. Es basierte auf geistigem Eigentum, das von der University of Sheffield lizenziert und dann mit einem Innovate UK-Stipendium entwickelt wurde. Es wird seit etwa 8 Jahren in der Grundlagenforschung entwickelt, gefolgt von der industriellen Forschung.

Es handelt sich um ein chemisches Dampfglättungsverfahren, bei dem proprietäre Chemikalien verwendet werden, um die Oberfläche eines 3D-gedruckten Polymerteils zu glätten.

Mit dem Glätten der Oberfläche meinen wir nicht nur, sie ästhetisch ansprechend zu gestalten, sondern wir gestalten die Oberfläche des Teils. Die chemische Lösung versiegelt die Oberfläche und entfernt die Porosität des Teils. Es verhindert auch das Eindringen von Wasser oder Gas und verbessert sogar die mechanischen Eigenschaften. Das Ergebnis ist ein Teil mit hoher Bruchdehnung und besseren Ermüdungseigenschaften.

Darüber hinaus gibt es alle Elastomer-Werkstoffe, die wir verarbeiten können, die zum Beispiel auch mit mechanischen Verfahren nicht verarbeitet werden könnten. Die PostPro3D kann Teile nachbearbeiten, die mit hochtechnisierten Polymeren wie ULTEM, Nylons, TPU und TPE usw. gedruckt wurden. 

Die PostPro3D ist die erste Maschine mit Oberflächenmodifikationstechnologie, die wir auf den Markt gebracht haben. Es handelt sich um ein industrielles Gerät, das für industrielle Endverbraucher entwickelt wurde, mit einer Prozesskammergröße von fast 100 Litern, um größere Teilemengen zu verarbeiten.

Wir haben auch die PostPro3D Mini herausgebracht. Es ist physisch ein Drittel der Größe des PostPro3D, deutlich billiger, verwendet aber dieselbe Flaggschiff-Technologie, um die Nutzung auf Forschungsinstitute, kleinere Servicebüros und Personen auszudehnen, die möglicherweise nur einen Drucker haben. Und das zu einem angemessenen Preis, um für diese Leute zugänglich zu sein, damit sie die Technologie dann ausprobieren können, bevor sie sich auf etwas Größeres festlegen oder den Betrieb erweitern.

Der Vorteil unseres Prozesses besteht darin, dass alle unsere Teile und die Verarbeitung Zyklen-Toxizitätstests durchlaufen und derzeit die medizinische Zulassung durch die FDA usw. Das ist also wirklich wichtig, wenn wir über regulierte, industrielle Endanwendungen sprechen.

Ergänzend zu dieser Technologie sind unsere Färbetechnologien. Wir verfügen über unsere einzigartige, zum Patent angemeldete Technologie zum Färben, mit der wir ein Teil gleichzeitig einfärben und glätten können, sodass Sie beim Glätten Farbe hinzufügen können. Das eröffnet dann auch noch eine ganze Reihe weiterer Anwendungen.

Auf der anderen Seite haben wir unsere Entpulverungssysteme, die wir, wie gesagt, derzeit mit einigen unserer Produktionspartnerfirmen testen. Diese ermöglichen es uns, das Pulverbett automatisch auszupacken, zu entpulvern und die Teile aus Pulverbett-AM-Systemen zu entnehmen.

Irgendwann müssen wir alles zusammenbringen. Wir haben Messtechnik oder Inspektionssysteme, die in Zusammenarbeit mit der University of Nottingham entwickelt wurden, und die cleveren Dinge liegen tatsächlich in den Algorithmen und dem maschinellen Lernen, nicht in der Hardware. Sie sind daher kostengünstig, was bedeutet, dass wir sie in Übereinstimmung mit unseren Systemen verwenden und die Teile während unserer Prozesse qualitätsüberprüfen können.

Der letzte Teil ist dann die End-to-End-Automatisierung, die wir unser digitales Fertigungssystem – oder DMS – nennen, mit der wir den gesamten Prozess automatisieren können.

Sie haben erwähnt, dass Sie mit Ihren Lösungen 95 Polymere validiert haben. Ziehen Sie für die Zukunft Metallteile in Betracht?

Tolle Frage. Mein Hintergrund liegt eigentlich in der Metallurgie. Ich habe mein Studium an der University of Sheffield im Bereich der additiven Metallfertigung abgeschlossen.

Aber obwohl Metall mein Hintergrund ist, habe ich mich für Polymere entschieden, weil sie einfacher zu handhaben sind. Metall ist aufgrund der erforderlichen industriellen Prozesse eine große Herausforderung.

Wir haben IP zur Metallnachbearbeitung angemeldet und Lösungen für quasimetallische Komponenten entwickelt. Die Technologie von Desktop Metal ist beispielsweise ein auf Extrusion basierender Prozess in einem Polymerträger, in den ein Metallteil eingeclipst ist. Wir haben also tatsächlich IP und können beispielsweise Desktop Metal-Teile glätten, bevor sie gesintert werden, und wir können dann das ungehärtete Teil glätten. Wenn es herauskommt, hast du eine schöne glatte Metallstange.

Was bedeutet Ihre jüngste Investitionsrunde für die Zukunft des Unternehmens?

Es ist völlig transformativ. Wir waren vom ersten Jahr unseres Bestehens an ein umsatzgenerierendes Unternehmen, was sehr wichtig ist, da es eine hervorragende Produkt-Markt-Passung bedeutet. Wir entwickeln also keine Dinge, die nicht benötigt werden.

Diese Finanzierung ermöglicht es uns, unser globales Wachstum zu beschleunigen. Es ermöglicht uns, unser Werk in Austin fertigzustellen und auf den APAC-Markt und in Europa richtig zu expandieren.

Aber was noch wichtiger ist, diese Finanzierung ermöglicht es uns, im Gegensatz zu anderen Unternehmen agnostisch zu bleiben.

Da wir agnostisch bleiben wollten, haben wir uns für DSM als Werkstoffchemieunternehmen entschieden. Dies verschafft uns Zugang zu all dem Material- und Chemie-Know-how, für das sie in der traditionellen und additiven Fertigung bekannt sind, aber im Wesentlichen ermöglicht es uns auch, ein vollständiges industrielles AM-Ökosystem voranzutreiben, von dem wir nur profitieren können.

Aber andererseits haben wir die Foresight Group, Williams, ein Milliarden-Pfund-VC. Dies gibt uns Zugang zu all ihrer Materialchemie, Analytik-Expertise, Formel-1-Engineering-Erfahrung der letzten 50 Jahre sowie zu allen Datenanalysen, Engineering-Kosten, Produktoptimierung, Designoptimierung usw. Schließlich gibt uns die Foresight Group Zugang zu riesigen VC macht Kapitalmärkte.

Darüber hinaus erhalten wir über die Vertriebskanäle ein einsatzbereites Vertriebs-, Marketing- und Vertriebsnetz. Es beschleunigt also unsere Reise zur Skalierung wirklich.

Wir haben viel über die Herausforderungen bei der Nachbearbeitung gesprochen und wie Sie diese angehen. Um etwas allgemeiner über den 3D-Druck zu sprechen, was sind einige der Herausforderungen, die Sie in der Branche noch sehen, die noch potenzielle Eintrittsbarrieren darstellen könnten?

Für uns ist es wieder dieselbe Herausforderung. Unternehmen, die den 3D-Druck einführen möchten, stehen vor einer großen Auswahl. Und es geht wirklich darum, den Hype um ihn herum abzubauen. Es gibt nicht mehr so ​​viel Marketing-Hype wie früher, aber es gibt immer noch eine Menge.

Außerdem glaube ich immer noch, dass eine der größten Herausforderungen darin besteht, dass die Technologie für viele Unternehmen einfach nicht einsatzbereit ist. Wenn Sie beispielsweise heute eine CNC-Maschine kaufen, können Sie morgen Teile bearbeiten – und Teile in sehr hoher Qualität bearbeiten. Wenn Sie eine Spritzgussmaschine kaufen und über ein Werkzeug verfügen, können Sie dasselbe tun. Ich vereinfache ein wenig, aber im Großen und Ganzen ist dies eine Herausforderung für die AM-Branche.

Wenn Sie einen 3D-Drucker kaufen, werden das Material und die gesamte Ausrüstung berücksichtigt; Sie können immer noch keine qualitativ hochwertigen Teile herstellen. Und ich denke, darin liegt das Problem:Wir sind noch weit davon entfernt, einen Prozess zu erreichen, bei dem man beispielsweise eine Million Teile herstellen könnte.

Ein perfektes Beispiel ist unser Stand auf der Formnext. Wir bauen etwas mehr als sechseinhalbtausend einzelne 3D-gedruckte Teile, die durch Aluminiumkomponenten verbunden sind. Die Struktur ist 4 Meter mal 6 Meter mal 14 Meter groß. Das ist eine riesige Struktur. Und Sie fragen sich plötzlich, warum das noch niemand gemacht hat, und das Problem ist, dass es für 6000 identische oder aus Sicht der Wiederholbarkeit &Reproduzierbarkeit geeignete Komponenten einfach sehr schwierig ist. Es würde einen Monat dauern, bis Sie einen stabilen Prozess erreicht haben.

Wenn wir uns also dem Punkt nähern, an dem die Prozesse stabil sind, wo wir Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit haben, erreichen wir industrielle Prozesse.

Eine weitere Sache ist, dass wir aufhören müssen, 3D-Druck als Batch-Prozess zu betrachten. Betrachten Sie es eher als einen kontinuierlichen Prozess mit einer vollständigen Prozesslinie und durchgängiger Automatisierung.

Ich denke, ein Teil des Problems besteht darin, dass viele Leute zu lange mit dem 3D-Druck beschäftigt sind und zu sehen, wie er aufwächst. Wir erleben jedoch jetzt eine neue Revolution, bei der die Leute sie wirklich als industrielle Technologie betrachten, aber damit dies tatsächlich funktioniert, ist ein Umdenken erforderlich. Und deshalb hat unser Unternehmen so viel Glück, denn nicht alle darin sind vom 3D-Druck. Daher bringen wir eine ganz andere Perspektive in den Prozess ein.

Können Sie uns sagen, wie Sie Ihren Stand auf der Formnext aufbauen?

In diesem Jahr haben wir einen 86 Quadratmeter großen Stand, der fast wie eine Fachwerkkonstruktion aufgebaut ist. Jeder Knoten ist eine Reihe von miteinander verbundenen 3D-gedruckten Teilen, und wir bauen die Struktur aus diesen einzelnen Komponenten auf, die Würfel bilden, und die Würfel bilden die Struktur, die 4 Meter hoch ist. Aber der Punkt ist, es ist sehr leicht. Die gesamte Struktur wiegt nicht mehr als 120 Kilogramm.

Wir glauben, dass dies das erste Mal ist, dass jemand versucht, dies zu tun. Ohne Nachbearbeitung wäre es extrem schwer zu erreichen. Natürlich verwenden wir unsere Toleranz-Gewindeverbindungen, komplizierten Innengeometrien und so weiter. Und entscheidend ist, dass wir ohne die von uns entwickelte Technologie dies nicht hätten produzieren können. Wir hätten die Teile drucken können, aber nicht in der Lage gewesen, sie fertigzustellen und sie in die richtige Qualität zu bringen, die erforderlich ist, um tatsächlich etwas zu bauen.

Gibt es spannende Trends oder Entwicklungen, die Sie persönlich begeistern?

Ich freue mich, dass die Leute die Nachbearbeitung als Problem erkennen und etwas dagegen tun möchten. Es ist schön zu sehen, dass die Nachbearbeitung endlich ernst genommen wird.

In der AM-Branchenlandschaft der AMFG war es interessant zu sehen, dass es 2 oder 3 Nachbearbeitungsunternehmen gibt. Für mich war das eine tolle visuelle Darstellung der Tatsache, dass es von allen 3D-Druck-Unternehmen nur wenige in der Nachbearbeitung gibt.

Aber die Leute reden definitiv mehr darüber, und Bildung ist hier wirklich unerlässlich. Denn wenn Sie es nicht wissen, wissen Sie nicht, dass es ein Problem ist. Wir müssen uns also informieren, bevor wir verkaufen können, und uns auch in Bezug auf die Anforderungen unserer Benutzer weiterbilden.

Der andere aufregende Trend ist, dass jetzt Industrieunternehmen auf den Markt kommen, und ich meine nicht die Druckerhersteller, sondern die Anwender der Technologie. Unternehmen suchen also wirklich nach 3D-Druckanwendungen und ziehen jetzt ernsthaft den 3D-Druck in Betracht, und das ist ein großartiger Trend.

Letztendlich müssen wir uns auf reale Anwendungen konzentrieren – sie sind vielleicht nicht so spannend wie PR-fokussierte, hochkarätige Anwendungen, aber sie zeigen, dass die Branche reifer wird.

Ich gebe Ihnen eine Analogie:Wann ist das letzte Mal jemand zu Ihnen gekommen und hat gesagt:‚Schauen Sie sich dieses Spritzgussteil an, sehen Sie, wie großartig es ist‘. Es ist dir egal, es interessiert niemanden, es ist einfach egal. Das ist es, was wir brauchen, um aus unseren Köpfen herauszukommen und einfach mit der neuen Technologie zurechtzukommen. Und die Zeit wird kommen, in der niemand den Unterschied erkennen wird.

Wir haben bereits damit begonnen und zeigen den Leuten, indem wir sagen:‚Schauen Sie, das ist ein Spritzgussteil‘, und sie blinzeln nicht einmal. Dann zeigen wir ihnen ein 3D-gedrucktes Teil, das wir nachbearbeitet haben und sie sagen:„Oh mein Gott, das ist unglaublich“. Wir müssen das überwinden und es einfach als eine andere Fertigungstechnologie akzeptieren können.

Wie sehen die nächsten 12 Monate für AMT aus?

In den nächsten 12 Monaten werden wir sowohl in Bezug auf unsere Expansion als auch unseren Umsatz sehr schnell wachsen.

Wir werden auch Ende nächsten Jahres unser End-to-End-DMS-System einführen, das Entpulvern, Glätten, Färben und Prüfen – vollautomatisch. Und das ist unser Hauptaugenmerk zu Beginn des Jahres 2020 – diese Elemente miteinander zu verknüpfen, damit wir wirklich ein End-to-End-Post-Processing-System im wahrsten Sinne des Wortes anbieten können.

Um mehr über AMT zu erfahren, besuchen Sie:https://amtechnologies.co.uk/