Q&A : Comment Markforged a conçu une amélioration de la vitesse d'impression 2x dans sa machine à jet de liant métallique PX100

par Sam Davies

11 mai 2023

10:42

Marqueforgé

A l'an dernierRAPIDE + TCT, Digital Metal a annoncé le lancement de son imprimante 3D à jet de liant DMP/PRO, décrite par la société comme une "solution complète à jet de liant".

Dans les deux mois suivant la révélation de ce nouveau produit, la société mère Höganäs avait pris la décision de vendre l'activité Digital Metal à Markforged, qui souhaitait étendre son offre de matériel d'impression 3D au-delà des capacités d'extrusion qu'elle avait mises sur le marché via ses portefeuilles Desktop, Composite et Métal. "Markforged n'est pas une entreprise FFF", a déclaré le vice-président du marketing de Markforged, Michael Papish.TCT, "nous sommes une entreprise qui veut aider à la fabrication, et nous utiliserons donc toute technologie qui, selon nous, semble applicable et peut aider à résoudre les problèmes."

Avance rapide jusqu'au prochain événement RAPID + TCT et Markforged présentait les capacités de sa technologie de jet de liant nouvellement acquise depuis son stand. Depuis qu'il a été renommé, le PX100 n'a pas seulement revêtu un nouveau nom sophistiqué, mais il a également apporté des améliorations matérielles importantes qui, selon Markforged, accéléreraient la vitesse d'impression et amélioreraient la qualité des pièces.

A l'événement,TCTa rencontré Ross Adams [RA], responsable mondial des produits métalliques chez Markforged, pour comprendre comment Markforged a pu réaliser de telles améliorations, où la technologie aura le plus d'impact et la stratégie produit à l'avenir.

AR : Ouais, donc, assez grand moment parce que c'est la première fois que cette machine est introduite aux États-Unis. De plus, c'est la première fois que Digital Metal et Markforged ont vraiment une présence commune devant un large public de fabricants. Digital Metal fait du jet de liant depuis plus de 20 ans maintenant et ils étaient auparavant très concentrés sur la fabrication de pièces plutôt que sur la fabrication de machines, car ils sont dirigés par une entreprise de poudre métallique, Höganäs.

Grâce à l'évolution de cela, ils ont réalisé que l'avenir de cette industrie réside dans les chaînes d'approvisionnement, créant un marché concurrentiel qui garantit la qualité, assure une bonne économie, plutôt qu'un fournisseur unique. Ainsi, ils ont vu Markforged comme le bon partenaire pour aider à pousser cette prochaine étape de leur entreprise à ce point d'inflexion d'avoir une adoption de technologie que nous pourrions pousser sur le marché.

Chez Markforged, il était important pour nous d'avoir les bons outils pour couvrir toute la gamme de fabrication. Ce sur quoi nous sommes assez forts, ce sont les outils et les montages, les pièces de rechange et le prototypage également. Mais FDM n'a jamais été la bonne technologie pour passer à des dizaines de milliers, des centaines de milliers de pièces au cours d'une année donnée. Nous identifions le jet de liant comme un très fort potentiel car il a la vitesse et c'est le premier ordre de défis que nous devons surmonter. Ainsi, nous avons des clients qui fabriquent des pièces de production en série, 50 000 par an, qui ont des conversations quotidiennes sur des centaines de milliers, voire des millions de pièces par an, comme l'industrie devient de plus en plus éduquée sur le bon outil pour le travail.

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Donc, nous avons la vitesse, mais nous pensons également que le jet de liant est très bon en raison de la qualité. En ce qui concerne la finition de surface, [nous pensons que c'est] sans égal parmi tous les procédés d'impression 3D en métal. C'est un élément fonctionnel important pour les applications, mais c'est également important dans les premières étapes où les gens examinent les pièces et recherchent des choses qui sont différentes. Donc, aller de l'avant avec la pièce de la meilleure qualité et aider avec ce cycle d'adoption et les propriétés des matériaux également, très prévisibles, très reproductibles. [C'est] l'avantage de s'appuyer sur une industrie mature, le moulage par injection de métal, où de nombreuses normes ont été créées. Ceci est juste un nouvel outil pour tirer parti de la science du frittage. Donc, nous comprenons vraiment très bien le frittage, en particulier Digital Metal et Markforged. Nous avons vraiment établi une collaboration entre nos ingénieurs et partagé des connaissances sur différents segments de matériaux et d'ingénierie. Vous mettez ces trois choses ensemble, nous le voyons comme un nouvel outil qui va transformer l'additif en production de masse. Et c'est pourquoi je pense à chaque jour, je me lève le matin et mon travail se concentre uniquement sur cette imprimante dans la région Amérique du Nord. Je vois vraiment mon travail comme une équation, une simple affaire 101, l'offre et la demande. Nous devons donc stimuler la demande, créer des applications, créer des cas d'utilisation, mais aussi créer la capacité à l'autre bout. Je pense qu'une grande partie de cette industrie va prendre forme avec des fabricants sous contrat qui feront la production en volume. Donc, c'est une équation à deux faces, la capacité ne vient pas avec la demande, mais une fois que la demande arrive, vous devez avoir la capacité. Et une fois que nous aurons un certain élan, je pense que cela se généralisera.

AR : Digital Metal en Suède, ils ont toujours leur activité de production de pièces, mais ils se déchargent de cette activité en ce moment. Nous voulons être concentrés, et c'est difficile d'avoir un pied dedans, un pied dehors. Dans notre processus de vente, il est courant que nous ayons besoin d'imprimer des pièces comme preuve de concept. Donc, nous avons cette capacité via la Suède, nous avons également deux clients aux États-Unis que nous utilisons pour cette activité. Il est essentiel. Pour moi, mon travail consiste vraiment à m'assurer que je comprends les exigences du client et à m'assurer que nos capacités peuvent y répondre. Je pense que nous avons toujours eu ce type d'approche de consultant dans notre processus de vente que nous ne voulons pas vous vendre un outil qui n'est pas le bon outil pour le travail.

AR : Le principal avantage de ce nouveau produit est que nous doublons la vitesse d'impression. Et la façon dont nous y sommes parvenus est avec la tête d'impression à jet d'encre. Auparavant, il fallait faire un motif de serpent pour couvrir le volume de construction. Maintenant, nous sommes sur toute la page, donc il ne passe qu'une seule fois, dépose toute l'encre, donc c'est comme une amélioration de la vitesse 2x à partir de cela. Mais au-delà de la vitesse, il y a l'environnement de production, qui consiste à fabriquer la même pièce de la même manière à chaque fois, 24h/24 et 7j/7. Donc, nous avons vraiment optimisé la conception de la machine pour la qualité, la fiabilité, la répétabilité, ce sont les trois locataires dont vous avez besoin.

Il y a certaines décisions de conception clés dont j'aime parler avec cette imprimante et comment nous y parvenons. Le premier, vous voyez cette base en granit sur la plate-forme supérieure, nous avons trouvé que c'était très important lorsqu'il s'agit de poudre de métal en vrac dans laquelle des composants mécaniques se déplacent, créant des vibrations, nous voulons atténuer cela autant que possible pour avoir une base vraiment solide qui donne ce poids pour empêcher les choses de vibrer et de se déplacer. L'autre est les moteurs linéaires. D'autres alternatives à cette conception seraient comme un moteur rotatif et une courroie et une poulie, mais là vous avez une tension, vous avez des pertes mécaniques et vous avez une accélération. Donc, si nous nous déplaçons dans une direction linéaire, nous allons utiliser des moteurs linéaires, ils sont plus chers mais à accélération très rapide, en état très stable, avec une tolérance de position d'environ un micron. Ensuite, la troisième chose, ce sont les paliers à air, qui se trouvent essentiellement sur les côtés du chariot qui se déplace. Donc, il va sur le dessus et va sur le côté. Si vous avez déjà joué au air hockey, c'est le même concept où il crée un espace d'air de cinq microns, donc ce chariot est en fait chargé, car il se déplace à travers son frottement très faible mais plus important encore, pour en revenir à la poudre de métal en vrac, il doit trouver son chemin dans des endroits, que cela vous plaise ou non. Si vous utilisez des roulements à billes et que la poudre métallique pénètre dans ce roulement à billes, vous allez avoir des frottements. Vous pourrez peut-être obtenir de bons résultats lundi, mais la production est lundi, mardi, mercredi, jeudi, vendredi. Au moment où vous arrivez à vendredi, à moins que vous ne passiez des heures et des heures de maintenance entre chaque build sur la machine, vous n'obtiendrez pas les mêmes résultats. Nous n'avons donc vraiment fait aucun compromis en matière de conception de machines de précision. Il a fallu beaucoup de leçons tirées des tables CMM et des machines CNC vraiment haut de gamme pour s'efforcer d'atteindre cette qualité de production que nous savons essentielle pour notre clientèle dans ces applications.

AR : Donc, fondamentalement, tout ce que vous pouvez fritter sera capable de le faire. Nous avons dix matériaux qualifiés dans notre portefeuille. Les plus populaires seront probablement nos aciers inoxydables 174 et 316L. [Ils ont] une bonne résistance à la corrosion, une bonne solidité, de très bonnes propriétés générales. L'acier à faible teneur en carbone 4140 est également courant [pour] de nombreux composants de transmission dans les moteurs et des choses comme ça. Certains matériaux plus spécialisés seraient le titane Ti64 ainsi que le cuivre pur. Et puis certains super alliages comme Inconcel 625, 718 et Mar 247, [qui se vantent] d'une chaleur élevée et d'une corrosion élevée. Et puis deux aciers à outils, H13 et D2.

Nous qualifions nos matériaux. Ainsi, nous pouvons essentiellement garantir les résultats si vous utilisez nos matériaux dans le système, mais nous comprenons également la production. Parfois, vous souhaitez disposer de vos propres matériaux sources afin d'obtenir des prix plus compétitifs, ou davantage de matériaux spécialisés développés pour une application spécifique. Ainsi, nous aidons les clients à développer leurs propres matériaux s'ils ont un type de projet très spécifique sur lequel ils souhaitent travailler.

AR : La première chose est l'éducation. Clients, c'est une évolution naturelle d'une nouvelle technologie dont ils ont besoin pour commencer à changer leur façon de penser les choses, concevoir pour le processus, trouver les bonnes applications qui touchent vraiment le point idéal, pas l'impression 3D pour le plaisir de l'impression 3D, mais l'impression 3D avec l'intention d'avoir un certain type d'amélioration, que ce soit en termes de coût ou de performances.

Il y a aussi l'angle des chaînes d'approvisionnement et la possibilité de décentraliser, maintenant vous pouvez garder un entrepôt dans différents articles en stock. Je pense que la durabilité jouera également un grand rôle. Le fait de pouvoir recycler toute la poudre non utilisée ainsi que de pouvoir alléger davantage de pièces. Une de mes citations préférées est : « un petit changement multiplié par des millions devient un grand changement ». Et dans cette technologie où nous nous concentrons sur la production de masse, un petit changement dans l'utilisation de moins de matériaux peut avoir un impact significatif. Donc, l'éducation est certainement une grande chose.

Je dirai qu'il y a une saine concurrence au sein de cette industrie. Et la concurrence est une bonne chose sur le marché du capitalisme où nous voulons avoir la meilleure solution. Cela signifie la meilleure qualité, ce que nous recherchons en premier lieu. Et puis l'ordre secondaire sera la rapidité et le coût. Et ces trois choses doivent être réunies. Cela revient à cette équation, stimuler la demande, créer des capacités. Et c'est vraiment ce que je me réveille chaque matin en pensant.

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AR : Certains des meilleurs marchés sur lesquels nous constatons du succès aujourd'hui seront les dispositifs médicaux. La tendance est aux chirurgies non invasives, aux très petites incisions et aux analgésiques, et c'est un cas vraiment inspirant pour moi. Les géométries de ces petites pinces sont si compactes, si intenses, qu'elles exposent les limites et les contraintes imposées par la fabrication traditionnelle.

L'automobile est un autre marché clé pour nous. Il y a les accessoires, les composants intérieurs, et puis il y a le sous le capot, les composants du moteur. Nous travaillons aux deux extrémités de ces marchés. Les composants du moteur prendront plus de temps car ils sont plus critiques dans leur fonction. Je pense que les accessoires sont une activité différente, vous devez les imprimer en 3D. Ces marchés n'existent pas sans fabrication additive, car il n'y a pas d'outil fixe impliqué dans ce processus. Donc, je pense que l'automobile se dirige vers des expériences client plus personnalisées et une bonne expérience consommateur lorsqu'ils ont leur mot à dire sur la voiture qu'ils achètent et qu'ils peuvent dire : "Je veux mes initiales sur ce pommeau de levier de vitesses, je veux avoir un vernis en acier inoxydable avec ce motif cool dessus". Cela crée une rigidité dans cet environnement de pré-vente et cela deviendra un avantage concurrentiel à l'avenir.

Et puis il y a le côté fabrication sous contrat qui crée le côté capacité de l'équation. Tout le monde sait que l'impression 3D est un excellent outil de prototypage. Je pense que nous avons besoin d'un mot différent pour le type de prototypage que vous pouvez faire avec cette imprimante. Et j'utilise l'expression "production pilote" où, dans un processus de conception, il y a des étapes clés où vous livrez une pièce, livrez 1 000, vous livrez 10 000. Entre chaque étape, vous modifiez la conception, vous l'améliorez, vous obtenez le caoutchouc pour prendre la route et vous commencez à obtenir ces commentaires. Ainsi, puisqu'ils changent constamment la conception et que l'attente est de plusieurs semaines et non de plusieurs mois, la vitesse à laquelle ces sous-traitants se déplacent va devenir un avantage concurrentiel pour gagner plus d'affaires pour eux. C'est donc une technologie très complémentaire aux autres services qu'ils fournissent. Ce que nous voyons avec le moulage par injection de métal étant plus le processus hérité, il y a une courbe, le point d'intersection est essentiellement de 20 000 pièces ou moins où le coût par pièce serait moins cher avec le jet de liant parce que vous n'aurez pas l'outil. Et au-delà, c'est une question de géométrie et de complexité.

AR : Le plus évident va être plus de matériaux et plus d'applications, plus d'industries et aider à avoir le bon type de propriétés. L'un des avantages les moins pensés de l'impression 3D n'est pas seulement la complexité géométrique, mais les matériaux difficiles qui fonctionnent avec la fabrication traditionnelle. Nous allons donc investir en permanence dans ces domaines et travailler avec les clients pour avoir une feuille de route produit solide sur la façon dont nous priorisons nos efforts. Je pense qu'à plus court terme, nous chercherons moins à améliorer le matériel de l'imprimante, mais à penser davantage au système complet et à trouver des moyens d'automatiser davantage de processus, de réduire le nombre d'interventions humaines susceptibles d'incorporer des erreurs humaines et de vraiment maximiser le rendement. Le logiciel va jouer un grand rôle là-dedans. Et c'est certainement un domaine clé de l'activité de Markforged, nous avons développé tous nos propres logiciels et expertises. Parce que c'est de la fabrication numérique, n'est-ce pas ? Et c'est la tendance, passer de l'analogique au numérique, il est difficile d'en prouver les avantages dans un environnement d'avant-vente, mais une fois que les ingénieurs commencent à utiliser la technologie et voient le rythme auquel ils peuvent évoluer, ce n'est pas quelque chose qui nuit à leur travail et les rend plus productifs chaque jour.

par Sam Davies

11 mai 2023

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