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Experteninterview: Zachary Murphree, Vize der Technology Partnerships bei VELO3D, über die Erweiterung der Möglichkeiten des 3D-Metalldrucks

Zachary Murphree, Vize der Technology Partnerships bei VELO3D
Zachary Murphree, Vize der Technology Partnerships bei VELO3D

Metall-3D-Druck mag eine innovative Technologie sein, ist jedoch nicht ohne Herausforderungen. Dies ist ein Prozess, der zeitintensive Designüberlegungen, Nachbearbeitung und einen gewissen Grad an Ausprobieren erfordert, um einen erfolgreichen Druck zu erzielen. Um diese und andere damit verbundene Herausforderungen zu lösen, hat das kalifornische Unternehmen VELO3D erst im vergangenen Jahr seinen laserbasierten 3D-Metalldrucker Sapphire vorgestellt.
 
Als Ergebnis einer vierjährigen Entwicklungsphase verfügt der Sapphire-Drucker über zwei Schlüsselelemente: die Intelligent Fusion ™ Technologie und die Flow-Druckvorbereitungssoftware. Die beiden Funktionen arbeiten Hand in Hand, um potenziell bahnbrechende Vorteile wie eine verbesserte Wiederholbarkeit und unterstützungsfreie Ausdrucke zu ermöglichen. Insbesondere dank dem Letzteren hat der Sapphire-Drucker die Fähigkeit, extreme Überhänge ohne Stützstrukturen zu drucken.
 
Im Experteninterview dieser Woche sprechen wir mit Zachary Murphee, Vize bei Technology Partnerships bei VELO3D, über den Wert der Intelligent Fusion ™ Technologie, die überzeugendsten Anwendungen und die nächsten Entwicklungen für den Metall-AM-Sektor.
 

Erzählen Sie uns ein bisschen mehr über VELO3D?

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VELO3D wurde mit dem Ziel gegründet, die Anwendungen für die Metalladditivherstellung zu erweitern.
 
Ausschlaggebend für die Gründung war unter anderem die Frustration über die additive Fertigung, die unser Gründer Benny Buller bei der Herstellung von Teilen für die Produktion erlebte. Metall AM konnte einige der gemachten Versprechen nicht einhalten, wie z.B. Komplexität ohne Kosten und Beschleunigung des Produktentwicklungsprozesses.
 
Es gibt einige große Diskussionen um Metall AM, die nicht ganz zutreffen. Ein Teil unseres Ziels ist es, diese Frustrationen zu beseitigen und das Anwendungsspektrum so zu erweitern, dass Metall AM seine Versprechen auch wirklich einhält.
 
Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir uns den Prozess noch einmal genauer angesehen, um seine grundlegende Physik zu verstehen. Nachdem wir den Prozess vollständig verstanden haben, haben wir ein System entwickelt, das in der Lage ist, Dinge zu drucken, die zuvor als nicht druckbar galten, und das Spektrum der Geometrien erweitert, die für die additive Fertigung als kostengünstig gelten können.
 
So haben wir unsere beiden Schlüsselprodukte entwickelt: den Sapphire-Metalldrucker und die Flow-Software. Diese beiden Produkte bilden ein System, das den 3D-Druck von Teilen ermöglicht, die mit keinem anderen System hergestellt werden können.
 

Im vergangenen Jahr kam VELO3D mit dem Sapphire-Drucker aus seinem Stealth-Modus und hat das Unternehmen auf der Internationalen Fachmesse für die verarbeitende Industrie öffentlich vorgestellt. Welchen Wert bringt Ihr System auf den Markt?

Der Sapphire 3D Drucker [Bildnachweis: VELO 3D]
Der Sapphire 3D Drucker [Bildnachweis: VELO3D]

Eines der wichtigen Dinge, die wir hervorheben möchten, ist, dass unsere Technologie nicht nur aus der physischen Hardware besteht. Der Sapphire-Drucker ist der sichtbarste Teil unserer Lösung, jedoch nur eine Komponente davon. Um das System in die Lage zu versetzen, das zu tun, was es kann, benötigen Sie unsere Flow-Druckvorbereitungssoftware. Der Prozess kann nicht auf anderen Systemen ausgeführt werden. Wir mussten die Hardware wirklich von Grund auf neu entwickeln, um die von uns ausgeführten Prozesse zu ermöglichen.
 
Diese Kombination ermöglicht uns eine unterstützungsfreie Fertigung, die auf die Prozesskontrolle hinausläuft. Darauf hat sich VELO3D von Anfang an konzentriert. Indem wir den Prozess steuern und in einem sehr engen Fenster ausführen, können wir Teile mit sehr geringen Winkelüberhängen ohne Stützen drucken.
 

Wie funktioniert die Technologie?

Der Prozess beginnt mit der CAD-Geometrie. Wir arbeiten mit der zugrunde liegenden CAD-Geometrie und nicht mit tessellierten Dateiformaten wie einer STL-Datei. Die CAD-Datei wird zuerst in unsere Flow-Druckvorbereitungssoftware importiert.
 
Mit der Software können Sie das Teil ausrichten und Unterstützungen platzieren – ähnlich wie mit einigen der vorhandenen Softwarelösungen. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass unsere Flow-Software sehr prozessbewusst ist. Die Tatsache, dass diese in Kombination mit der Hardware entwickelt wurde, bedeutet, dass es ein sehr eng integriertes System ist.
 
Die Software kann auch Faktoren vorhersagen, wie beispielsweise, ob sich Teile verformen oder wann Unterstützungsfehler während des Aufbaus auftreten, und kann bereits vor Beginn des Druckvorgangs Feedback zur Ausrichtung und zu den Unterstützungen geben.
 
Wir haben auch eine Verformungskorrekturfunktion, mit der wir die Geometrie vorverformen können, damit das Teil, das Sie am Ende des Drucks aus der Maschine entnehmen, die richtige Geometrie hat. Dies ist eine thermische Simulationssoftware.
 
Der letzte Teil der Druckvorbereitungssoftware ist die Parametrierung. Dies ist wiederum eng in die Hardware integriert, sodass wir die Parameter des Tool-pfades auf eine Weise definieren können, die sehr spezifisch für die Geometrie eines Teils ist. Diese Parameter sind viel differenzierter als bei einigen herkömmlichen Systemen zur Herstellung von Metalladditiven.
 
All dies zusammen ergibt eine Druckdatei, die einen Großteil der Prozessintelligenz enthält. Deshalb nennen wir unsere Technologie Intelligent Fusion.
 
Der Sapphire-Drucker wurde entwickelt, um diese Build-Anweisungen auf sehr kontrollierte Weise auszuführen. Ein großer Teil unseres Erfolgs beruht darauf, nicht nur die Atmosphäre, die Kammer, das Pulverbett und den Gasfluss genau zu steuern, sondern auch den Prozess selbst.
 
Eines der Dinge, die wir im System haben, ist ein geschlossenes System zur Steuerung des Schmelzpools, mit dem wir die Zieltemperaturen erreichen können, damit der Prozess erfolgreich ist. Wir haben auch einen berührungslosen Beschichter, mit dem wir die Teile so bauen können, wie dies mit anderen Systemen nicht möglich ist.
 

Könnten Sie die spezifischen Herausforderungen, die Ihre Technologie löst, erweitern?

Die Technologie von VELO3D ermöglicht das Drucken extremer Überhänge ohne die Notwendigkeit von Stützstrukturen [Bildnachweis: VELO 3D]
Die Technologie von VELO3D ermöglicht das Drucken extremer Überhänge ohne die Notwendigkeit von Stützstrukturen [Bildnachweis: VELO 3D]

 
Aus Kundengesprächen kann ich bestätigen, dass Ingenieure Metall-AM als Fertigungstechnik einsetzen möchten.
 
Obwohl es sich um eine 30-jährige Branche handelt, ist die Art und Weise, wie Teile hergestellt werden, immer noch sehr unausgereift, insbesondere wenn man sie mit etablierten Fertigungsmethoden vergleicht.
 
Wenn Sie Teile drucken wollen, ist es oft schwierig, sie überhaupt druckfähig zu machen. Vieles davon hängt mit den geometrischen Einschränkungen zusammen. Das größte Beispiel hierfür ist die Standard-45-Grad-Regel, bei der Sie keine nicht unterstützten Überhänge drucken können, die weniger als 45 Grad von der Horizontalen entfernt sind. Während dies der Standard ist, haben die Leute dieses Norm ein wenig nach unten gedrückt. Je nach Material und Maschine können Sie bis zu 40 oder 35 Grad erreichen.
 
Obwohl es einige Neuerungen gab, ist dies immer noch eine ziemlich grundlegende Einschränkung. Dies bedeutet, dass Sie häufig Stützen an Stellen platzieren müssen, an denen es sehr schwierig wenn nicht unmöglich ist diese anschließend wieder zu entfernen.
 
Wenn Sie sich eine Spirale für ein Pumpengehäuse oder ein Turbogehäuse ansehen, bei dem es sich um ein ringförmiges, hohles Teil handelt, sind die Halterungen auf der Innenseite kein guter Kandidat für Metall-AM.
 
Eingekapselte Antriebsräder sind eine weitere Herausforderung. Lange Zeit wollten die Leute diese Teile drucken, hatten aber große Probleme damit.
 
Im Gasturbinenbereich gibt es Blisks, Schaufeln und Stator Adern, die alle gute Kandidaten für Additive sind. Die Menge an Unterstützungen, die Sie zum erfolgreichen Drucken hinzufügen müssen, macht AM jedoch nicht gerade zu einer idealen Lösung. Wäre dies nicht der Fall, wären diese Teile ein guter Kandidat für den 3D-Druck, da sie mit anderen Methoden nur schwer herzustellen sind.
 
Indem wir die Grenzen des Designs durch die Möglichkeit des Druckens auf 5 bis 10 Grad ohne Träger sowie mit einer guten Oberflächenbeschaffenheit erweitern, ermöglichen wir viele verschiedene Anwendungen.
 

Wie positionieren Sie Ihre Technologie neben anderen Metall-3D-Drucktechnologien?

Es hängt wirklich davon ab, was Sie tun. Es gibt Anwendungen, die in Metall AM mittlerweile recht erfolgreich sind. Möglicherweise könnte die Verwendung der unterstützungsfreien VELO3D-Technologie die Produktion beschleunigen. Aber letztendlich gibt es Leute, die wirklich gute Teile auf anderen Systemen drucken.
 
Ich denke also, was Additive angeht, gibt es definitiv Platz für viele verschiedene Spieler. Wenn Sie die Größe der AM-Industrie mit der Größe der traditionellen Fertigungsindustrie vergleichen, haben wir viel Raum um zu wachsen, bevor es zu einem Markt wird, wo der eine den anderen aussticht.
 
Obwohl wir der Meinung sind, dass unsere Technologien viele der aktuellen Technologien ersetzen kann, bedeutet dies nicht, dass für andere kein Platz ist.
 

In welchen Branchen sehen Sie die größten Wachstumschancen für VELO3D?

Es ist nicht überraschend, dass die Luft- und Raumfahrt eine Schlüsselbranche ist, da sie den 3D-Druck schon früh eingeführt hat. Die Argumentation ist ganz klar: Sie fertigen von hoher Qualität, sie haben Teile die in der Herstellung teuer sind, und sie haben viele geometrische Feinheiten, sodass sie von Metall AM profitieren können.
 
Und die Luftfahrtindustrie ist riesig. Es gibt Antriebsmotoren, die in Gasturbinen oder Anwendungen ohne Belüftung wie Raketentriebwerke zerlegt werden können. Dies ist eine weitere sehr gute Anwendung. Als nächstes haben Sie die Flugzeugstrukturen der Luftfahrt und Satellitenstrukturen im Weltraum – tatsächliche Strukturkomponenten – die Nachfrage ist riesig.

Ein 3D-gedruckter Wärmeaustauscher [Bildnachweis: VELO 3D]
Ein 3D-gedruckter Wärmeaustauscher [Bildnachweis: VELO3D]

 
Es gibt auch viele Anwendungen im elektronischen Bereich, insbesondere in Bezug auf Gehäuse und Hochfrequenzkomponenten. Wärmeaustauscher sind ein weiteres Bauteil, das je nach Geometrie traditionell nur schwer herzustellen ist. In der Luft- und Raumfahrt gibt es also viel zu erledigen.
 
Dann gibt es die Möglichkeit für Metall-AM in industriellen Anwendungen, vor allem, weil es der Luft- und Raumfahrt ähnelt. Obwohl nicht so hochwertig, können die Anwendungen Fluidtechnikkomponenten oder andere Teile vom Typ Pumpe, Verteiler und Wärmeaustauscher umfassen.
 

Was sind einige der größten Probleme, die Sie sehen, wenn Kunden Sie kontaktieren?

Die größten Herausforderungen betreffen die Geometrien, die gedruckt werden können.
 
Ein weiteres wichtiges Thema, mit dem sich die Branche befassen muss, um eine breitere Akzeptanz zu erreichen, ist die Teil-zu-Teil-Variation. Wenn Sie ein Ingenieur sind, der Teile für Metall-AM entwirft und dies sehr kritische Komponenten sind, müssen Sie einen ziemlich großen Einfluss auf Ihre zulässigen Konstruktionswerte nehmen, um Metalladditive verwenden zu können.
 
Der Grund dafür ist, dass die Konsistenz des Materials, das aus dem System kommt, nicht unbedingt dem entspricht, was Sie benötigen. Sie müssen für den schwächsten Teil entwerfen, den Sie anwenden können, was bedeutet, dass Sie einige der Funktionen von AM nicht voll ausnutzen können, insbesondere wenn es um die Gewichtsreduzierung oder Leistungsverbesserung geht. Sie müssen eine Menge Toleranzen in Ihr Teil eingebaut haben.
 
Eines der Dinge, die wir auch mit unserem System und mit vielen integrierten Messfunktionen versuchen, ist die Teil-zu-Teil-, Build-zu-Build- und Maschine-zu-Maschine-Variation sowie die mechanischen Eigenschaften des Endteils.
 
Das wird eine Menge Türen öffnen, da viele immer noch zögern, Metall AM zu verwenden, und die Leute nicht 100% zuversichtlich sind, was sie am Ende des Tages erhalten werden.
 

Welchen Rat würden Sie Unternehmen geben, die Metall-AM-Technologie einführen möchten, aber nicht wissen, wo sie anfangen sollen?

Die Einführung der AM-Technologie hat verschiedene Gründe. Einige Leute haben einen Unternehmensdrang, Metall AM einfach so einzuführen. Dies führt jedoch nicht zwangsläufig zu überzeugenden Argumenten für Metalladditive.
 
Ich denke es ist wirklich wichtig einen zwingenden Grund zu haben, Metalladditiv einführen zu wollen. Häufig werden Unternehmen sagen: „Was ist, wenn wir mit Metalladditiven genau dasselbe Teil herstellen? Wie führen wir die Kostenvergleiche durch? Stellen wir alles in eine Matrix und finden Sie heraus, was am kosteneffektivsten ist? ” Solche Überlegungen nutzen nicht unbedingt alle Vorteile aus die Metalladditive zu bieten hat.
 
Wenn es darum geht, ist Metall AM ein weiteres Werkzeug in der Fertigungs-Toolbox. Sie müssen Schmerzen erfahren, um den Übergang zu machen. Sie müssen also ein Teil haben, das Sie herstellen müssen oder das Sie mit einer anderen Fertigungstechnik nur schwer herstellen können, oder Sie benötigen mehr Funktionen für das Endprodukt, und müssen somit neue Features und neue Geometrien entwerfen.
 

Wie würden Sie den aktuellen Stand der AM-Industrie beschreiben und wie sehen Sie die Entwicklung in den nächsten fünf Jahren?

Ein 3D-gedruckter Blisk [Bildnachweis: VELO3D]A
Ein 3D-gedruckter Blisk [Bildnachweis: VELO3D]A

 
Metall AM reift nach wie vor. Es gibt einige eindeutige Fälle, in denen Unternehmen erfolgreich in Produktion gehen. Wir erreichen einen Wendepunkt und die Anzahl der Teile, die tatsächlich in Produktion gehen, nimmt zu.
 
In den nächsten fünf Jahren werden Sie sehen dass die Anzahl der Auftragshersteller erheblich zunehmen wird und Hunderte von Systemen benutzt werden, Teile zu produzieren, und das mit langfristigen Verträgen. Darauf hat die Branche lange hingearbeitet.
 
Die Menschen gewinnen langsam Vertrauen in das Metalladditiv als Lösung. Die Technologie von VELO3D wird dabei eine große Rolle spielen, denn es ist unser Ziel die Produktion zu beschleunigen und den Menschen das Vertrauen in die Qualität eines Teils zu geben, das sie am Ende des Drucks erhalten.
 
Wenn sie diese beiden Dinge kombinieren, können eine ganze Reihe weiterer Anwendungen erreicht werden, die heute vielleicht noch fragwürdig sind, aber wirklich gute Kandidaten für AM sein könnten.
 

Gibt es bestimmte Trends, auf die Sie sich freuen?

Es gibt einige aufregende Trends, die wir bereits sehen.
 
Ein Bereich, auf den ich mich besonders freue, ist der Markt der Weltraumtechnologie, insbesondere für Raketen und kleine Satelliten.
 
Es gibt innovative Unternehmen, die schnell iterieren und schnelle Entwicklungszyklen haben. Sie suchen hochwertige Endteile, die genau auf die Fähigkeiten des VELO3D Sapphire-Systems abgestimmt sind. Dies ist ein Markt, der sich schnell durchsetzt und in beträchtlichem Maße wachsen wird.
 
Die andere gute Sache ist, dass der Markt viele Nebenmärkte hat und auch in den traditionelleren Luft- und Raumfahrtmarkt einfließt. Diese kleineren, schnell reagierenden Unternehmen können in den nächsten fünf Jahren einen Teil der Aufgaben erledigen, die sich auf die großen Rüstungsunternehmen und Luftfahrtunternehmen beziehen.
 

Wie sieht die Materialentwicklung bei VELO3D aus? Gibt es Pläne, Ihr Materialportfolio weiter auszubauen?

Im Moment drucken wir in Inconel 718 und Ti64. Wir versuchen, kundenorientiert zu arbeiten, daher wird unsere zukünftige Materialentwicklung stark von Geschäftsvorfällen bestimmt.
 
Es gibt starke Geschäftsbeziehungen im Bereich Titan und Aluminium, aber nicht notwendigerweise mit denselben Materialien, wie sie bei anderen Metall-AM-Herstellern gebräuchlich sind. Wir möchten auf spezifische Kundenbedürfnisse und auf die Anforderungen des Marktes eingehen, anstatt auf die Anforderungen, die heutzutage bereits möglich sind.
 

VELO3D hat kürzlich eine Partnerschaft mit Praxair geschlossen. Was bedeutet diese Partnerschaft für Sie?

Wir haben eine großartige Beziehung zu Praxair Surface Technologies. Sie sind einer unserer zertifizierten Pulverhändler.
 
Wir versuchen sicherzustellen, dass unsere Kunden Zugang zu hochwertigen Rohstoffen haben, und Praxair ist der absolute Lieferant dafür. Wir arbeiten mit ihnen an der Entwicklung neuer Legierungen und sorgen dafür, dass unsere Kunden mit den Legierungen, die sie von ihren Lieferanten erhalten, zufrieden sind.
 

Wie haben Ihre Kunden seit Ihrer Markteinführung reagiert?

Es war positiv. Ich habe definitiv das Gefühl, dass unsere Kunden begeistert sind, wenn sie die ganze Bandbreite unserer Aktivitäten sehen und daß wir uns vorgenommen haben, viele der Probleme mit der Software und der Hardware rund um Metall AM zu lösen . Das spricht dafür, ein kundenorientiertes Unternehmen zu führen: Die Herausforderungen unserer Kunden zu verstehen und Lösungen zu entwickeln, um ihr Leben zu verbessern.
 
Im Allgemeinen liebe ich es, hier bei VELO3D Betriebstouren zu geben, weil die Resonanz immer so enthusiastisch ist und die Leute wirklich aufgeregt zu sein scheinen, die Technologie zu nutzen und diese nach Hause zu bringen.
 

Wie sieht das Jahr 2019 für VELO3D aus?

2019 wird für VELO3D ein wirklich aufregendes Jahr sein. Wir beginnen gerade auf dem Markt Fuß zu fassen, und die Menschen werden sich unseres Unternehmens und unserer Fähigkeiten immer bewusster. Wir sehen das sowohl in der Nachfrage nach dem System als auch nach Teilen, die auf dem System und für das System selbst gedruckt werden.
 
Für uns wird dies das Jahr der Support-freien Technologie sein, in dem wir die Menschen, dazu bringen, mit VELO3D ihr Endprodukt zu entwickeln.
 
Wenn Sie mehr über Velo3D erfahren möchten, besuchen Sie: www.velo3d.com