Non è difficile capire perché alcune delle più grandi aziende del mondo abbiano fatto di recente enormi investimenti nella stampa 3D in metallo. La produzione di parti metalliche su larga scala attualmente richiede alle aziende di navigare in complesse catene di approvvigionamento globali che richiedono una parte inevitabile dei profitti.

Però, il costo, complessità, e il tempo associato alla stampa 3D in metallo ha assicurato che il segno della tecnologia sull'industria manifatturiera multimiliardaria rimane minimo.

Desktop Metal sta lavorando per cambiarlo. Entro quest'anno, l'azienda inizierà a spedire le prime versioni del suo sistema di produzione, una stampante 3D in grado di produrre fino a 100, 000 parti metalliche a un costo e una velocità competitivi con i metodi di produzione tradizionali. Il primo prodotto dell'azienda, il Sistema Studio, migliorato la sicurezza, velocità, e prezzo di prototipi di stampa 3D e piccoli lotti di parti metalliche.

"La produzione di metalli è uno dei maggiori fattori trainanti della produzione in generale, e la produzione guida il mondo, ", afferma il co-fondatore di Desktop Metal A. John Hart, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT e direttore del Laboratorio per la produzione e la produttività. "La stampa 3D è una tecnologia straordinaria in termini di capacità e di come rimodella il ciclo di vita del prodotto, ma siamo in una fase così iniziale che sono necessari processi innovativi per aprire le porte".

Nel perseguimento di tale obiettivo, la squadra fondatrice, che comprende quattro attuali professori del MIT e un alunno della Sloan School of Management, ha supervisionato un notevole grado di innovazione che ha portato l'azienda a depositare o essere in procinto di depositare oltre 200 brevetti.

Questa innovazione può aiutare a spiegare perché Desktop Metal ha goduto di una traiettoria senza precedenti sin dalla sua fondazione nel 2015. Il Boston Business Journal riferisce che la scorsa estate è diventata la società più veloce nella storia degli Stati Uniti a raggiungere una valutazione di un miliardo di dollari, sulla buona strada per raccogliere 277 milioni di dollari in capitale di rischio.

La secolare industria manifatturiera può sembrare un obiettivo formidabile per una startup così giovane, ma le braccia degli investitori di colossi aziendali come Google, Guado, BMW, e GE hanno finanziato Desktop Metal scommettendo che l'azienda possa rivoluzionare il settore su una scala mai vista prima nel mondo della stampa 3D.

Un'occasione d'oro

Nel 2012, Ric Fulop MBA '06 è stato un socio accomandatario di North Bridge Venture Partners quando ha visto un'opportunità di business nel fatto che gli attuali processi per la stampa 3D del metallo erano troppo lenti per la produzione di massa e troppo costosi per la prototipazione. Ha trascorso i tre anni successivi alla ricerca dell'azienda giusta per affrontare questi problemi prima di decidere di avviare l'azienda da solo.

Riconoscendo le enormi sfide tecniche davanti a lui, Fulop ha deciso di riunire un team di persone che hanno trascorso la loro carriera avanzando nei campi relativi alla stampa 3D, compresa la scienza dei materiali, progettazione della macchina, automazione, e software.

Le sei persone con cui ha fondato l'azienda includono Hart; Kyocera Professore di Scienza dei Materiali e Ingegneria Yet-Ming Chiang; scienza dei materiali e ingegneria Professor Christopher Schuh; e professore di ingegneria meccanica Ely Sachs, uno dei primi pionieri della stampa 3D che ha inventato il metodo ampiamente utilizzato della stampa a getto di legante. Gli altri co-fondatori sono il veterano del software di progettazione assistita da computer Rick Chin, e Jonah Myerberg, che ha lavorato con Fulop in una società precedente e attualmente ricopre il ruolo di chief technology officer di Desktop Metal.

"Ci siamo riuniti e abbiamo detto, 'Cominciamo a inventare, ' ed è stata un'esperienza straordinaria, " Hart ricorda. "Desktop Metal non è uscito dall'IP di nessuno dei nostri laboratori. Era un team fondato su un'opportunità e una visione che richiedevano poi una rapida invenzione e innovazione nel contesto delle esigenze del mercato".

Tra le scoperte del team c'era una tecnica di stampa chiamata deposizione di metalli rilegati, che funziona estrudendo polvere metallica mescolata con un legante, in modo simile al processo strato per strato comune nella stampa 3D di plastica. Le parti vengono quindi poste in un debinder, dove un fluido proprietario dissolve l'agente legante, prima che vengano sinterizzati e densificati in una fornace.

La deposizione di metalli legati funziona con molte delle stesse leghe del processo di stampaggio a iniezione di metalli (MIM) ampiamente utilizzato nella produzione dagli anni '80, compreso acciaio inossidabile, rame, e titanio.

"Abbiamo trasformato la stampa 3D in metallo in qualcosa di adatto all'ufficio che puoi mettere ovunque, " Dice Fulop. "Basta collegarlo e puoi creare parti metalliche."

Il sistema Studio ha reso la stampa 3D pratica per la prototipazione in ufficio e la produzione a basso volume. Ma affinché Desktop Metal possa competere con il mercato manifatturiero globale, l'azienda aveva bisogno di reinventare ulteriormente il processo di stampa.

Il sistema di produzione dell'azienda sfrutta un'altra tecnica proprietaria chiamata getto a passaggio singolo, un processo complesso ma esteriormente fluido in cui una testina di stampa con unità di diffusione della polvere su entrambi i lati scorre avanti e indietro attraverso un'area di costruzione. Ad ogni passaggio, la stampante deposita strati precisi di polvere metallica prima di spruzzare un agente legante sulla polvere. Ogni strato di polvere è sottile come un capello umano.

Secondo la società, il sistema è la stampante 3D in metallo più veloce al mondo, 400 percento più veloce del più vicino sistema a getto di legante e 100 volte più veloce delle odierne stampanti laser.

"Una grande parte dell'inaccessibilità fino a questo punto è stata il costo e la velocità di stampa, " Dice Hart. "Se hai mai visto una parte metallica 3D stampata ... alcune piante crescono più velocemente."

Un futuro brillante

Fulop stima che nel 2019 verranno spediti due dozzine di sistemi di produzione mentre l'azienda continua a crescere. Con gli ordini in arrivo, molti dei clienti di Desktop Metal stanno cercando di acquistare più sistemi per stampare a volumi molto superiori a 100, 000 parti.

Ancora, non è chiaro quanto la stampa 3D interromperà la tradizionale lavorazione dei metalli nel prossimo futuro. Processi di fabbricazione tradizionali, come il casting, hanno i loro vantaggi per la creazione di parti relativamente semplici ad alti volumi.

"Quando la gente dice che la stampa 3D rappresenterà il 20 o il 40% della produzione in un certo numero di decenni, Penso, 'Probabilmente no, ' poi, 'È troppo presto per dirlo, '" Hart riconosce. "Detto questo, è così presto che sono fiducioso che l'industria della produzione additiva crescerà di 10 o 100 volte nei prossimi 5-10 anni o giù di lì".

Misurare l'impatto della stampa 3D in metallo utilizzando il volume di vendita delle macchine e dei materiali attuali probabilmente ne sottovaluta il vero valore. Le capacità uniche della stampa 3D dovrebbero svelare nuove opzioni per ingegneri e designer che cercano di realizzare oggetti come motori aeronautici più efficienti e strutture automobilistiche più leggere.

"La stampa 3D ti consente di trasformare la complessità in semplicità, " spiega Hart. "Considerate quanti prodotti richiedono la progettazione simultanea e l'eventuale assemblaggio di molte parti, e come i vincoli di progettazione e la logistica della produzione modellano il modo in cui sviluppiamo i prodotti. La stampa 3D consente di consolidare gli assiemi in singole parti, e design per prestazioni ottimali. Pensare solo al costo della stampa 3D ignora l'incredibile valore sbloccato dai nuovi progetti, e dalla velocità e flessibilità nelle operazioni. Quando pensi a questi aspetti mano nella mano, vedi la vera svolta."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.