Tecnologia de impressão 3D de metal de próxima geração
(fabric8labs.com)- A Fabric8Labs é uma empresa de impressão 3D de metal que busca a produção em massa de peças metálicas densas sem pós-processamento com manufatura aditiva eletroquímica em temperatura ambiente (ECAM)
- Seu principal diferencial é oferecer ao mesmo tempo resolução geométrica em nível de mícron, estruturas internas complexas, materiais de alta pureza e rápida escalabilidade
- Usa um cabeçote de impressão com arranjo de microeletrodos patenteado e pode imprimir diretamente até sobre substratos sensíveis à temperatura, como PCBs, silício e peças metálicas existentes
- Destaca como vantagem em sustentabilidade a possibilidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 90% em comparação com tecnologias aditivas alternativas e métodos tradicionais de fabricação
- Tem como principais mercados gestão térmica, comunicações sem fio, eletrônica de potência e aplicações emergentes, mirando resfriamento de chips de IA e sistemas de comunicação por satélite com base nas propriedades térmicas e elétricas do cobre de alta pureza
Impressão 3D de metal baseada em ECAM
- A tecnologia central da Fabric8Labs é a Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM)
- A ECAM é um método de impressão 3D de metal em temperatura ambiente, focado em produzir peças metálicas complexas e densas sem pós-processamento
- As principais características suportadas são as seguintes
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Resolução geométrica em nível de mícron
- Estruturas internas complexas
- Materiais de alta pureza
- Escalabilidade rápida para manufatura em massa
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Desempenho, escalabilidade e sustentabilidade
- No aspecto de peças de alto desempenho, a empresa destaca a produção de peças metálicas de altíssima resolução e alta pureza
- Também pode imprimir diretamente sobre substratos sensíveis à temperatura, como PCBs, silício e peças metálicas existentes
- A escalabilidade tem como elemento central o cabeçote de impressão com arranjo de microeletrodos patenteado
- Trata-se de uma abordagem que combina várias tecnologias existentes para produzir com estabilidade peças de alta qualidade em escala de volume
- Em sustentabilidade, a ECAM pode reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 90% em comparação com tecnologias aditivas alternativas e métodos tradicionais de fabricação
Fluxo de apoio à industrialização
- A Fabric8Labs divide o processo de lançamento de produtos de seus clientes em IDENTIFY, CREATE e PROVIDE
- Na etapa IDENTIFY, identifica a necessidade do problema e possíveis soluções, e cria o primeiro protótipo da solução proposta
- Na etapa CREATE, otimiza a solução, verifica se os requisitos técnicos são atendidos e comprova e implementa o caminho de escalabilidade
- Na etapa PROVIDE, valida a escalabilidade para o lançamento do produto, reduz riscos e estabelece uma estrutura de fornecimento estável em grande volume
Mercados de aplicação e características das peças
- A ECAM é uma tecnologia que busca ampliar a acessibilidade da manufatura aditiva de metais em vários setores com peças metálicas impressas em 3D de alta resolução e sem pós-processamento
- É especialmente adequada para a produção de cobre de alta pureza, aproveitando suas propriedades térmicas e elétricas
- Os principais mercados são os seguintes
- Exemplos de aplicação vão do resfriamento de chips de IA de alta potência mais recentes até sistemas de comunicação por satélite de alta frequência
Notícias relacionadas divulgadas
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- Tech showcase: Enabling high-density cooling with ECAM: caso de resfriamento de alta densidade com ECAM
- Cooling: The Real AI Accelerator Bottleneck: insights sobre o gargalo de resfriamento de aceleradores de IA
- Fabric8Labs’ ECAM Technology Selected by AEWIN for Advanced Thermal Management Solutions: notícia de que a AEWIN selecionou a tecnologia ECAM da Fabric8Labs para soluções avançadas de gestão térmica
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Já vi antes um vídeo de algo parecido [1], e a ideia de usar galvanoplastia parecia fazer sentido
Não entendo nada de engenharia química nem de ciência dos materiais, mas é interessante ver isso implementado na prática; por outro lado, para alguém com um pouco de experiência em galvanoplastia, parece que seria absurdamente lento
[1] https://youtu.be/W1d36wbx_yg
Boa parte deste sistema foi projetada para atingir uma velocidade de deposição significativa para produção em massa, mantendo as propriedades do material, e parece mirar algo 100 a 1000 vezes mais rápido que a galvanoplastia comum
Se fosse mais rápido, o cobre crescia como uma esponja, provavelmente por causa de gás aprisionado. Fico curioso para saber como eles resolveram isso
Em certo momento tive interesse em impressão 3D eletroquímica
A deposição pode ser muito precisa, e aqui falam em resolução na escala de mícrons, mas abordagens simples costumam ser lentas. Dito isso, se essa precisão for necessária, isso não é necessariamente um problema; provavelmente eles aceleraram usando um arranjo de bicos, como uma cabeça de impressora jato de tinta
Além disso, como o processo pode ser revertido seletivamente, uma impressora eletroquímica acaba sendo, na prática, um equipamento que combina manufatura aditiva e usinagem subtrativa
Por ser eletroquímica, esse tipo de impressora 3D em geral parece ficar limitado à deposição de metais elementares puros e algumas ligas, o que reduz bastante a gama de materiais. Ainda assim, é legal ver isso chegando ao mercado, e fico curioso para ver até onde pode ir
É uma tecnologia bem compreendida graças aos espectrômetros de massa, e é só uma questão de tempo até alguém miniaturizá-la e criar uma forma de controlar o padrão de pulverização
Sou o CTO da Fabric8. Se tiverem perguntas sobre a tecnologia ou a empresa, posso responder
Como vocês podem ver, é um processo bastante diferente das técnicas existentes de manufatura aditiva em metal, e há algumas vantagens únicas que gostaríamos de compartilhar
Fico curioso para saber como vocês compensam o consumo do ânodo e a mudança de formato ao longo da vida útil dele. Por exemplo, se o centro se desgasta e desaparece, ou se vocês tentam usar cada “pixel” de maneira uniforme
Também gostaria de saber sobre o formato dos “pixels” do ânodo e o tamanho mínimo de feature, se durante o desenvolvimento vocês fizeram medições in situ ou analisaram as peças e o ânodo depois da impressão, e qual é o acabamento superficial típico
Supondo que seja difícil para uma pessoa bancar uma para uso DIY, seria ótimo existir um serviço tipo SendCutSend. Se o processo for relativamente brando, exigir pouco pós-processamento e produzir resultados previsíveis, parece bom para um nível maior de automação
Também pode se encaixar bem em manufatura escalável, em que o throughput de várias máquinas em operação importa mais que a velocidade de cada equipamento individual. Se der para produzir a preços que não sejam de aeroespacial, eu gostaria de projetar de dissipadores de calor, manifolds e trocadores de calor até vários objetos pequenos
Gostaria de saber se é possível imprimir sobre cerâmicas de óxidos, nitretos e carbonetos, e também sobre materiais já com geometria definida. Por exemplo, imprimir uma PCB diretamente no interior de uma casca rígida para um aerofólio ou uma asa
Quero saber quais restrições de materiais existem na impressão eletroquímica, e se alumínio ou titânio também são possíveis
Qual é o tamanho mínimo de feature, e se seria possível imprimir, por exemplo, uma estrutura porosa/wick controlada com poros de cerca de 50 μm. Também gostaria de saber se oferecerão serviço de impressão para quem não tem capital para comprar uma impressora
Em especial, comparado aos sistemas existentes de alta resolução baseados em pó, quais são as emissões gasosas ou perigos envolvidos? Talvez seja uma pergunta boba, porque não conheço bem essa área
https://www.youtube.com/watch?v=B-UbDk7LrvU
Como alguém que já construiu e projetou várias impressoras 3D de metal, isso realmente parece bem interessante
Toda impressora 3D de metal precisa de altas temperaturas e de gás inerte/redutor para evitar oxidação, e a maioria, como DMLS ou sistemas de leito de pó, também precisa de pó metálico. A precisão também impressiona
Uma ideia secundária que tive ao analisar binder jetting no passado foi a de impressão 3D de órgãos, porque o tamanho das features é bem pequeno. Fico pensando se poderia existir um mundo em que um processo semelhante fosse aplicado a soluções de células individuais
O tamanho atual do pixel é 33 micrômetros, e deve diminuir com o tempo
Graças ao processo de deposição em temperatura ambiente, também é possível imprimir diretamente sobre substratos como PCBs, cerâmicas e wafers de silício, permitindo funcionalidades muito únicas
Parece bom
Lembra algo com que eu estava brincando em 2016, mas como eu não tinha experiência nem qualificações suficientes na área, acabei descobrindo apenas as “formas de não fazer uma lâmpada” de que Edison falou
Eu queria especialmente experimentar uma cabeça de impressão com matriz de microeletrodos. Esse tipo de abordagem permite paralelizar o processo de fabricação, de modo parecido com o fato de a fotopolimerização ser mais rápida que FDM
Meu trabalho se baseou na pesquisa original de John D. Madden
https://people.ece.ubc.ca/mm/papers/Madden_JMES_1996.pdf
Posso procurar o artigo e publicar, mas é preciso considerar que foi apenas um trabalho de graduação e que dediquei um tempo muito limitado a ele
A analogia de comparar DLP/LCD com SLA a laser ou FDM funciona bem
Pelo que eu entendia, atualmente a maior parte da impressão 3D em metal tem características relacionadas a cisalhamento muito piores por causa do arranjo molecular, em comparação com métodos em que se derrete tudo e depois se resfria
Há algum tempo alguém linkou um artigo sobre isso, mas agora não consigo encontrá-lo. Fico curioso se esse método é melhor nesse aspecto
Os métodos mais recentes funcionam muito mais como uma máquina de solda, e é por isso que se tornou possível imprimir peças de foguete em 3D
Mas a manufatura aditiva de metais hoje já avançou o suficiente para atender a padrões de materiais. É preciso ter cuidado com afirmações generalistas, e a resposta mais precisa costuma ser “depende da situação”
O que posso comentar é sobre SLM, isto é, o método em que o pó fica sobre uma cama e é fundido por um laser de cima, e DED, isto é, o método em que o pó sai de um bico e é fundido por um laser de cima
As propriedades do metal resultante podem ser facilmente levadas em direções muito diferentes ajustando uma lista interminável de parâmetros. Ao fundir o metal, muitas coisas como endurecimento, revenimento e martensitização acontecem ao mesmo tempo, então, ajustando o processo, dá para tornar as “propriedades de cisalhamento” melhores ou piores
Encontrar esses parâmetros é um campo de pesquisa por si só, e se as propriedades são melhores ou piores na “maioria das impressões 3D em metal atuais” depende do uso e do material. Não dá para generalizar sobre as propriedades do material depois desses processos
Em geral, os problemas de peças sinterizadas vêm de uma pequena porosidade, abaixo de 3%, de tensões internas causadas por ciclos lentos de recozimento e dos problemas que podem ocorrer na usinagem convencional
Também avaliamos processos de galvanoplastia com sais metálicos, mas concluímos que eram inviáveis para uso geral por causa dos riscos aos operadores. Os riscos de impacto ambiental também eram sérios, além dos custos de descarte de materiais perigosos. Em qualquer tecnologia sempre há trade-offs
O processo ECAM opera em temperatura ambiente e deposita material por eletrodeposição, portanto não há etapa de fusão
A microestrutura resultante é uma estrutura de grãos finos, com tamanho médio de grão de cerca de 500 a 1000 nm, e os grãos são relativamente equiaxiais, oferecendo alta resistência e comportamento isotrópico. Por isso, ela não apresenta as mesmas dificuldades que processos baseados em laser enfrentam por causa da fusão e do resfriamento
Acho que também houve uma matéria relacionada no ServeTheHome no ano passado
https://www.servethehome.com/next-gen-copper-cold-plates-so-advanced-they-need-to-be-3d-printed-from-fabric8labs/
O principal caso de aplicação parece ser um water block de metal impresso em 3D feito com a Asetek
A Asetek também é o infame patent troll de AIO, e isso vem acompanhado de marketing como “bomba mais silenciosa” e melhora de desempenho
A Arctic fabrica uma linha de coolers AIO que está entre as mais baratas, mas ainda assim entrega desempenho de ponta no setor e dissipa facilmente centenas de watts
Não parece uma área que necessariamente precise de otimização. Eu entenderia para usos específicos, como equipamentos de RF de alta potência ou resfriamento de lasers, mas, se o melhor caso de aplicação que conseguem apresentar é esse, fico um pouco cético
Parece que eles não estão conseguindo comercializar, ou há desvantagens críticas em vários setores, ou existe algum outro motivo
Fico curioso sobre o que diferencia o produto da Fabric8Labs do que empresas mais antigas, como a Desktop Metal[1], oferecem
A Desktop Metal consegue imprimir peças em diversos materiais, incluindo aço carbono, aço inoxidável, titânio e tungstênio
Em especial, imprimir tungstênio é algo que não consigo muito bem imaginar. Como alguém que faz soldagem TIG por hobby, é difícil imaginar ter na oficina uma máquina capaz de produzir eletrodos, e a energia necessária parece enorme
[1] https://www.desktopmetal.com/
Além disso, a Fabric8Labs consegue imprimir cobre puro diretamente, o que historicamente foi muito difícil. O processo também é mais eficiente em termos de energia e se adapta melhor a peças pequenas e complexas. A Desktop Metal mira outro mercado em termos de materiais e tamanho
Como observação, sou GP da Asimov Ventures e investimos na rodada pre-seed da Fabric8Labs
Em particular, produzir pó metálico consome bastante energia, e o insumo dos sistemas ECAM é um material precursor algumas etapas antes do metal refinado comum, então esse processo pode ser evitado
A frase “a abordagem eletroquímica possibilita resolução de formas em escala de micrômetros, geometrias internas complexas, materiais de alta pureza e rápida escalabilidade para sustentar produção em massa” não soa barata
Em um sistema de fabricação 3D com custos distribuídos, consigo imaginar essa tecnologia sendo usada em componentes críticos específicos
Se for parecido com outros tipos de galvanoplastia, estamos falando de nanômetros por segundo no eixo z, e são necessários 96.485 ampere-segundos por mol de metal depositado, além de uma pequena tensão dependendo do material. Então estimo que o custo do processo fique aproximadamente na casa de um dígito de euros por kg, somado ao custo do material na forma de eletrólito
https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_constant
Imagino uma peça crescendo por galvanoplastia muito lentamente, de forma contínua, dentro de um tanque do tamanho de uma pessoa, até virar um objeto bem grande
O conceito é muito atraente. Mas a galvanoplastia que conheço é bem diferente de um processo tão preciso e relativamente rápido, então não entendo muito bem como isso funciona na prática
A parte difícil é o arranjo de ânodos, mas não parece tão difícil assim. Fabricantes de telas TFT provavelmente conseguem fazer o que é necessário, e telas TFT são realmente baratas
A diferença é que não se baseia em fotoquímica, mas em eletroquímica