Arevo 2018: Pioniers in continue vezel 3D printen voor industriële productie

CW dekt Arevo (Santa Clara, CA, VS) sinds 2014. Bekend om het gebruik van hoogpresterende thermoplastische polymeren, waaronder polyetheretherketon (PEEK), polyaryletherketon (PAEK), polyetherimide (PEI) en polyfeenyleensulfide (PPS), was het bedrijf ook een leider in het ontwikkelen van closed-loop robotische controle voor 3D printen, wat plaatsing van vezel in de z-richting en langs 3D kurven mogelijk maakt. Het bedrijf heeft een lijst met nieuwe ontwikkelingen, waaronder zijn direct energy deposition (DED) proces met laserverhitting voor een 100-voudige toename in productiesnelheid.

Nieuwe CEO en B-ronde financiering

Jim Miller trad drie maanden geleden toe als CEO bij Arevo. Hij was een vroege Amazon medewerker en besteedde acht jaar aan Google, meest recent als VP van wereldwijde operaties. "Ik heb eigenlijk het grootste deel van mijn carrière besteed aan het helpen van jonge bedrijven om op te schalen," zegt Miller, "Ik was enthousiast over Arevo's benadering van 3D printen van composieten en zie een enorme kans om te veranderen hoe de wereld ingewikkelde structuren ontwerpt en fabriceert over een myriade toepassingen."

Het bedrijf heeft ook zojuist zijn Serie B financiering voltooid, $12,5 miljoen opgehaald met Asahi Glass Co. (AGC, Tokio, Japan) als leidende partij. "Zij zijn de grootste autoglasproducent ter wereld," zegt Miller. "Ze hebben goede relaties in de auto-industrie en zien een grote kans voor nieuwe composiettechnologieën in auto-toepassingen." Andere investeerders zijn In-Q-Tel (Arlington, VA, VS), Sumitomo Corporation (Tokio, Japan) en Leslie Ventures. Miller zegt dat Sumitomo, een van de grootste Japanse conglomeraten en leider in olie & gas technologieën, geïnteresseerd is in het toepassen van Arevo's 3D printtechnologie over zijn industriële activiteiten, wat bouw, transport, infrastructuur en energie omvat.

Industriële productie van thermoplastische composieten

"Onze nieuwe fabricagecellen gebruiken een standaard industriële robot, een draaiend bouwplatform en een laser voor verhitting," legt Miller uit. "We noemen het proces direct energy deposition (DED)." Binnen de laser-veilige fabricagecel heeft de robot een printhoofd end effector met eigen thermisch beheer apparatuur, aangepaste elektronica en visiesystemen die in-situ inspectie mogelijk maken. "Het proces is grotendeels handsoff/lights-out," zegt Miller. "Deze nieuwe cellen produceren meer dan een 100-voudige toename in productiesnelheid." Hoofdtechnisch ambtenaar Wiener Mondesir voegt toe: "De laser oneindige energie. We kunnen dat controleren en sneller gaan om industriële productiesnelheden te bereiken." Maar Miller wijst erop, "Dit gaat niet over hoe snel machines kunnen bewegen of hoeveel materiaal toegepast kan worden, want we bouwen complexe structurele composieten tegen één vierde van de kosten van traditionele composieten."

"We nastreven economisch haalbare fabricage van grootschalige thermoplastische composietonderdelen," zegt Miller. "We benaderen deze fabricage vanuit een niet-traditioneel composiet perspectief." Echter, het printhoofd integreer compactiemogelijkheid en de onderdelen voldoen nog steeds aan traditionele composietkwaliteitseisen. "We kunnen thermoplastische composietonderdelen bereiken met een holtegehalte veel minder dan 1%," getuigt Miller. "Arevo verbetert zijn proces voortdurend en zal mechanische eigenschappen voor primaire structuureisen in de nabije toekomst halen."

Pathfinder software

Deel van het "niet-traditionele composiet perspectief" waar Miller naar verwijst is Arevo's investering in digitale ontwerp- en processoftware. "We hebben een gehele workflow samengevoegd in de software," zegt Miller. "Het kan een complete 3D analyse van het onderdeel leveren en de geoptimaliseerde vezeloriëntatie ontwikkelen met Additive FEA (AFEA) modules. Veel van ons succes wordt gedreven door de software en onderdeelproductiesimulatie. We draaien de computergegenereerde ontwerp door onze proces simulatie software en het toont de procesparameters inclusief temperaturen, printpad, vervorming en krimp van het geprintte materiaal, alsook residuele spanningen. Dit stelt ons in staat om het proces echt te begrijpen en te optimaliseren om zeer hoogwaardige onderdelen te produceren."

Hij zegt dat getuigenis van Arevo's software is dat geproduceerde onderdeeleigenschappen binnen 5% liggen van de gesimuleerde eigenschappen, wat Miller noemt basislijk het niveau van testmeetmarge van fout. Hij voegt toe dat Arevo ook machine learning op een unieke manier gebruikt.

Mogelijkheden demonstreren

Pas één maand geleden toonde Arevo wat het gelooft de werelds eerste 3D geprintte fiets op het Sea Otter evenement (19-22 april, Monterey, CA, VS). "Ons doel was te demonstreren wat onze software en proces kunnen bereiken," legt Miller uit. "We werkten met het Colorado-gebaseerde industriële ontwerpbureau Studio West om het kragarm fietsframe ontwerp te ontwikkelen." Hij merkt op dat Studio West bekend is in de fietsindustrie, werkend met enkele van de topfabrikanten. "Ze gaven ons initieel een heel traditioneel frame ontwerp," zegt Miller. "Maar we wilden laten zien hoe Arevo continue vezels op nieuwe manieren kan toepassen, dus we bleven met hen werken door verschillende iteraties." Hij voegt toe dat het Arevo team de stijfheid en buiging van het fietsframe wilden optimaliseren, maar ook de nieuwe esthetiek mogelijk met hun additieve fabricagetechnologie demonstreren. "We eindigden met een heel uniek fietsontwerp," zegt Miller. Het fietsframe is gemaakt met continue 12K CF tow en PEEK maar Miller zegt dat het ook mogelijk is nylon te gebruiken.

Fietsframes zijn niet het enige voorbeeld van wat Arevo bereikt in composiet additieve fabricage. "Kleine robotica bedrijven bouwen grote-frame robots die we helpen te verlichten tegen een fractie van de kosten van traditionele materialen," zegt Mondesir. Arevo benadrukt ook wimpel en schroef toepassingen, waar gerapporteerde voordelen zijn:

• On-demand productie om voorraadkosten te managen
• Hogere efficiëntie vs. metaalconstructie
• Weerbaar tegen dienstomgeving
• Complexe geometrieën niet mogelijk met legacy fabricage.

Pad naar industriële productie

Miller zegt dat het eerste doel voor 2018 is om acht DED fabricagecellen te installeren en capaciteit op te bouwen om de productieonderdelen achterstand aan te pakken. "We zullen dit jaar beginnen met volume verzenden," bevestigt hij. Het bedrijf werkt ook met strategische klanten aan sleuteltoepassingen en productontwikkeling. "Onze derde grote focus is om het depositieproces te blijven verfijnen om snelheid te verhogen terwijl kwaliteit en opbrengst behouden blijven," zegt Miller. "We zullen ook onderdelen demonstreren met verschillende vezels en tow formaten." Hij zegt dat het DED proces variabele tow vorm en diameter kan aan, tot 24K tow. "We kunnen printen met PEKK, PAEK, PPS en ook met glas en aramide continue vezel," voegt Miller toe.

Wat over printen met draad en vezeloptica voor multifunctionele composietstructuren? "Dat zou essentieel gewoon een ander vezel voor ons zijn," zegt Miller. Demonstraties van deze capaciteit zijn tot nu toe in het lab. "We kijken naar intellectueel eigendom en hebben lopend R&D in dit gebied," voegt hij toe.

"Niets houdt ons tegen meerdere tows en/of tapes te gebruiken," betoogt Miller. "En er is geen limiet aan welke grootte we kunnen printen. We maken een 2,5m x 1,5m onderdeel voor een luchtvaartbedrijf en kijken ook naar meerdere robots samen gebruiken. Het bedrijf heeft zijn DED fabricagecellen ontwikkeld als modulair, capabel van secundaire operaties te integreren zoals afwerking om hoogwaardige oppervlakken te produceren.

We kunnen ook onze printhoofden op elke industriële robot zetten, dus onze technologie kan geïntegreerd worden in een bestaand proces of volledig nieuwe processen." Hij wijst erop dat Arevo "niet in het printer bedrijf zit, maar deze aanpasbaarheid opent enkele kansen. Het bedrijf heeft 55 octrooien uitgegeven, pending of applicaties in proces.

Wat over generatief ontwerp? Ziet Arevo zichzelf als speler die helpt deze nieuwe benadering van ontwerp en fabricage te realiseren? "Generatief ontwerp is heel anders dan wat we doen omdat het kan eindigen in ontwerpen die moeilijk te fabriceren zijn, wat de kosten opjaagt," reageert Miller. "Onze benadering is om optimalisatie voor fabricage vooraf te includeren."