Jauna dimensija: kā jaunuzņēmums pārveidoja precīzo ražošanu

Sadarbībā ar BMF

Tradicionālā ražošana saskaras ar nopietnām problēmām, ja tai tiek ātri izveidoti mazi komponenti, kas ietver ļoti sarežģītas, sīkas, precīzi izstrādātas struktūras, piemēram, miniatūrus savienotājus un endoskopu mikrolēcas. Visām šīm detaļām ir nepieciešama augstas klases precizitāte, lai izveidotu precīzu virsmas profilu un sarežģītas iekšējās struktūras, kas ir dārgi. Tagad visprogresīvākā nano/mikro 3-D drukas tehnoloģija pārvar šos šķēršļus, nodrošinot vienkāršāku pielāgošanu un ātrāku šo sarežģīto detaļu ražošanu, vienlaikus atbildot arī uz pieaugošo pieprasījumu pēc precīzas ražošanas citās jomās.

Tirgus pētnieks Technavio prognozē, ka globālais 3-D drukas pakalpojumu tirgus turpinās pieaugt par 44 procentiem katru gadu līdz 2021. gadam. Pieaugošā vajadzība pēc precīzās ražošanas veicina arī precīzās 3-D drukas pakalpojumu izaugsmi. Piemēram, saskaņā ar Transparency Market Research datiem sagaidāms, ka globālajā briļļu tirgū līdz 2018. gadam būs 3,7 procenti saliktā gada pieauguma temps (CAGR), sasniedzot 130 miljardus USD.

[Daudzas] ražošanas problēmas tagad var atrisināt ar šo jauno ātro un lēto ražošanas iespēju, tāpēc potenciālais nano/mikro apdrukāto detaļu tirgus tikai parādās, saka Viljams Plumers, vecākais zinātnieks un BMF Material Technology padomdevējas padomes loceklis. Bostonā/Šenženē bāzēta starta firma, kas ražo nano/mikro 3-D printerus un materiālus, kā arī pielāgotus produktus citiem uzņēmumiem, kuri izmanto tās aprīkojumu.

Lai gan labi zināmi 3-D drukāšanas uzņēmumi, piemēram, Desktop Metal un Carbon, tirgū jau ir piesaistījuši lielu uzmanību, tie koncentrējas uz lielāka mēroga ražošanu. Tehnoloģijai attīstoties, tā ir kļuvusi prasmīgāka, veidojot detalizētākus un mazākus komponentus.

Nano/mikro 3-D druka spēj ģenerēt sarežģītas, nelielas sastāvdaļas. Šis ir visprecīzākais 3-D drukas tehnoloģijas iemiesojums, un tas ir gatavs revolucionizēt precizitātes komponentu ražošanas nozari. Tagad tādi uzņēmumi kā BMF paceļ šo tehnoloģiju jaunā līmenī ar printeriem, kuriem ir mikrometra/nanometra izšķirtspēja un spēja veikt liela apjoma ražošanu. Plummers saka, ka BMF atšķiras ar iekārtu stingrības līmeni un unikālo materiālu un procesu izvēli: BMF precīzā 3-D drukas tehnoloģija var izgatavot nelielas mehāniskas detaļas, piemēram, sīkas atsperes, īpašas elektrisko savienotāju formas un pat sarežģītas un prasīgas ierīces, piemēram, sirds stenti.

Kā tas strādā

Tikai daži tehnoloģiskie sasniegumi ir aizrāvuši sabiedrības iztēli un iedvesmojuši inženierzinātņu un māksliniecisko radošumu tādā pašā mērā kā 3-D druka, īpaši nano/mikro 3-D druka. No digitālā faila ir iespējams izveidot fizisku trīsdimensiju objektu. Lai gan tā nav jauna tehnoloģija, jaunākie sasniegumi ir padarījuši to par praktiskāku veidu, kā izveidot prototipus, vienreizējus komponentus un pārāk dārgus vai grūti izgatavojamus priekšmetus, izmantojot tradicionālās metodes, piemēram, formēšanu un CNC (datora ciparu vadības) apstrādi.

BMF izmanto metodi, ko sauc par impulsu (Projection Micro Litho Stereo Exposure), kas ir līdzīga metodei, ko izmanto mikromēroga video displeja ierīcē, kad attēlu sērija tiek secīgi projicēta caur samazināšanas objektīvu, lai sacietētu gaismas jutīgo fotopolimēru sveķus. Kad samazinātais attēla raksts ir fokusēts uz gaismjutīgajiem sveķiem, ultravioletā gaisma ierosina sacietēšanas vai sacietēšanas procesu, kas ir pazīstams kā fotocrosslinking. Tikai gaismas apgaismotā zona sacietē un sacietē noteiktajā 3-D formā. Projicētos gaismas modeļus nosaka 3-D attēli, kas ir datora ģenerēta 3-D modeļa sadaļas. Apvienojumā ar dažādām pēcapstrādes metodēm BMF var ražot plašu produktu klāstu, tostarp tādus priekšmetus kā keramika un optiskās lēcas.

Galvenā atšķirība starp nano/mikro un tradicionālo 3-D drukāšanu ir precizitātes un izšķirtspējas pakāpe, ko nodrošina nano/mikro 3-D drukāšana. Aprakstot šo 3-D drukāšanas metodi, izšķirtspēja nonāk mezo, mikro un nano (t.i., viena miljardā daļa no metra) līmenī. Šis 3-D drukas kalibrs var atkārtot miniatūras, patiesi mikroskopiskas sastāvdaļas tādā detalizācijas un precizitātes līmenī, ko nav iespējams sasniegt ar tipisku 3-D drukāšanu.

Pēdējos gados 3-D drukāšana ir sasniegusi punktu, kurā patērētāji var iegādāties 3-D printeri par jebkur no 200 līdz 500 USD. Tomēr šiem lētajiem printeriem ir maz līdzības ar izsmalcinātajiem nano/mikro 3-D printeriem, ko tagad ražo un izmanto dažādu komponentu ražošanai, piemēram, BMF.

Precīzijas ražošana

BMF augstas izšķirtspējas nano/mikro 3-D drukas tirgū ienāca 2016. gada maijā, kad tas atdalījās no MIT nanofotonikas un 3D nanomanufacturing laboratorijas. Uzņēmuma tehnoloģija ir balstīta uz to pašu tehnoloģiju, kas tika nosaukta par vienu no MIT tehnoloģiju apskats 10 revolucionāras tehnoloģijas 2014. un 2015. gadā. (Patiesībā Nikolass Fans, BMF līdzdibinātājs/galvenais zinātnieks, ir daļa no vadošās nano/mikro 3-D drukas tehnoloģiju komandas, ko atzinusi MIT tehnoloģiju apskats 2015. gadā.)

BMF koncentrējas uz mazāku precizitātes komponentu ražošanu, tomēr lielākos apjomos, kas nepieciešami nozares segmentiem, piemēram, medicīnas ierīcēm. BMF 3-D drukas sistēma var sasniegt lielu apjomu mūsu ražoto komponentu mazā izmēra dēļ, saka Xiaoning He, uzņēmuma līdzdibinātājs / izpilddirektors. Nelieli detaļu izmēri ļauj vienlaikus izdrukāt lielu skaitu komponentu. Piemēram, BMF 3-D printeri stundas laikā var izgatavot simtiem lēcu ar aptuveni vienu milimetru diametru, kā rezultātā ražošanas jauda ir simtiem tūkstošu gabalu gadā, kas var apmierināt endoskopu ražotāju pieprasījumu pēc apjoma. Turklāt katru detaļu komplektā ietilpstošo komponentu var izgatavot pēc pasūtījuma neatkarīgi no saražoto komponentu skaita. Šīs iespējas var apmierināt rūpniecisko klientu pieprasījumu pēc apjoma, kuriem nepieciešami mazi precīzijas komponenti.

Inovatīva tehnoloģija

Ar savu novatorisko pieeju BMF komanda ir vērsta uz optikas nozari. Ienesīgais optisko briļļu tirgus Ķīnā vien veido 12 miljardus ASV dolāru gadā. Lielākā daļa briļļu nav īsti personalizētas atbilstoši indivīda vajadzībām un specifikācijām, bet ir balstītas uz standarta receptēm. Sarežģītas brilles, piemēram, brīvas formas lēcas, ir dārgas, saka Yi Zhen, Pekinas Oftalmoloģijas institūta Medicīnas tehnoloģiju pārneses departamenta direktora vietnieks Pekinā. Tongren slimnīca . Piemēram, mazumtirdzniecības cena personalizētu brīvas formas lēcu pārim [izmantojot tradicionālo ražošanu] var sasniegt pat 1300 USD.

Cilvēka acs ir sarežģīts orgāns, un tā nav perfekta optiskā sistēma. Nav divu vienādu acu, saka Džens. Taču tradicionālās lēcas tiek ražotas no pusfabrikātiem lēcu sagatavēm, kas ir rūpnīcā izlietas masu daudzumā. Personalizētas brīvas formas lēcas sniedz iespēju atbrīvot briļļu lietotājus no tradicionālo, sērijveidā ražoto lēcu optiskajiem kompromisiem. Tradicionāliem personalizētiem brīvas formas objektīviem ir nepieciešamas dārgas iekārtas… tāpēc lielākā daļa cilvēku to nevar atļauties. Tādējādi lielākā daļa pacientu nevar sasniegt ideālu redzes korekciju, un viņu redze turpina pasliktināties.

Pekinas Tongren slimnīca ir lielākā oftalmoloģiskā slimnīca Ķīnā, kurā katru gadu tiek apmeklēts aptuveni viens miljons pacientu. Ningli Vangs, Pekinas Tongren profesors, un viņa komanda ir apvienojušies ar BMF, lai ražotu zemu izmaksu personalizētas brīvas formas lēcas atbilstoši katras personas receptei. Komanda ir veiksmīgi izstrādājusi un izgatavojusi izsmalcinātu personalizētu objektīvu ar šādām dizaina iezīmēm:

• Torisks dizains, kas koriģē astigmatismu un samazina aberācijas;
• Asfērisks dizains, kas koriģē tuvredzību un samazina lēcas malas biezumu;
• Perifērijas defokusa dizains, kas kontrolē tuvredzības attīstību bērniem.

Lai gan šādu brīvas formas objektīvu tradicionāli ražot ir grūti un dārgi, ar BMF tehnoloģiju tā izgatavošana aizņem tikai aptuveni četras stundas, un objektīva izmaksas ir līdzīgas parasta objektīva izmaksām. Ar daudz zemākām sistēmas izmaksām un ražošanas ātrumu 3-D drukātās lēcas ir iestatītas, lai radītu revolūciju īpašu briļļu lēcu piegādē oftalmoloģijas profesijā, saka Mo Jalie, vecākais zinātnieks un BMF padomdevējas padomes loceklis.

BMF tehnoloģija var arī potenciāli mainīt daudzas citas oftalmoloģiskas jomas, tostarp pēc pasūtījuma izgatavotu koriģējošu kontaktlēcu izveidi, kas palīdz pacientiem ar sarežģītām novirzēm pēc tādām problēmām kā radzenes transplantācija, keratokonuss (progresējoša acu slimība, kurā parasti apaļā radzene deformējas konusam līdzīga forma) un apstākļi, ko izraisa ārēji ievainojumi. 3-D druka optisko lēcu nozarei ir kā digitālā druka izdevējdarbībai, saka Vans. Šī jaunā tehnoloģija nodrošina ātrāku, lētāku, elastīgāku un precīzāku objektīvu ražošanu.

Jauni ražošanas izmēri

Ir neskaitāmi citi precīzas lietošanas gadījumi nano/mikro 3-D drukāšanai, piemēram, sirds stenti, endoskopu lēcas un īpaši elektriskie savienotāji, saka Xiaoning. Pašlaik ir nepieciešama lāzera apstrāde, lai izgrieztu sarežģīto sirds stentu iekšējo struktūru. 3-D druka var vieglāk ģenerēt nepieciešamo struktūru, nodrošināt sarežģītākus dizainus un ievērojami samazināt izmaksas, salīdzinot ar tradicionālajām ražošanas metodēm.

Elektriskie savienotāji arī kļūst mazāki un sarežģītāki. Nano/mikro 3-D drukas tehnoloģija sniedz inženieriem rīkus, lai izstrādātu sarežģīti sarežģītus un neregulāras formas savienotājus. Xiaoning saka, ka BMF ir saņēmis pasūtījumus arī daudzās citās jomās, tostarp precīzās keramikas komponentēs.

Tāpat kā jebkura jauna tehnoloģija, nano/mikro 3-D druka kļūst precīzāka, jaudīgāka un lētāka. Tas var nodrošināt lielāku precizitāti ar ievērojami zemākām izmaksām un ir ātrāks un vienkāršāks nekā tradicionālās metodes, nodrošinot līdzīgu precizitātes līmeni.

Vispasaules augstas precizitātes ražoto detaļu tirgus ir ļoti prasīgs un ienesīgs. Un lielāko daļu laika tradicionālā tehnoloģija vienkārši nedarbojas vispār, saka Xiaoning. Aprakstot izaicinājumus, kas saistīti ar mikroskopisko komponentu ražošanu, viņš citē nozares frāzi: Dažreiz mēs sakām: 'Jo mazāks, jo grūtāk.'

Lai uzzinātu vairāk par nano/mikro 3-D drukas tehnoloģiju, apmeklējiet vietni www.bmftec.cn

paslēpties