Arevo 2018: Pionera en impresión 3D de fibra continua para producción industrial

FUENTE de todas las imágenes: Arevo.

CW ha cubierto a Arevo (Santa Clara, CA, EE. UU.) desde 2014. Conocida por su uso de polímeros termoplásticos de alto rendimiento, incluyendo poliéteretercetona (PEEK), poliariletercetona (PAEK), poliéterimida (PEI) y polifenileno sulfuro (PPS), la empresa también fue líder en el desarrollo de control robótico de lazo cerrado para impresión 3D, permitiendo la colocación de fibra en la dirección z y a lo largo de curvas 3D. La empresa tiene una lista de nuevos desarrollos, incluyendo su proceso de deposición de energía directa (DED) usando calentamiento láser para un aumento de 100 veces en la velocidad de producción.

Nuevo CEO y financiación Serie B

Jim Miller se unió a Arevo como CEO hace tres meses. Fue empleado temprano de Amazon y pasó ocho años en Google, más recientemente como VP de operaciones mundiales. "En realidad he pasado la mayor parte de mi carrera ayudando a empresas jóvenes a escalar", dice Miller, "me entusiasmó el enfoque de Arevo para la impresión 3D de composites y veo una enorme oportunidad para cambiar cómo el mundo diseña y fabrica estructuras complicadas en una miríada de aplicaciones".

La empresa también ha completado su financiación Serie B, recaudando 12,5 millones de dólares con Asahi Glass Co. (AGC, Tokio, Japón) liderando la ronda. "Son el mayor productor mundial de vidrio automotriz", dice Miller. "Tienen buenas relaciones en la industria automotriz y ven una gran oportunidad para nuevas tecnologías de composites en aplicaciones automotrices". Otros inversores incluyen In-Q-Tel (Arlington, VA, EE. UU.), Sumitomo Corporation (Tokio, Japón) y Leslie Ventures. Miller dice que Sumitomo, uno de los mayores conglomerados japoneses y líder en tecnologías de petróleo y gas, está interesado en aplicar la tecnología de impresión 3D de Arevo en todas sus actividades industriales, que incluyen construcción, transporte, infraestructura y energía.

Producción industrial de composites termoplásticos

"Nuestras nuevas celdas de fabricación usan un robot industrial estándar, una plataforma de construcción rotativa y un láser para calentamiento", explica Miller. "Llamamos al proceso deposición de energía directa (DED)". Dentro de la celda de fabricación segura para láser, el robot tiene un efectador final de cabezal de impresión con gestión térmica propietaria, electrónica personalizada y sistemas de visión que permiten inspección in-situ. "El proceso es mayormente manos-libre/sin luces", dice Miller. "Estas nuevas celdas producen un aumento de más de 100 veces en la velocidad de producción". El director técnico Wiener Mondesir añade: "El láser proporciona energía ilimitada. Podemos controlarla e ir más rápido para lograr tasas de producción industriales". Pero Miller señala: "Esto no es cuestión de qué tan rápido pueden moverse las máquinas o cuánto material se puede aplicar porque estamos construyendo composites estructurales complejos a un cuarto del coste de los composites tradicionales".

Manufactura de Composites No Tradicional — El proceso DED de Arevo permite supuestamente la producción de piezas de composite termoplástico reforzado con fibra continua a ¼ del coste de los composites tradicionales. (Cálculos basados en pieza de 1 m). 

"Estamos persiguiendo la fabricación económicamente viable de piezas de composite termoplástico a gran escala", dice Miller. "Abordamos esta manufactura desde una perspectiva no tradicional de composites". Sin embargo, el cabezal de impresión integra capacidad de compactación y las piezas aún cumplen con los requisitos de calidad tradicionales de composites. "Podemos lograr piezas de composite termoplástico con contenido de vacíos mucho menor al 1%", atestigua Miller. "Arevo sigue mejorando su proceso y cumplirá propiedades mecánicas para requisitos de estructura primaria en un futuro próximo".

Software Pathfinder

Parte de la "perspectiva no tradicional de composites" que menciona Miller arriba es la inversión de Arevo en software de diseño y proceso digital. "Hemos colapsado un flujo de trabajo completo en el software", dice Miller. "Puede proporcionar un análisis 3D completo de la pieza y desarrollar la orientación de fibra optimizada usando módulos de FEA Aditiva (AFEA). Gran parte de nuestro éxito está impulsado por el software y la simulación de producción de piezas. Ejecutamos el diseño generado por computadora a través de nuestro software de simulación de proceso y muestra los parámetros de proceso incluyendo temperaturas, trayectoria de impresión, alabeo y encogimiento del material impreso, así como tensiones residuales. Esto nos permite realmente entender y optimizar el proceso para producir piezas de muy alta calidad".

Dice que el testimonio del software de Arevo es que las propiedades de la pieza fabricada están dentro del 5% de las propiedades simuladas, lo que Miller señala que está básicamente al nivel del margen de error de medición de prueba. Añade que Arevo también está usando aprendizaje automático de una manera única.

Demostrando las posibilidades

Hace apenas un mes, Arevo mostró lo que cree que es la primera bicicleta impresa en 3D del mundo en el evento Sea Otter (19-22 de abril, Monterey, CA, EE. UU.). "Nuestro objetivo era demostrar lo que nuestro software y proceso pueden lograr", explica Miller. "Trabajamos con la firma de diseño industrial de Colorado Studio West para desarrollar el diseño de cuadro de bicicleta en voladizo". Señala que Studio West es bien conocida en la industria de la bicicleta, trabajando con algunos de los principales fabricantes. "Inicialmente nos dieron un diseño de cuadro muy tradicional", dice Miller. "Pero queríamos mostrar cómo Arevo puede aplicar fibras continuas de formas novedosas, así que continuamos trabajando con ellos a través de varias iteraciones". Añade que el equipo de Arevo quería optimizar la rigidez y flexión del cuadro de la bicicleta, pero también demostrar la estética novedosa posible con su tecnología de manufactura aditiva. "Terminamos con un diseño de bicicleta muy único", dice Miller. El cuadro de la bicicleta está hecho con tow de fibra de carbono 12K continuo y PEEK, pero Miller dice que también es posible usar nailon.

El cuadro de bicicleta de composite CF impreso en 3D de Arevo se adapta fácilmente a una amplia gama de productos para el mercado de la bicicleta incluyendo e-bikes, cargo bikes, recumbents, 3-ruedas, bicicletas infantiles, fat bikes, BMX, cruisers y más. FUENTE: Arevo.

Los cuadros de bicicleta no son el único ejemplo de lo que Arevo está logrando en manufactura aditiva de composites. "Pequeñas empresas de robótica están construyendo robots de gran estructura que estamos ayudando a aligerar a una fracción del coste de materiales tradicionales", dice Mondesir. Arevo también destaca aplicaciones de impulsores y hélices, donde los beneficios reportados incluyen:

• Producción bajo demanda para gestionar coste de inventario
• Mayor eficiencia vs. construcción metálica
• Resistente al entorno de servicio
• Geometrías complejas no posibles con manufactura tradicional.

Camino a la producción industrial

Miller dice que la primera meta para 2018 es instalar ocho celdas de fabricación DED y aumentar capacidad para abordar su acumulación de piezas de producción. "Comenzaremos a enviar productos en volumen este año", afirma. La empresa también trabaja con clientes estratégicos en aplicaciones clave y desarrollo de productos. "Nuestro tercer gran enfoque es seguir refinando el proceso de deposición para aumentar la velocidad manteniendo calidad y rendimiento", dice Miller. "También demostraremos piezas con diferentes fibras y tamaños de tow". Dice que el proceso DED puede manejar forma y diámetro de tow variable, hasta 24K tow. "Podemos imprimir con PEKK, PAEK, PPS y también con fibra continua de vidrio y aramida", añade Miller.

¿Qué hay de imprimir con alambre y fibra óptica para estructuras compuestas multifuncionales? "Eso sería esencialmente solo otra fibra para nosotros", dice Miller. Las demostraciones de esta capacidad han sido, hasta ahora, en el laboratorio. "Estamos mirando propiedad intelectual y tenemos I+D en curso en esta área", añade.

"Nada nos impide usar múltiples tows y/o cintas", sostiene Miller. "Y realmente no hay límite para el tamaño que podemos imprimir. Estamos haciendo una pieza de 2,5 m x 1,5 m para una empresa aeroespacial y también estamos mirando usar múltiples robots juntos. La empresa ha desarrollado sus celdas de fabricación DED para ser modulares, capaces de tener operaciones secundarias integradas como acabado para producir superficies de alta calidad.

También podemos poner nuestros cabezales de impresión en cualquier robot industrial, así que nuestra tecnología puede integrarse en un proceso existente o en procesos completamente nuevos". Señala que Arevo "no está en el negocio de impresoras, pero esta adaptabilidad abre oportunidades. La empresa tiene 55 patentes concedidas, pendientes o en proceso de solicitud.

¿Qué hay del diseño generativo? ¿Se ve Arevo como un actor que ayude a realizar este nuevo enfoque de diseño y manufactura? "El diseño generativo es muy diferente a lo que hacemos porque puede terminar con diseños difíciles de fabricar, lo que eleva el coste", responde Miller. "Nuestro enfoque es incluir optimización para manufactura desde el principio".