3D-Metalldrucktechnologie der nächsten Generation
(fabric8labs.com)- Fabric8Labs ist ein 3D-Metalldruck-Unternehmen, das mit elektrochemischer additiver Fertigung bei Raumtemperatur (ECAM) die Massenproduktion hochdichter Metallteile ohne Nachbearbeitung anstrebt
- Das zentrale Alleinstellungsmerkmal ist die gleichzeitige Unterstützung von Mikrometer-Formauflösung, komplexen inneren Strukturen, hochreinen Materialien und schneller Skalierbarkeit
- Zum Einsatz kommt ein patentierter Printkopf mit Mikroelektroden-Array, der direkt auf temperaturempfindliche Substrate wie PCBs, Silizium und bestehende Metallteile drucken kann
- Als Nachhaltigkeitsvorteil wird hervorgehoben, dass sich die Treibhausgasemissionen im Vergleich zu alternativen additiven Technologien und traditionellen Fertigungsverfahren um 90 % senken lassen
- Als Hauptmärkte gelten Wärmemanagement, drahtlose Kommunikation, Leistungselektronik und aufstrebende Anwendungen; adressiert werden dabei KI-Chip-Kühlung und Satellitenkommunikationssysteme unter Nutzung der thermischen und elektrischen Eigenschaften von hochreinem Kupfer
Metall-3D-Druck auf ECAM-Basis
- Die Kerntechnologie von Fabric8Labs ist Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM)
- ECAM ist ein Verfahren für 3D-Metalldruck bei Raumtemperatur, das auf die Herstellung komplexer und dichter Metallteile ohne Nachbearbeitung ausgerichtet ist
- Zu den wichtigsten unterstützten Eigenschaften gehören:
-
Mikrometer-Formauflösung
- komplexe innere Strukturen
- hochreine Materialien
- schnelle Skalierbarkeit für die Massenfertigung
-
Leistung, Skalierbarkeit und Nachhaltigkeit
- Im Hinblick auf Hochleistungskomponenten wird die Produktion ultrahochauflösender und hochreiner Metallteile betont
- Direktes Drucken ist auch auf temperaturempfindlichen Substraten wie PCBs, Silizium und bestehenden Metallteilen möglich
- Der Schlüssel zur Skalierbarkeit ist der patentierte Printkopf mit Mikroelektroden-Array
- Der Ansatz kombiniert mehrere bestehende Technologien, um hochwertige Teile im großen Maßstab stabil zu produzieren
- Beim Thema Nachhaltigkeit kann ECAM die Treibhausgasemissionen im Vergleich zu alternativen additiven Technologien und traditionellen Fertigungsverfahren um 90 % senken
Ablauf der Produktisierung
- Fabric8Labs unterteilt den Markteinführungsprozess für Kundenprodukte in IDENTIFY, CREATE und PROVIDE
- In der Phase IDENTIFY werden der Bedarf eines Problems und potenzielle Lösungsansätze ermittelt sowie ein erster Prototyp der vorgeschlagenen Lösung erstellt
- In der Phase CREATE wird die Lösung optimiert, die Erfüllung technischer Anforderungen validiert und der Skalierungspfad nachgewiesen und umgesetzt
- In der Phase PROVIDE werden für den Produktlaunch die Skalierbarkeit validiert, Risiken reduziert und Strukturen für eine stabile Versorgung in großen Stückzahlen aufgebaut
Zielmärkte und Eigenschaften der Bauteile
- ECAM ist eine Technologie, die mit hochauflösenden 3D-gedruckten Metallteilen ohne Nachbearbeitung den Zugang zur additiven Metallfertigung in verschiedenen Branchen erweitern soll
- Sie eignet sich besonders für die Herstellung von hochreinem Kupfer und kann dessen thermische und elektrische Eigenschaften nutzen
- Zu den wichtigsten Märkten gehören:
- Beispielhafte Anwendungsprobleme reichen von der Kühlung moderner Hochleistungs-KI-Chips bis hin zu Hochfrequenz-Satellitenkommunikationssystemen
Veröffentlichte relevante Meldungen
- Fabric8Labs to be Acquired by TDK Corporation, Accelerating Electrochemical Additive Manufacturing for Data Center and High-Growth Electronics Markets: Meldung zur Übernahme von Fabric8Labs durch die TDK Corporation
- Fabric8Labs Secures $50M to Expand U.S. Advanced Manufacturing Capacity: Meldung über die Sicherung von 50 Millionen US-Dollar zum Ausbau fortschrittlicher Fertigungskapazitäten in den USA
- Tech showcase: Enabling high-density cooling with ECAM: Beispiel für hochdichte Kühlung mit ECAM
- Cooling: The Real AI Accelerator Bottleneck: Einblicke in Kühlungsengpässe bei KI-Beschleunigern
- Fabric8Labs’ ECAM Technology Selected by AEWIN for Advanced Thermal Management Solutions: Meldung, dass AEWIN die ECAM-Technologie von Fabric8Labs für fortschrittliche Wärmemanagementlösungen ausgewählt hat
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Ich habe früher einmal ein Video gesehen, in dem etwas Ähnliches gemacht wurde [1], und die Idee, Galvanisierung zu verwenden, schien plausibel
Von Chemieingenieurwesen oder Materialwissenschaft habe ich keine Ahnung, aber es ist interessant, das tatsächlich umgesetzt zu sehen; aus meiner Perspektive mit etwas Erfahrung in der Galvanisierung dürfte es allerdings absurd langsam sein
[1] https://youtu.be/W1d36wbx_yg
Ein großer Teil dieses Systems scheint darauf ausgelegt zu sein, bei erhaltenen Materialeigenschaften für die Massenproduktion relevante Abscheideraten zu erreichen, offenbar mit dem Ziel, 100- bis 1000-mal schneller als herkömmliches Galvanisieren zu sein
Wenn ich schneller wurde, wuchs das Kupfer schwammartig, vermutlich wegen eingeschlossener Gase. Mich würde interessieren, wie sie das dort gelöst haben
Ich hatte mich eine Zeit lang für elektrochemischen 3D-Druck interessiert
Abscheidung kann sehr präzise sein, und hier ist von Auflösung im Mikrometerbereich die Rede, aber einfache Ansätze sind normalerweise langsam. Wenn man diese Präzision braucht, ist das allerdings nicht unbedingt ein Problem; vermutlich haben sie es mit einem Düsenarray wie bei einem Tintenstrahldruckkopf beschleunigt
Außerdem kann man den Prozess selektiv umkehren, sodass ein elektrochemischer Drucker im Grunde zu einer Maschine wird, die additive Fertigung und Zerspanung kombiniert
Da es elektrochemisch ist, dürften solche 3D-Drucker im Wesentlichen auf die Abscheidung reiner elementarer Metalle und einiger Legierungen beschränkt sein, wodurch die Materialauswahl stark schrumpft. Trotzdem ist es cool zu sehen, dass es kommerzialisiert wird, und ich bin gespannt, wie weit das gehen kann
Dank Massenspektrometern ist die Technik gut verstanden, und es ist nur eine Frage der Zeit, bis jemand sie miniaturisiert und eine Methode zur Kontrolle des Sprühmusters entwickelt
Ich bin der CTO von Fabric8. Wenn es Fragen zur Technologie oder zum Unternehmen gibt, beantworte ich sie gern
Wie ihr seht, ist das ein ziemlich anderer Prozess als bestehende Verfahren der metallischen additiven Fertigung, und es gibt einige besondere Vorteile, die ich gern teilen würde
Mich würde interessieren, wie ihr über die Lebensdauer der Anode hinweg Anodenverbrauch und Formänderungen kompensiert. Zum Beispiel, ob sich die Mitte abnutzt oder ob ihr versucht, jedes „Pixel“ gleichmäßig zu nutzen
Außerdem interessieren mich die Form der Anoden-„Pixel“ und die minimale Feature-Größe, ob ihr während der Entwicklung In-situ-Messungen gemacht oder nach dem Druck Bauteile und Anoden analysiert habt, sowie die typische Oberflächengüte
Wenn man annimmt, dass sie für DIY für Privatleute kaum erschwinglich ist, wäre ein Service wie SendCutSend schön. Wenn der Prozess relativ mild ist, wenig Nachbearbeitung braucht und die Ergebnisse vorhersagbar sind, scheint er sich gut für einen hohen Automatisierungsgrad zu eignen
Er könnte auch gut zu skalierender Fertigung passen, bei der der Durchsatz vieler Maschinen wichtiger ist als die Geschwindigkeit einer einzelnen Anlage. Wenn es sich nur zu Nicht-Luft-und-Raumfahrt-Preisen herstellen ließe, würde ich gern mit Kühlkörpern, Manifolds, Wärmetauschern und vielen kleineren Dingen experimentieren
Mich interessiert, ob man auf Keramiken aus Oxiden, Nitriden oder Karbiden drucken kann und ob es auch auf geformten Materialien möglich ist. Zum Beispiel PCBs direkt auf die Innenseite einer harten Schale für ein Airfoil oder einen Flügel zu drucken
Ich würde gern wissen, welche Materialbeschränkungen es beim elektrochemischen Drucken gibt und ob auch Aluminium oder Titan möglich sind
Wie klein ist die minimale Feature-Größe, und kann man zum Beispiel kontrollierte poröse/Wick-Strukturen mit einer Porengröße von etwa 50 μm drucken? Außerdem interessiert mich, ob ihr für Leute ohne Kapital zum Kauf eines Druckers auch Druckservices anbieten werdet
Besonders im Vergleich zu bestehenden hochauflösenden pulverbasierten Systemen: Welche Abgase oder Risiken gibt es? Ich kenne mich in diesem Bereich nicht gut aus, daher ist die Frage vielleicht naiv
https://www.youtube.com/watch?v=B-UbDk7LrvU
Aus der Perspektive von jemandem, der mehrere Metall-3D-Drucker gebaut und konstruiert hat, sieht das tatsächlich ziemlich cool aus
Alle Metall-3D-Drucker benötigen hohe Temperaturen und inerte/reduzierende Gase zur Vermeidung von Oxidation, und die meisten, wie DMLS oder Pulverbettsysteme, brauchen auch Metallpulver. Die Präzision ist ebenfalls beeindruckend
Eine Nebenidee, die mir früher beim Betrachten von Binder Jetting kam, war 3D-Organdruck, weil die Feature-Größen ziemlich klein sind. Ich frage mich, ob es eine Welt gibt, in der ein ähnlicher Prozess auf Lösungen einzelner Zellen angewendet werden kann
Die aktuelle Pixelgröße beträgt 33 Mikrometer und soll mit der Zeit weiter schrumpfen
Dank des Abscheideprozesses bei Raumtemperatur kann man auch direkt auf Substrate wie PCBs, Keramiken und Siliziumwafer drucken, was sehr einzigartige Funktionen ermöglicht
Sieht gut aus
Es sieht dem ähnlich, woran ich 2016 herumgebastelt habe, aber da mir die einschlägige Erfahrung und Qualifikation fehlten, habe ich nur die von Edison erwähnten „Wege, wie man keine Glühbirne baut“ gefunden
Besonders wollte ich mit einem Druckkopf aus Mikroelektroden-Arrays experimentieren. Denn so ein Ansatz kann den Fertigungsprozess parallelisieren, ähnlich wie Photopolymerisation schneller ist als FDM
Meine Arbeit basierte auf der ursprünglichen Forschung von John D. Madden
https://people.ece.ubc.ca/mm/papers/Madden_JMES_1996.pdf
Ich könnte die Arbeit heraussuchen und hochladen, aber man sollte bedenken, dass es nur eine Bachelorarbeit war und ich sehr wenig Zeit darauf verwendet habe
Der Vergleich DLP/LCD gegenüber Laser-SLA oder FDM passt gut
Soweit ich es verstanden hatte, sind bei den meisten aktuellen Metall-3D-Druckverfahren wegen der molekularen Anordnung die scherkraftbezogenen Eigenschaften deutlich schlechter als bei Verfahren, bei denen alles geschmolzen und wieder abgekühlt wird.
Früher hatte jemand ein entsprechendes Paper verlinkt, aber ich finde es jetzt nicht mehr. Ich frage mich, ob dieses Verfahren in dieser Hinsicht besser ist.
Moderne Verfahren funktionieren viel eher wie ein Schweißgerät, und deshalb kann man inzwischen Raketenbauteile per 3D-Druck herstellen.
Die additive Fertigung von Metallen ist heute aber weit genug entwickelt, um Materialstandards erfüllen zu können. Mit pauschalen Aussagen sollte man vorsichtig sein, und die genaueste Antwort lautet meistens: „Es kommt darauf an.“
Ich kann nur etwas zu SLM sagen, also Pulver, das in einem Bett liegt und von oben mit einem Laser geschmolzen wird, sowie zu DED, also Pulver, das aus einer Düse kommt und von oben mit einem Laser geschmolzen wird.
Die resultierenden Metalleigenschaften lassen sich durch das Anpassen einer endlosen Liste von Parametern leicht in sehr unterschiedliche Richtungen treiben. Beim Schmelzen von Metall passieren gleichzeitig viele Dinge wie Härten, Anlassen und Martensitbildung; durch Prozessanpassungen kann man die „Schereigenschaften“ also verbessern oder verschlechtern.
Solche Parameter zu finden, ist ein eigenes Forschungsgebiet, und ob die Eigenschaften bei „den meisten heutigen Metall-3D-Druckverfahren“ besser oder schlechter sind, hängt von Anwendung und Material ab. Über die Materialeigenschaften nach solchen Prozessen lässt sich nicht allgemein generalisieren.
Im Allgemeinen liegen die Probleme bei gesinterten Teilen in einer gewissen Porosität, unter 3 %, in inneren Spannungen durch langsame Glühzyklen sowie in Problemen, die auch bei herkömmlicher Zerspanung auftreten können.
Wir haben auch Verfahren zur Beschichtung mit Metallsalzen geprüft, kamen aber zu dem Schluss, dass sie wegen der Risiken für Bediener für allgemeine Anwendungen nicht praktikabel sind. Auch die Umweltrisiken waren erheblich, dazu kamen Entsorgungskosten für Gefahrstoffe. Bei jeder Technologie gibt es immer Kompromisse.
Der ECAM-Prozess läuft bei Raumtemperatur und scheidet das Material per Elektroabscheidung ab, es gibt also keinen Schmelzvorgang.
Die resultierende Mikrostruktur ist feinkörnig, mit einer mittleren Korngröße von etwa 500–1000 nm, und besteht aus relativ äquiaxialen Körnern, was hohe Festigkeit und isotropes Verhalten ermöglicht. Daher sieht man dort nicht dieselben Schwierigkeiten, die laserbasierte Verfahren wegen Schmelzen und Abkühlen haben.
Ich glaube, letztes Jahr gab es dazu auch einen Artikel bei ServeTheHome.
https://www.servethehome.com/next-gen-copper-cold-plates-so-advanced-they-need-to-be-3d-printed-from-fabric8labs/
Der wichtigste Anwendungsfall scheint ein zusammen mit Asetek entwickelter 3D-gedruckter Metall-Waterblock zu sein.
Asetek ist auch der berüchtigte AIO-Patenttroll, und die Werbung spricht von „leiseren Pumpen“ und Leistungssteigerungen.
Arctic baut AIO-Kühlerlinien, die zu den günstigsten gehören, zugleich Spitzenleistung liefern und problemlos Hunderte Watt abführen.
Das wirkt nicht wie ein Bereich, der unbedingt Optimierung braucht. Für spezielle Anwendungen wie Hochleistungs-RF-Geräte oder Laserkühlung könnte ich es verstehen, aber wenn das der beste Vorzeige-Anwendungsfall ist, bin ich etwas skeptisch.
Es wirkt, als könnten sie es nicht kommerzialisieren, als gäbe es in mehreren Branchen gravierende Nachteile, oder als stecke ein anderer Grund dahinter.
Ich frage mich, worin sich die Produkte von Fabric8Labs von dem unterscheiden, was ältere Unternehmen wie Desktop Metal[1] anbieten.
Desktop Metal kann Teile aus einer Vielzahl von Materialien drucken, darunter Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Titan und Wolfram.
Besonders Wolfram-Druck bekomme ich schwer eingeordnet. Als jemand, der hobbymäßig WIG-schweißt, kann ich mir kaum vorstellen, in der Werkstatt eine Maschine zu haben, die Elektroden herstellen kann; die nötige Energie dürfte enorm sein.
[1] https://www.desktopmetal.com/
Außerdem kann Fabric8Labs reines Kupfer direkt drucken, was historisch sehr schwierig war. Der Prozess ist zudem energieeffizienter und eignet sich besser für kleine, komplexe Bauteile. Desktop Metal zielt hinsichtlich Materialien und Größe auf einen anderen Markt.
Zur Einordnung: Ich bin GP bei Asimov Ventures und habe in die Pre-Seed-Runde von Fabric8Labs investiert.
Insbesondere die Herstellung von Metallpulver benötigt viel Energie; die Eingaben eines ECAM-Systems sind Vorläufermaterialien, die einige Schritte vor gewöhnlichem raffiniertem Metall liegen, sodass dieser Prozess vermieden werden kann.
Die Formulierung „Der elektrochemische Ansatz ermöglicht Formauflösung im Mikrometermaßstab, komplexe innere Geometrien, hochreine Materialien und schnelle Skalierbarkeit zur Unterstützung der Massenproduktion“ klingt nicht billig.
In einem 3D-Fertigungssystem mit verteilten Kosten sehe ich diese Technologie eher bei bestimmten Schlüsselkomponenten im Einsatz.
Wenn es anderen Galvanikverfahren ähnelt, müsste man in z-Richtung an Nanometer pro Sekunde denken, und pro Mol abgeschiedenem Metall braucht man 96.485 Amperesekunden sowie je nach Material eine geringe Spannung. Daher schätze ich die Prozesskosten grob auf einen einstelligen Eurobetrag pro kg, zuzüglich Materialkosten in Elektrolytform.
https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_constant
Ich stelle mir vor, wie Gegenstände in einem menschengroßen Tank durch Galvanik sehr langsam, aber kontinuierlich wachsen und am Ende ziemlich groß werden.
Dieses Konzept ist sehr reizvoll. Allerdings unterscheidet sich die Galvanik, die ich kenne, ziemlich stark von einem so präzisen und einigermaßen schnellen Prozess, daher verstehe ich nicht wirklich, wie das in der Praxis funktioniert.
Der schwierige Teil ist die Anodenanordnung, aber so schwer sieht das nicht aus. TFT-Display-Hersteller könnten vermutlich das herstellen, was dafür nötig ist, und TFT-Displays sind wirklich günstig.
Der Unterschied ist nur, dass es nicht auf Photochemie, sondern auf Elektrochemie basiert.