अगली पीढ़ी की 3D मेटल प्रिंटिंग तकनीक

 (fabric8labs.com)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-06-28 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • Fabric8Labs एक 3D मेटल प्रिंटिंग कंपनी है, जो रूम-टेम्परेचर Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM) के जरिए बिना post-processing के उच्च-घनत्व वाले मेटल पार्ट्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन करना चाहती है
  • इसकी मुख्य खासियत यह है कि यह micron-स्तर की ज्योमेट्रिक resolution, जटिल आंतरिक संरचनाएं, उच्च-शुद्धता सामग्री और तेज scalability को एक साथ सपोर्ट करती है
  • यह पेटेंटेड microelectrode array printhead का उपयोग करती है, और PCB, silicon, तथा मौजूदा metal parts जैसे तापमान-संवेदनशील substrates पर भी सीधे प्रिंट कर सकती है
  • sustainability के लिहाज़ से कंपनी का कहना है कि वैकल्पिक additive technologies और पारंपरिक manufacturing तरीकों की तुलना में यह greenhouse gas emissions को 90% तक कम कर सकती है
  • इसके प्रमुख बाज़ार thermal management, wireless communications, power electronics और emerging applications हैं, और यह high-purity copper के thermal व electrical गुणों का उपयोग करते हुए AI chip cooling तथा satellite communication systems को लक्षित करती है

ECAM-आधारित मेटल 3D प्रिंटिंग

  • Fabric8Labs की मुख्य तकनीक Electrochemical Additive Manufacturing(ECAM) है
  • ECAM एक रूम-टेम्परेचर 3D मेटल प्रिंटिंग विधि है, जो बिना post-processing के जटिल और सघन मेटल पार्ट्स बनाने पर केंद्रित है
  • इसके मुख्य समर्थित गुण इस प्रकार हैं

    • micron-स्तर की ज्योमेट्रिक resolution

      • जटिल आंतरिक संरचनाएं
      • उच्च-शुद्धता सामग्री
      • बड़े पैमाने के निर्माण के लिए तेज scalability

प्रदर्शन, scalability और sustainability

  • high-performance parts के संदर्भ में कंपनी ultra-high resolution और उच्च-शुद्धता वाले मेटल पार्ट्स के उत्पादन पर ज़ोर देती है
    • PCB, silicon, और मौजूदा metal parts जैसे तापमान-संवेदनशील substrates पर भी सीधे प्रिंट किया जा सकता है
  • scalability में पेटेंटेड microelectrode array printhead प्रमुख भूमिका निभाता है
    • यह कई मौजूदा तकनीकों को मिलाकर बड़े पैमाने पर उच्च-गुणवत्ता वाले पार्ट्स का स्थिर उत्पादन करने का तरीका है
  • sustainability के पहलू से, ECAM वैकल्पिक additive technologies और पारंपरिक manufacturing की तुलना में greenhouse gas emissions को 90% तक कम कर सकता है

प्रोडक्टाइज़ेशन सपोर्ट फ्लो

  • Fabric8Labs ग्राहक उत्पाद के बाज़ार-लॉन्च प्रोसेस को IDENTIFY, CREATE, और PROVIDE में विभाजित करती है
  • IDENTIFY चरण में समस्या की ज़रूरत और संभावित समाधान की पहचान की जाती है, और प्रस्तावित समाधान का पहला prototype बनाया जाता है
  • CREATE चरण में समाधान को optimize किया जाता है, यह सत्यापित किया जाता है कि तकनीकी आवश्यकताएं पूरी हो रही हैं या नहीं, और scaling path को प्रमाणित व लागू किया जाता है
  • PROVIDE चरण में प्रोडक्ट लॉन्च के लिए scalability को सत्यापित किया जाता है, जोखिम कम किया जाता है, और बड़े पैमाने पर स्थिर आपूर्ति की व्यवस्था बनाई जाती है

अनुप्रयोग बाज़ार और पार्ट्स की विशेषताएं

  • ECAM बिना post-processing वाले high-resolution 3D-printed metal parts के जरिए कई उद्योगों में metal additive manufacturing की पहुंच बढ़ाने वाली तकनीक है
  • यह खास तौर पर high-purity copper के उत्पादन के लिए उपयुक्त है, जिसके thermal और electrical गुणों का उपयोग किया जा सकता है
  • प्रमुख बाज़ार इस प्रकार हैं
  • उदाहरण के तौर पर इसके उपयोग नवीनतम high-power AI chip cooling से लेकर high-frequency satellite communication systems तक फैले हुए हैं

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-06-28
Hacker News की राय

  • मैंने पहले ऐसा ही कुछ करते हुए एक वीडियो देखा था [1], और electroplating इस्तेमाल करने का आइडिया सही लगा था
    मुझे chemical engineering या materials science की बिल्कुल जानकारी नहीं है, लेकिन इसे असल में लागू होते देखना रोचक है; और electroplating का थोड़ा अनुभव रखने के नाते यह बेहद धीमा भी लग सकता है
    [1] https://youtu.be/W1d36wbx_yg

    • सही है। electroplating पारंपरिक रूप से तेज़ process नहीं है
      इस system का बड़ा हिस्सा material properties बनाए रखते हुए भी mass production के लिए मायने रखने वाली deposition speed हासिल करने के लिए design किया गया है, और लगता है कि लक्ष्य सामान्य electroplating से 100–1000 गुना तेज़ स्तर का है
    • घर पर PCB को electroplate करते समय लगभग 1μm प्रति मिनट तक संभव था
      इससे तेज़ करने पर copper sponge जैसा बढ़ने लगता था, शायद फंसी हुई gas की वजह से। उत्सुक हूं कि उन्होंने यह कैसे किया

  • एक समय मुझे electrochemical 3D printing में दिलचस्पी थी
    deposition बहुत precise हो सकता है और यहां micron-level resolution कहा गया है, लेकिन साधारण approach आमतौर पर धीमी होती है। हालांकि अगर वह precision चाहिए तो यह ज़रूरी नहीं कि समस्या हो, और शायद उन्होंने inkjet printer head की तरह nozzle array का इस्तेमाल करके इसे तेज़ बनाया है
    साथ ही process को चुनिंदा रूप से उल्टा भी चलाया जा सकता है, इसलिए electrochemical printer असल में additive manufacturing और subtractive manufacturing को मिलाने वाली मशीन बन जाता है
    electrochemical होने के कारण ऐसे 3D printer आम तौर पर pure elemental metals और कुछ alloys की deposition तक सीमित लगते हैं, इसलिए material choices काफी घट जाती हैं। फिर भी इसे commercialize होते देखना शानदार है और यह कहां तक जा सकता है, यह जानने की उत्सुकता है

    • अगर nozzle array है, तो मैं दांव लगाऊंगा कि यह electrospray ionization nozzles हो सकते हैं
      mass spectrometers की वजह से यह अच्छी तरह समझी गई technology है, और किसी के इसे miniaturize करने और spray pattern control करने का तरीका बनाने की बात सिर्फ समय की है

  • मैं Fabric8 का CTO हूं। technology या company के बारे में कोई सवाल हो तो जवाब दूंगा
    जैसा कि आप देख सकते हैं, यह मौजूदा metal additive manufacturing methods से काफी अलग process है, और इसके कुछ unique फायदे हैं जिन्हें शेयर करना चाहूंगा

    • मेरे पास बहुत सारे सवाल हैं। वाकई शानदार
      मैं जानना चाहता हूं कि anode के lifetime के दौरान anode consumption और shape change को कैसे compensate किया जाता है। उदाहरण के लिए, क्या center घिसकर खत्म होता है, या आप हर “pixel” को uniform तरीके से इस्तेमाल करने की कोशिश करते हैं
      anode “pixel” की shape और minimum feature size, development के दौरान in-situ measurement किए गए या print के बाद parts और anode को analyze किया गया, और सामान्य surface finish level क्या है—ये भी जानना चाहता हूं
    • सचमुच शानदार, और मुझे ऐसी एक machine चाहिए
      अगर DIY के लिए यह individuals की पहुंच से बाहर है, तो SendCutSend जैसी service हो तो अच्छा होगा। अगर process अपेक्षाकृत gentle है, post-processing कम है और results predictable हैं, तो automation level बढ़ाने के लिए यह अच्छा लगता है
      यह scalable manufacturing के लिए भी फिट हो सकता है, जहां individual machine की speed से ज्यादा कई machines का throughput अहम होता है। अगर इसे non-aerospace कीमत पर बनाया जा सके, तो मैं heatsinks, manifolds, heat exchangers से लेकर कई छोटी-मोटी चीजें design करके देखना चाहूंगा
    • मेरे कुछ सवाल हैं
      क्या oxides, nitrides, carbides ceramics पर print किया जा सकता है, और क्या shaped materials पर भी संभव है? जैसे airfoil या wing के hard shell के अंदर सीधे PCB print करना
      electrochemical printing में कौन-सी material constraints हैं, और क्या aluminum या titanium भी संभव हैं—यह जानना चाहता हूं
      minimum feature size कितना है; उदाहरण के लिए, क्या लगभग 50μm pore size वाली controlled porous/wick structure print की जा सकती है? जिन लोगों के पास printer खरीदने की capital नहीं है, उनके लिए क्या print service भी देंगे—यह भी जानना चाहता हूं
    • hazards या toxicity के लिहाज़ से यह कैसा है, जानना चाहता हूं
      खासकर मौजूदा high-resolution powder-based systems की तुलना में emissions या risks क्या हैं। मैं इस field को अच्छी तरह नहीं जानता, इसलिए शायद यह मूर्खतापूर्ण सवाल हो सकता है
    • ऐसे design में clogging problem को कैसे solve किया गया, यह जानना चाहता हूं
      https://www.youtube.com/watch?v=B-UbDk7LrvU

  • कई metal 3D printers बनाने और design करने के अनुभव से, यह सच में काफी शानदार लगता है
    सभी metal 3D printers को high temperature और oxidation रोकने के लिए inert/reducing gas की जरूरत होती है, और DMLS या powder bed family जैसे ज्यादातर को metal powder भी चाहिए होता है। precision भी impressive है
    पहले binder jetting देखते समय मेरे दिमाग में आए side ideas में से एक 3D organ printing था, क्योंकि feature size काफी छोटा होता है। उत्सुक हूं कि क्या कोई ऐसी दुनिया हो सकती है जहां individual cell solutions पर similar process apply किया जा सके

    • सही है। metal powder feedstock का इस्तेमाल न करने का एक बड़ा फायदा यह है कि minimum feature size अब powder size से सीमित नहीं रहता, बल्कि electrode “pixel” size से तय होता है
      मौजूदा pixel size 33 microns है और समय के साथ यह और छोटा होगा
      room-temperature deposition process की वजह से PCB, ceramics, silicon wafers जैसे substrates पर सीधे print भी किया जा सकता है, जिससे बहुत unique capabilities संभव होती हैं

  • अच्छा लग रहा है
    2016 में मैं जिस चीज़ से छेड़छाड़ कर रहा था, उससे यह मिलता-जुलता लगता है, लेकिन relevant experience और qualifications की कमी के कारण मैंने बस Edison के कहे “bulb न बनाने के तरीके” ही ढूंढ निकाले
    खासकर मैं microelectrode array printhead के साथ experiment करना चाहता था। क्योंकि यह तरीका fabrication process को parallelize कर सकता है, ठीक वैसे ही जैसे photopolymerization FDM से तेज़ होती है

    • करीब 15 साल पहले मैंने multi-electrode approach try की थी
      मेरा काम John D. Madden की original research पर आधारित था
      https://people.ece.ubc.ca/mm/papers/Madden_JMES_1996.pdf
      मैं paper ढूंढकर upload कर सकता हूं, लेकिन ध्यान रहे कि वह सिर्फ undergraduate paper था और उस पर बहुत limited time ही लगाया गया था
    • सही है। microelectrode array process की parallelism बढ़ाने की key है, और इसे point-wise deposition से area-based, यानी एक layer को एक बार में बनाने वाले तरीके में बदल देती है
      DLP/LCD की तुलना laser SLA या FDM से करने वाली analogy अच्छी तरह फिट बैठती है

  • अभी तक मैं समझता था कि ज्यादातर metal 3D printing में पूरी चीज़ को पिघलाकर ठंडा करने की विधि की तुलना में molecular arrangement की वजह से shear force से जुड़ी properties कहीं ज्यादा खराब होती हैं
    पहले किसी ने इससे जुड़ा paper link किया था, पर अब नहीं मिल रहा। जानना चाहूंगा कि क्या यह तरीका उस मामले में बेहतर है

    • शुरुआती तरीकों में से कुछ में ऐसा रहा हो सकता है। क्योंकि उनमें छोटे metal droplets को पिघलाकर एक-दूसरे पर गिराने जैसी प्रक्रिया ज्यादा थी
      आधुनिक तरीके welding machine के काफी करीब काम करते हैं, और इसी वजह से rocket parts को 3D print करना संभव हुआ
    • Texture metal को बनाने वाले crystal lattice arrangements का statistical orientation है, और यह mechanical properties को प्रभावित कर सकता है
      लेकिन आज metal additive manufacturing इतनी विकसित हो चुकी है कि material standards को पूरा कर सके। व्यापक निष्कर्ष निकालने में सावधानी रखनी चाहिए, और सबसे सही जवाब आम तौर पर “स्थिति पर निर्भर करता है” होता है
    • metal 3D printing के तरीके इतने ज्यादा हैं कि technique और use case के हिसाब से चीज़ें सच में बहुत बदलती हैं
      मैं जिनके बारे में बोल सकता हूं, वे SLM हैं—यानी powder bed पर रखा होता है और ऊपर से laser से पिघलाया जाता है—और DED, यानी nozzle से powder निकलता है और ऊपर से laser से पिघलाया जाता है
      अंतिम metal properties को parameters की लगभग अंतहीन list adjust करके बहुत अलग दिशाओं में आसानी से धकेला जा सकता है। metal को पिघलाते समय hardening, tempering, martensite formation जैसी कई चीज़ें साथ-साथ होती हैं, इसलिए process adjust करके “shear properties” को बेहतर भी बनाया जा सकता है और खराब भी
      ऐसे parameters ढूंढना अपने-आप में research field है, और “ज्यादातर मौजूदा metal 3D printing” में properties बेहतर हैं या खराब, यह use case और material पर निर्भर करता है। ऐसी processes के बाद material properties को लेकर सामान्यीकरण नहीं किया जा सकता
    • जानना चाहूंगा कि आपने यह कहां सुना
      आम तौर पर sintered parts की समस्याएं थोड़ी porosity, 3% से कम, धीमे annealing cycles से पैदा internal stress, और वे issues होते हैं जो पारंपरिक machining में भी आ सकते हैं
      हमने metal salt plating process भी देखा था, लेकिन operator risk की वजह से निष्कर्ष निकला कि यह general use के लिए feasible नहीं है। environmental impact risk भी गंभीर था, और hazardous material disposal cost भी साथ आती थी। किसी भी technology में हमेशा trade-off होते हैं
    • अच्छा सवाल है। heat-based processes में यह निश्चित रूप से issue हो सकता है, लेकिन Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM) में मामला काफी अलग है
      ECAM process room temperature पर चलती है और electrodeposition से material जमा करती है, इसलिए melting step नहीं होता
      resulting microstructure करीब 500–1000nm average grain size वाली fine-grained structure होती है, और grains अपेक्षाकृत equiaxed होते हैं, जिससे high strength और isotropic behavior मिलता है। इसलिए laser-based processes को melting और cooling की वजह से जो मुश्किलें होती हैं, वही यहां नहीं दिखतीं

  • लगता है पिछले साल ServeTheHome पर भी इससे जुड़ा article था
    https://www.servethehome.com/next-gen-copper-cold-plates-so-advanced-they-need-to-be-3d-printed-from-fabric8labs/

  • प्रमुख application शायद Asetek के साथ बनाया गया 3D metal printing waterblock है
    Asetek कुख्यात AIO patent troll भी है, और इसमें “quieter pump” व performance improvement जैसी marketing बातें जोड़ी गई हैं
    Arctic सबसे सस्ते विकल्पों में रहते हुए भी industry-leading performance देने वाली और सैकड़ों watts आसानी से dissipate करने वाली AIO cooler line बनाता है
    यह क्षेत्र ऐसा नहीं लगता जहां खास optimization जरूरी हो। high-power RF equipment या laser cooling जैसे specific use cases हों तो समझ आता है, लेकिन अगर showcase application के रूप में दिखाने के लिए सबसे अच्छा यही है, तो मैं थोड़ा skeptical हूं
    लगता है या तो commercialization नहीं हो पा रहा, या कई industries में कोई fatal drawback है, या कोई और वजह है

  • जानना चाहूंगा कि Fabric8Labs के products Desktop Metal[1] जैसी पुरानी companies की offerings से कैसे अलग हैं
    Desktop Metal carbon steel, stainless steel, titanium, tungsten सहित कई materials में parts print कर सकता है
    खासकर tungsten printing मेरी समझ में ठीक से नहीं आती। hobby के तौर पर TIG welding करने वाले के नाते, यह कल्पना करना मुश्किल है कि workshop में electrodes बनाने वाली machine हो सकती है, और required energy बहुत ज्यादा लगती है
    [1] https://www.desktopmetal.com/

    • Fabric8Labs 100% density पर print कर सकता है, जबकि Desktop Metal में बहुत pores होते हैं
      साथ ही Fabric8Labs pure copper को सीधे print कर सकता है, जो historically बहुत कठिन रहा है। process energy efficient भी ज्यादा है और छोटे, complex parts के लिए ज्यादा उपयुक्त है। Desktop Metal materials और size के लिहाज से अलग market को target करता है
      संदर्भ के लिए, मैं Asimov Ventures का GP हूं और Fabric8Labs के pre-seed round में निवेश किया था
    • आम तौर पर ECAM process, laser या furnace से material heat treat करने वाली दूसरी metal additive manufacturing techniques की तुलना में energy-efficient manufacturing method है
      खासकर metal powder बनाने में काफी energy लगती है, और ECAM systems का input ordinary refined metal से कई steps आगे वाला precursor material होता है, इसलिए उस process से बचा जा सकता है
    • आम तौर पर electrolytic processes energy-intensive होती हैं, और Fabric8Labs की process भी इससे अलग नहीं लगती

  • “electrochemical approach micron-scale feature resolution, complex internal geometries, high-purity materials, और mass production को support करने वाली rapid scalability को संभव बनाता है” यह वाक्य सस्ता नहीं सुनाई देता
    distributed 3D manufacturing system में, यह technology कुछ खास critical parts में इस्तेमाल होती हुई दिखती है

    • महंगी से ज्यादा धीमी लगती है
      अगर यह दूसरी electroplating जैसी है, तो z-axis में प्रति सेकंड nanometers के scale के बारे में सोचना होगा, और deposit किए जाने वाले metal के हर 1 mole पर 96,485 ampere-seconds और material के हिसाब से छोटा voltage चाहिए। इसलिए process cost का मोटा अनुमान kg के हिसाब से single-digit euros और ऊपर से electrolyte form में material cost होगा
      https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_constant
    • उल्टा, यह सस्ती भी सुनाई देती है
      कल्पना होती है कि इंसान के आकार के tank में कोई चीज़ electroplating से बहुत धीरे-धीरे, लगातार बढ़ती रहती है और आखिरकार काफी बड़ी object बन जाती है
      यह concept बहुत आकर्षक है। हालांकि electroplating के बारे में मुझे जो पता है, वह इतनी precise और कुछ हद तक fast process से काफी अलग है, इसलिए असल में यह कैसे होता है, ठीक से समझ नहीं आता
    • यह resin printer जैसा हो सकता है
      मुश्किल हिस्सा anode array होगा, लेकिन वह इतना कठिन नहीं लगता। TFT screen manufacturers शायद जरूरी चीज़ बना सकते हैं, और TFT screens सच में बहुत सस्ती होती हैं
    • यह semiconductor manufacturing से काफी मिलता-जुलता है
      फर्क बस इतना है कि यह photochemistry नहीं, बल्कि electrochemistry आधारित है