Công nghệ in kim loại 3D thế hệ mới
(fabric8labs.com)- Fabric8Labs là công ty in kim loại 3D nhắm đến sản xuất hàng loạt các linh kiện kim loại mật độ cao không cần hậu xử lý bằng sản xuất bồi đắp điện hóa ở nhiệt độ phòng (ECAM)
- Điểm khác biệt cốt lõi là hỗ trợ đồng thời độ phân giải hình dạng cấp micron, cấu trúc bên trong phức tạp, vật liệu độ tinh khiết cao và khả năng mở rộng nhanh
- Sử dụng đầu in mảng vi điện cực đã được cấp bằng sáng chế, có thể in trực tiếp lên cả các đế nhạy cảm với nhiệt độ như PCB, silicon và linh kiện kim loại hiện có
- Về tính bền vững, công ty nêu lợi thế rằng công nghệ này có thể giảm 90% phát thải khí nhà kính so với các công nghệ bồi đắp thay thế và phương pháp sản xuất truyền thống
- Lấy quản lý nhiệt, truyền thông không dây, điện tử công suất và các ứng dụng mới nổi làm thị trường chính, nhắm đến làm mát chip AI và hệ thống truyền thông vệ tinh bằng cách tận dụng đặc tính nhiệt và điện của đồng độ tinh khiết cao
In kim loại 3D dựa trên ECAM
- Công nghệ cốt lõi của Fabric8Labs là Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM)
- ECAM là phương thức in kim loại 3D ở nhiệt độ phòng, tập trung vào việc tạo ra các linh kiện kim loại phức tạp và đặc chắc mà không cần hậu xử lý
- Các đặc tính hỗ trợ chính như sau
-
Độ phân giải hình dạng cấp micron
- Cấu trúc bên trong phức tạp
- Vật liệu độ tinh khiết cao
- Khả năng mở rộng nhanh cho sản xuất hàng loạt
-
Hiệu năng, khả năng mở rộng và tính bền vững
- Về linh kiện hiệu năng cao, công ty nhấn mạnh khả năng sản xuất linh kiện kim loại độ tinh khiết cao với độ phân giải siêu cao
- Có thể in trực tiếp lên cả các đế nhạy cảm với nhiệt độ như PCB, silicon và linh kiện kim loại hiện có
- Khả năng mở rộng xoay quanh đầu in mảng vi điện cực đã được cấp bằng sáng chế
- Đây là cách tiếp cận kết hợp nhiều công nghệ hiện có để sản xuất ổn định các linh kiện chất lượng cao ở quy mô lớn
- Về tính bền vững, ECAM có thể giảm 90% phát thải khí nhà kính so với các công nghệ bồi đắp thay thế và phương pháp sản xuất truyền thống
Quy trình hỗ trợ thương mại hóa sản phẩm
- Fabric8Labs chia quá trình đưa sản phẩm của khách hàng ra thị trường thành IDENTIFY, CREATE, PROVIDE
- Ở giai đoạn IDENTIFY, công ty xác định nhu cầu của vấn đề và giải pháp tiềm năng, đồng thời tạo nguyên mẫu đầu tiên của giải pháp được đề xuất
- Ở giai đoạn CREATE, công ty tối ưu hóa giải pháp, xác minh việc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, chứng minh và triển khai lộ trình mở rộng
- Ở giai đoạn PROVIDE, công ty xác minh khả năng mở rộng để ra mắt sản phẩm, giảm rủi ro và xây dựng hệ thống cung ứng hàng loạt, ổn định
Thị trường ứng dụng và đặc tính linh kiện
- ECAM là công nghệ nhằm mở rộng khả năng tiếp cận sản xuất bồi đắp kim loại trong nhiều ngành bằng các linh kiện kim loại in 3D độ phân giải cao không cần hậu xử lý
- Đặc biệt phù hợp để sản xuất đồng độ tinh khiết cao, có thể tận dụng các đặc tính nhiệt và điện
- Các thị trường chính như sau
- Các vấn đề ứng dụng ví dụ bao gồm từ làm mát chip AI công suất cao đời mới đến hệ thống truyền thông vệ tinh tần số cao
Tin tức liên quan đã công bố
- Fabric8Labs to be Acquired by TDK Corporation, Accelerating Electrochemical Additive Manufacturing for Data Center and High-Growth Electronics Markets: tin TDK Corporation mua lại Fabric8Labs
- Fabric8Labs Secures $50M to Expand U.S. Advanced Manufacturing Capacity: tin huy động 50 triệu USD để mở rộng năng lực sản xuất tiên tiến tại Mỹ
- Tech showcase: Enabling high-density cooling with ECAM: trường hợp làm mát mật độ cao bằng ECAM
- Cooling: The Real AI Accelerator Bottleneck: góc nhìn về nút thắt làm mát của bộ tăng tốc AI
- Fabric8Labs’ ECAM Technology Selected by AEWIN for Advanced Thermal Management Solutions: tin AEWIN chọn công nghệ ECAM của Fabric8Labs cho các giải pháp quản lý nhiệt tiên tiến
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Trước đây tôi từng xem một video làm thứ tương tự [1], và ý tưởng dùng mạ điện có vẻ hợp lý
Tôi hoàn toàn không biết gì về kỹ thuật hóa học hay khoa học vật liệu, nhưng thấy nó được triển khai thực tế thì khá thú vị; với chút kinh nghiệm mạ điện của mình, tôi cũng có cảm giác là nó sẽ chậm một cách khó tin
[1] https://youtu.be/W1d36wbx_yg
Có vẻ phần lớn hệ thống này được thiết kế để vừa duy trì đặc tính vật liệu, vừa đạt tốc độ đắp lớp có ý nghĩa cho sản xuất hàng loạt, nhắm tới mức nhanh hơn mạ điện thông thường khoảng 100–1000 lần
Nếu nhanh hơn, đồng sẽ mọc ra như bọt biển, có lẽ do khí bị kẹt. Tôi tò mò bên đó đã xử lý thế nào
Có một thời tôi quan tâm đến in 3D điện hóa
Quá trình lắng đọng có thể rất chính xác, và ở đây họ nói là độ phân giải cấp micron, nhưng cách tiếp cận đơn giản thường chậm. Tuy vậy, nếu cần độ chính xác đó thì chưa chắc đã là vấn đề; có lẽ họ đã làm cho nó nhanh hơn bằng cách dùng mảng vòi phun giống như đầu in phun
Ngoài ra, quy trình có thể được đảo chiều một cách chọn lọc, nên máy in điện hóa thực chất trở thành thiết bị kết hợp giữa gia công bồi đắp và gia công cắt gọt
Vì là điện hóa, các máy in 3D kiểu này có lẽ nhìn chung sẽ bị giới hạn ở việc lắng đọng kim loại nguyên tố tinh khiết và một số hợp kim, do đó phạm vi lựa chọn vật liệu bị thu hẹp đáng kể. Dù vậy, thấy nó được thương mại hóa thật tuyệt, và tôi tò mò nó có thể đi xa đến đâu
Đây là công nghệ đã được hiểu rất rõ nhờ máy khối phổ, và chỉ còn là vấn đề thời gian trước khi ai đó thu nhỏ nó và tìm ra cách kiểm soát mẫu phun
Tôi là CTO của Fabric8. Nếu có thắc mắc gì về công nghệ hoặc công ty, tôi sẽ trả lời
Như các bạn thấy, đây là một quy trình khá khác so với các phương pháp sản xuất bồi đắp kim loại hiện có, và có một số lợi thế độc đáo mà tôi muốn chia sẻ
Tôi tò mò các bạn bù trừ sự tiêu hao và thay đổi hình dạng của anode trong suốt vòng đời anode như thế nào. Ví dụ, phần giữa có bị mòn mất không, hay các bạn cố dùng đều từng “pixel”
Tôi cũng tò mò về hình dạng “pixel” của anode và kích thước chi tiết tối thiểu, trong quá trình phát triển các bạn đã đo trực tiếp khi vận hành hay phân tích chi tiết và anode sau khi in, cũng như mức độ hoàn thiện bề mặt thông thường
Nếu xem đây là thứ cá nhân khó kham nổi cho mục đích DIY, thì sẽ rất tuyệt nếu có một dịch vụ như SendCutSend. Nếu quy trình tương đối ôn hòa, ít hậu xử lý và kết quả có thể dự đoán được, có vẻ nó rất phù hợp để nâng mức tự động hóa
Nó cũng có thể hợp với mô hình sản xuất mở rộng, nơi thông lượng từ việc vận hành nhiều máy quan trọng hơn tốc độ của từng máy riêng lẻ. Miễn là có thể làm ra với mức giá không phải kiểu hàng không vũ trụ, tôi muốn thử thiết kế đủ thứ, từ tản nhiệt, manifold, bộ trao đổi nhiệt cho đến nhiều món lặt vặt
Tôi tò mò liệu có thể in lên trên gốm oxide, nitride, carbide không, và có thể in lên vật liệu đã có hình dạng không. Ví dụ như in PCB trực tiếp lên mặt trong của một lớp vỏ cứng cho cánh hoặc airfoil
Tôi muốn biết in điện hóa có những hạn chế vật liệu nào, và liệu nhôm hay titan có khả thi không
Kích thước chi tiết tối thiểu là bao nhiêu, chẳng hạn có thể in cấu trúc xốp/wick có kiểm soát với kích thước lỗ khoảng 50μm không. Tôi cũng tò mò liệu họ có cung cấp dịch vụ in cho những người không có vốn mua máy in không
Đặc biệt so với các hệ thống dựa trên bột độ phân giải cao hiện có, khí thải hay các yếu tố rủi ro như thế nào. Tôi không rành lĩnh vực này nên có thể đây là câu hỏi ngớ ngẩn
https://www.youtube.com/watch?v=B-UbDk7LrvU
Với tư cách người từng chế tạo và thiết kế nhiều máy in 3D kim loại, thứ này thật sự trông khá tuyệt
Mọi máy in 3D kim loại đều cần nhiệt độ cao và khí trơ/khử để chống oxy hóa; hầu hết, như DMLS hay các hệ bột nền, cũng cần bột kim loại. Độ chính xác cũng rất ấn tượng
Một trong những ý tưởng phụ tôi từng nghĩ tới khi xem xét binder jetting là in 3D cơ quan, vì kích thước đặc trưng khá nhỏ. Tôi tự hỏi liệu có thế giới nào trong đó quy trình tương tự có thể áp dụng cho dung dịch chứa từng tế bào hay không
Kích thước pixel hiện tại là 33 micron và sẽ còn nhỏ hơn theo thời gian
Nhờ quy trình lắng đọng ở nhiệt độ phòng, cũng có thể in trực tiếp lên các đế như PCB, gốm, wafer silicon, cho phép triển khai những chức năng rất độc đáo
Trông hay đấy
Có vẻ giống thứ tôi từng mày mò năm 2016, nhưng vì thiếu kinh nghiệm và năng lực liên quan, tôi chỉ tìm ra những “cách không làm bóng đèn” như Edison từng nói
Đặc biệt tôi đã muốn thử nghiệm đầu in dạng mảng vi điện cực. Bởi cách này có thể song song hóa quy trình chế tạo, tương tự như quang trùng hợp nhanh hơn FDM
Công việc của tôi dựa trên nghiên cứu ban đầu của John D. Madden
https://people.ece.ubc.ca/mm/papers/Madden_JMES_1996.pdf
Tôi có thể tìm và đăng bài luận văn đó, nhưng cần lưu ý rằng dù sao đó cũng chỉ là luận văn bậc đại học và tôi chỉ dành rất ít thời gian cho nó
Phép so sánh giữa DLP/LCD với laser SLA hoặc FDM khá phù hợp
Tôi hiểu rằng hiện nay phần lớn in 3D kim loại có đặc tính liên quan đến lực cắt kém hơn nhiều so với cách nung chảy toàn bộ rồi làm nguội, do cách sắp xếp phân tử
Trước đây có người từng link một bài báo liên quan cho tôi, nhưng giờ không tìm được nữa. Tôi tò mò liệu phương pháp này có tốt hơn ở điểm đó không
Các phương pháp mới hơn hoạt động giống máy hàn hơn nhiều, và nhờ vậy mới có thể in 3D các linh kiện tên lửa
Tuy nhiên, sản xuất bồi đắp kim loại hiện nay đã phát triển đủ để đáp ứng các tiêu chuẩn vật liệu. Cần cẩn trọng với những kết luận bao quát, và câu trả lời chính xác nhất thường là “còn tùy trường hợp”
Những gì tôi có thể nói là SLM, tức cách bột được đặt trên một bàn vật liệu rồi được laser từ phía trên làm nóng chảy, và DED, tức cách bột đi ra từ vòi phun rồi được laser từ phía trên làm nóng chảy
Các đặc tính kim loại thu được có thể dễ dàng bị đẩy theo những hướng rất khác nhau bằng cách điều chỉnh một danh sách tham số dài vô tận. Khi làm nóng chảy kim loại, rất nhiều hiện tượng như tôi cứng, ram, chuyển biến martensite diễn ra đồng thời, nên nếu điều chỉnh quy trình, có thể làm “đặc tính cắt” tốt hơn hoặc tệ hơn
Việc tìm ra các tham số như vậy tự nó đã là một lĩnh vực nghiên cứu, và việc đặc tính trong “phần lớn in 3D kim loại hiện nay” tốt hơn hay tệ hơn phụ thuộc vào ứng dụng và vật liệu. Không thể khái quát hóa về đặc tính vật liệu sau các quy trình như thế này
Thông thường, vấn đề của chi tiết thiêu kết là một chút độ rỗng, dưới 3%, ứng suất dư do chu kỳ ủ chậm, và những vấn đề có thể phát sinh trong gia công cơ khí truyền thống
Chúng tôi cũng đã xem xét quy trình mạ muối kim loại, nhưng kết luận rằng không khả thi cho mục đích phổ thông vì rủi ro đối với người vận hành. Rủi ro tác động môi trường cũng nghiêm trọng, kèm theo chi phí xử lý chất thải nguy hại. Công nghệ nào cũng luôn có sự đánh đổi
Quy trình ECAM hoạt động ở nhiệt độ phòng và lắng đọng vật liệu bằng điện kết tủa, nên không có quá trình nung chảy
Vi cấu trúc thu được là cấu trúc hạt mịn với kích thước hạt trung bình khoảng 500~1000nm, và do các hạt tương đối đẳng trục nên mang lại độ bền cao và hành vi đẳng hướng. Vì vậy nó không gặp những khó khăn tương tự mà các quy trình dùng laser gặp phải do nóng chảy và làm nguội
Có vẻ năm ngoái ServeTheHome cũng có bài liên quan
https://www.servethehome.com/next-gen-copper-cold-plates-so-advanced-they-need-to-be-3d-printed-from-fabric8labs/
Trường hợp ứng dụng tiêu biểu có vẻ là waterblock in 3D kim loại được làm cùng Asetek
Asetek cũng là một patent troll khét tiếng về AIO, và quảng bá những thứ như “bơm êm hơn” cùng hiệu năng được cải thiện
Arctic tạo ra một dòng tản nhiệt AIO thuộc nhóm rẻ nhất nhưng vẫn có hiệu năng hàng đầu ngành và dễ dàng tản được hàng trăm watt
Lĩnh vực này trông không giống nơi nhất thiết cần tối ưu hóa. Nếu là các ứng dụng cụ thể như thiết bị RF công suất cao hoặc làm mát laser thì tôi còn hiểu, nhưng nếu đây là ví dụ ứng dụng tiêu biểu tốt nhất họ có thể đưa ra thì tôi hơi hoài nghi
Có vẻ như họ chưa thương mại hóa được, hoặc có nhược điểm nghiêm trọng trong nhiều ngành, hoặc còn lý do nào khác
Tôi tò mò sản phẩm của Fabric8Labs khác gì so với những gì các công ty lâu đời như Desktop Metal[1] cung cấp
Desktop Metal có thể in linh kiện bằng nhiều vật liệu, gồm thép carbon, thép không gỉ, titan và tungsten
Đặc biệt, in tungsten khiến tôi khó hình dung. Với tư cách người hàn TIG như một thú vui, tôi khó tưởng tượng có một cỗ máy trong xưởng có thể tạo điện cực, và năng lượng cần thiết có vẻ khổng lồ
[1] https://www.desktopmetal.com/
Ngoài ra Fabric8Labs có thể in trực tiếp đồng tinh khiết, điều này trước đây rất khó. Quy trình cũng tiết kiệm năng lượng hơn và phù hợp hơn với các chi tiết nhỏ, phức tạp. Desktop Metal nhắm tới thị trường khác về vật liệu và kích thước
Xin nói thêm, tôi là GP của Asimov Ventures và đã đầu tư vào vòng pre-seed của Fabric8Labs
Đặc biệt, việc tạo bột kim loại tốn khá nhiều năng lượng, trong khi đầu vào của hệ thống ECAM là vật liệu tiền chất đã đi trước vài bước so với kim loại tinh luyện thông thường, nên có thể tránh được quá trình đó
Câu “cách tiếp cận điện hóa cho phép độ phân giải hình học ở quy mô micron, các hình dạng bên trong phức tạp, vật liệu độ tinh khiết cao, và khả năng mở rộng nhanh để hỗ trợ sản xuất hàng loạt” nghe không có vẻ rẻ
Trong một hệ thống sản xuất 3D có chi phí phân tán, tôi hình dung công nghệ này sẽ được dùng cho một số linh kiện then chốt cụ thể
Nếu giống các kiểu mạ điện khác, cần nghĩ đến đơn vị nanomet mỗi giây theo trục z, và cần 96.485 ampe-giây cho mỗi mol kim loại lắng đọng, cùng một điện áp nhỏ tùy vật liệu. Vì vậy tôi ước tính chi phí quy trình đại khái ở mức một chữ số euro trên mỗi kg, cộng thêm chi phí vật liệu ở dạng chất điện phân
https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_constant
Tôi hình dung một cảnh trong bể cỡ người, vật thể được mạ điện lớn lên rất chậm, liên tục, và cuối cùng trở thành một vật thể khá lớn
Khái niệm này rất hấp dẫn. Tuy nhiên mạ điện mà tôi biết khá khác với một quy trình chính xác và tương đối nhanh như thế này, nên tôi không hiểu rõ thực tế sẽ ra sao
Phần khó là mảng anode, nhưng trông cũng không khó đến vậy. Các nhà sản xuất màn hình TFT có vẻ có thể làm thứ cần thiết, và màn hình TFT thì thật sự rẻ
Chỉ khác là dựa trên điện hóa chứ không phải quang hóa