3-D 프린팅이 새로움을 넘어 성장하다
각 기계는 150개의 레이저 빔을 배치하여 갠트리로부터 투사되어 빠르게 앞뒤로 움직이며 항공우주, 반도체, 방위, 의료 임플란트 등의 분야에서 기업 고객을 위한 첨단 부품을 만듭니다.
티타늄과 다른 재료들은 한 층씩 만들어지는데, 각 층은 사람의 머리카락만큼 얇고, 한 부분의 디자인에 따라 20,000겹까지 만들어집니다. 그 기계들은 밀폐되어 있습니다. 내부 대기는 주로 기체 중 반응성이 가장 낮은 아르곤으로, 부품에 불순물이 발생할 가능성을 낮춥니다.
보스턴에서 북서쪽으로 약 40마일 떨어진 매사추세츠 데븐스에 있는 3-D 프린팅 주조 공장은 MIT(Massachusetts Institute of Technology)에서 나온 신생 기업인 Vulcan Forms가 소유하고 있습니다. 그것은 벤처 자금으로 3억 5천 5백만 달러를 모았습니다. 그리고 General Electric, Pratt & Whitney와 같은 주요 제조업체와 Google과 Autodesk를 포함한 기술 회사에서 채용되어 직원 수가 지난 해 6배 증가한 360명이 되었습니다.
“우리는 기술이 효과가 있다는 것을 증명했습니다,”라고 M.I.T.의 기계 공학 교수인 John Hart는 말했습니다. “지금 우리가 보여야 할 것은 회사로서 강력한 재무와 성장을 관리할 수 있다는 것입니다.”
제조 전문가, 기업 임원 및 투자자에 따르면, 1980년대까지 거슬러 올라가는 3-D 프린팅의 경우, 기술, 경제 및 투자 트렌드가 마침내 업계의 상업적 돌파구를 마련하게 될 것이라고 합니다.
적층 제조라고도 불리는 3-D 프린팅은 더 이상 일부 소비자 및 산업 제품이나 프로토타입 디자인 개념을 만드는 데 있어 새로운 기술이 아니라고 말합니다.
맥킨지앤컴퍼니의 제조 전문가인 Jörg Bromberger는 “이 기술은 이제 산업 수준의 품질과 대량 인쇄를 제공하기 시작했습니다”라고 말했습니다. 그는 “적층 제조의 주류화”라는 제목의 컨설팅 회사의 최근 보고서의 주요 작성자입니다.
3-D 프린팅은 한 번에 한 층씩 처음부터 무언가를 만드는 것을 말합니다. 컴퓨터 유도 레이저 빔은 금속, 플라스틱 또는 복합 재료의 분말을 녹여 층을 만듭니다. 전통적인 “감산적” 제조에서는 예를 들어 금속 블록을 주조한 다음 공작 기계로 부품을 조각하여 모양을 만듭니다.
최근 몇 년 동안, 일부 회사들은 특수 부품을 만들기 위해 적층 기술을 사용했습니다. General Electric은 제트 엔진용 연료 노즐을 만들기 위해 3-D 프린팅에 의존하고 있으며, Stryker는 척추 임플란트를 제작하고 있으며, Adidas는 고급 러닝화를 위한 격자무늬 밑창을 제작하고 있습니다. 치과용 임플란트 및 치아 교정 장치는 3D 프린팅으로 제작되었습니다. 코로나19 범유행 기간 동안 3D 프린터는 얼굴 보호막과 인공호흡기 부품의 비상 공급품을 생산했습니다.
오늘날, 전문가들은 잠재력이 상대적으로 소수의 틈새 제품보다 훨씬 더 넓다고 말합니다. 제조 서비스 시장인 Hubs의 보고서에 따르면, 2026년까지 3D 프린팅 시장은 전 세계적으로 거의 450억 달러로 세 배가 될 것으로 예상됩니다.
바이든 행정부는 미국 제조업의 부활을 이끌기 위해 3-D 인쇄를 기대하고 있습니다. 제조업과 경제 개발을 위한 대통령의 특별 보좌관인 엘리자베스 레이놀즈는 “첨가 기술은 로봇 공학 및 인공지능과 함께 21세기 현대 제조업의 기초 중 하나가 될 것”이라고 말했습니다.
지난 5월 바이든 대통령은 백악관이 주요 제조업체와 협력하여 조정한 계획인 적층 제조 포워드를 발표하기 위해 신시내티를 방문했습니다. GE Aviation, Honeywell, Siemens Energy, Raytheon 및 Lockheed Martin 등 5개 초기 기업 구성원은 적층 제조의 사용을 늘리고 있으며 미국의 중소 공급업체가 이 기술을 채택할 수 있도록 지원하기로 약속했습니다.
자발적 약속은 투자를 가속화하고 적층 제조 기술의 광범위한 국내 기반을 구축하기 위한 것입니다. 3-D 프린팅은 첨단 디지털 제조 공정이기 때문에 소프트웨어 분야에서 미국의 강점을 발휘한다고 행정부 관리들은 말합니다. 그들은 적층 제조로 인해 미국의 제조업이 특히 중국에서 행해지는 주물 및 금속 가공에 덜 의존하게 될 것이라고 덧붙였습니다.
적층 제조는 또한 환경 보너스를 약속합니다. 전통적인 제조의 주조, 단조 및 절단보다 훨씬 덜 낭비됩니다. 일부 금속 부품의 경우, 3-D 프린팅은 재료 비용을 90% 절감하고 에너지 사용을 50%까지 줄일 수 있습니다.
전문가들은 산업용 3-D 프린팅 기술이 대량 생산을 위해 충분히 빠르고 효율적으로 만들어질 수 있다면 전문 부품을 만드는 데 드는 총 비용을 크게 줄일 수 있다고 말합니다.
비즈니스 및 경제: 최신 업데이트 2022년 7월 1일 오후 5시 40분, ETTrump Media는 Truth Social 거래의 연방 조사에 소환됩니다.대유행으로 타격을 입은 영화관들은 강한 6월 이후 기분이 좋습니다.7월 4일 주말은 다시 회복하기 위해 고군분투하는 항공사들을 시험할 것입니다.Vulcan Forms는 2015년에 Dr.에 의해 설립되었습니다. 하트와 대학원생 중 한 명인 마틴 펠드만입니다 그들은 기존 시스템보다 훨씬 더 많은 레이저 빔을 사용하는 3-D 프린팅에 대한 새로운 접근 방식을 추구했습니다. 레이저 광선의 복잡한 춤을 안무하기 위해서는 레이저 광학, 센서 및 소프트웨어의 혁신이 필요합니다.
2017년까지, 그들은 기계를 만들 수 있지만 그것을 하기 위해서는 돈이 필요할 것이라고 생각할 만큼 충분히 발전했습니다. Vulcan Forms 팀의 일원이 된 일련의 창업 베테랑인 Anupam Gilddyal이 합류한 두 사람은 실리콘 밸리로 갔습니다. 그들은 이클립스 벤처스로부터 2백만 달러의 시드 라운드를 확보했습니다.
Eclipse의 파트너인 Greg Reichow는 Vulcan Forms 기술이 3D 프린팅의 세 가지 단점, 즉 너무 느리고, 너무 비싸고, 너무 많은 결점을 해결하기 위해 노력했다고 회상했습니다.
그 스타트업은 그것의 개념이 실용적이라는 것을 증명한 최초의 기계를 만들기 위해 고군분투했습니다. 하지만 결국 성공했습니다. 그리고 이후 버전들은 더 커지고, 더 강력해지고, 더 정확해졌습니다.
Vulcan Forms에 따르면 자사의 프린터는 이제 대부분의 3D 프린터보다 100배 더 많은 레이저 에너지를 발생시키고 부품을 훨씬 더 빨리 생산할 수 있다고 합니다. 그 인쇄 기술은 수십 개의 특허로 보호되는 회사의 핵심 지적 자산입니다.
하지만 벌컨 폼은 기계를 팔지 않기로 결정했습니다. 주문 제작 부품이 필요한 고객에게 공급자가 되겠다는 전략입니다.
이러한 접근 방식을 통해 Vulcan Forms는 전체 제조 공정을 제어할 수 있습니다. 하지만 적층 제조의 생태계가 부족한 현실에 대한 양보이기도 합니다. 이 회사는 제조 공정의 각 단계를 자체적으로 구축하고 있으며, 자체 프린터를 제작하고, 부품을 설계하고, 최종 가공 및 테스트를 수행하고 있습니다.
“우리가 성공하려면 디지털 제조의 전체 스택을 구축해야 합니다.”라고 최고 경영자인 Feldmann씨가 말했습니다. “공장이 제품이에요.”
데븐스 시설에는 6개의 대형 프린터가 있습니다. 내년까지는 20개가 될 것이라고 회사는 말했습니다. 벌컨 폼은 두 번째 공장을 위해 네 곳을 정찰했습니다. 5년 내에 이 회사는 여러 개의 3D 인쇄 공장을 가동하기를 희망하고 있습니다.
또한 Do-it-yourself 전략은 창업의 위험과 비용을 확대합니다. 하지만 회사는 고위직 신입사원들에게 그 위험이 그만한 가치가 있다고 확신시켰습니다.
Brent Brunell은 작년에 General Electric에서 Vulcan Forms에 입사했습니다. 그는 적층 제조 전문가였습니다. 3-D 프린팅에 레이저의 대형 배열을 사용하는 개념은 새로운 것이 아니라고 브루넬 씨는 말했지만, 전에는 아무도 그것을 해내지 못했다고 말했습니다. 그는 Vulcan Forms에 입사하여 Vulcan Forms의 기술을 조사한 후, “이들이 다음 아키텍처에 착수하고 있는 것이 분명했으며, 제대로 작동하는 프로세스가 있었습니다.”라고 말했습니다.
Vulcan Forms의 설비에 있는 각 기계 옆에서 작업자가 컴퓨터 화면에 연결된 일련의 센서 데이터 및 레이저 빔의 카메라 이미지를 사용하여 성능을 모니터링합니다. 공장의 소음은 데이터 센터와 매우 유사한 낮은 전자 웅웅거림입니다.
공장 자체가 강력한 채용 도구가 될 수 있습니다. “저는 그것들을 이곳으로 가져와서 기계를 보여 줍니다.”라고 벌컨 폼스의 운영 책임자인 프랫 앤 휘트니의 전 수석 제조 매니저인 킵 와이먼이 말했습니다. “흔한 반응은 ‘헤크, 나도 그 일부가 되고 싶어요.’입니다.”
일부 산업용 부품의 경우 3-D 프린팅만으로는 충분하지 않습니다. 최종 열처리 및 금속 가공이 필요합니다. 이를 인지한 벌컨 폼스는 올해 Arwood Machine을 인수했습니다.
Arwood는 전투기, 수중 드론, 미사일을 위한 부품을 만들면서 국방부에서 주로 일하는 현대식 기계 공장입니다. Vulcan Forms에 따르면 향후 몇 년 동안 Arwood는 현재 90명인 투자와 인력을 3배로 늘릴 계획입니다.
민간 기업인 벌컨폼스는 수익을 공개하지 않습니다. 하지만 매출은 빠르게 증가하고 있고 주문은 분기별로 10배씩 증가하고 있다고 합니다.
Vulcan Forms의 지속적인 성장은 인공지능 애플리케이션에 특화된 반도체 시스템을 만드는 Cerebras와 같은 고객에 대한 판매 증가에 달려 있습니다. 세레브라는 작년에 강력한 컴퓨터 프로세서를 수냉하는 복잡한 부품을 만드는 것을 돕기 위해 벌컨 폼스를 찾았습니다.
그 반도체 회사는 벌컨 폼스에 아주 작은 티타늄 튜브의 복잡한 거미줄인 컴퓨터 디자인 도면을 보냈습니다. 48시간 내에 벌컨 폼스가 부품을 가지고 돌아왔다고 세레브라스의 최고 경영자인 Andrew Feldman이 회상했습니다. 두 회사의 엔지니어들은 추가적인 개선 작업을 했고, 냉각 시스템은 현재 사용되고 있습니다.
실험과 혁신의 속도를 높이는 것은 적층 제조의 한 가지 약속입니다. 하지만 현대식 3-D 프린팅은 엔지니어들이 성능을 향상시키는 새롭고 복잡한 디자인을 만들 수 있게 한다고 펠드만 씨는 말했습니다. “우리는 다른 방법으로는 그 수냉 부품을 만들 수 없었을 것입니다,” 라고 펠드만 씨가 말했습니다.
“적층 제조는 우리가 물건을 만드는 방법을 재고하게 합니다.”라고 그는 말했습니다. “그것이 우리가 지금 있는 곳이고, 그것은 큰 변화입니다.”
DEVENS, Mass. — The machines stand 20 feet high, weigh 60,000 pounds and represent the technological frontier of 3-D printing.
Each machine deploys 150 laser beams, projected from a gantry and moving quickly back and forth, making high-tech parts for corporate customers in fields including aerospace, semiconductors, defense and medical implants.
The parts of titanium and other materials are created layer by layer, each about as thin as a human hair, up to 20,000 layers, depending on a part’s design. The machines are hermetically sealed. Inside, the atmosphere is mainly argon, the least reactive of gases, reducing the chance of impurities that cause defects in a part.
The 3-D-printing foundry in Devens, Mass., about 40 miles northwest of Boston, is owned by VulcanForms, a start-up that came out of the Massachusetts Institute of Technology. It has raised $355 million in venture funding. And its work force has jumped sixfold in the past year to 360, with recruits from major manufacturers like General Electric and Pratt & Whitney and tech companies including Google and Autodesk.
“We have proven the technology works,” said John Hart, a co-founder of VulcanForms and a professor of mechanical engineering at M.I.T. “What we have to show now is strong financials as a company and that we can manage growth.”
For 3-D printing, whose origins stretch back to the 1980s, the technology, economic and investment trends may finally be falling into place for the industry’s commercial breakout, according to manufacturing experts, business executives and investors.
They say 3-D printing, also called additive manufacturing, is no longer a novelty technology for a few consumer and industrial products, or for making prototype design concepts.
“It is now a technology that is beginning to deliver industrial-grade product quality and printing in volume,” said Jörg Bromberger, a manufacturing expert at McKinsey & Company. He is the lead author of a recent report by the consulting firm titled, “The Mainstreaming of Additive Manufacturing.”
3-D printing refers to making something from the ground up, one layer at a time. Computer-guided laser beams melt powders of metal, plastic or composite material to create the layers. In traditional “subtractive” manufacturing, a block of metal, for example, is cast and then a part is carved down into shape with machine tools.
In recent years, some companies have used additive technology to make specialized parts. General Electric relies on 3-D printing to make fuel nozzles for jet engines, Stryker makes spinal implants and Adidas prints latticed soles for high-end running shoes. Dental implants and teeth-straightening devices are 3-D printed. During the Covid-19 pandemic, 3-D printers produced emergency supplies of face shields and ventilator parts.
Today, experts say, the potential is far broader than a relative handful of niche products. The 3-D printing market is expected to triple to nearly $45 billion worldwide by 2026, according to a report by Hubs, a marketplace for manufacturing services.
The Biden administration is looking to 3-D printing to help lead a resurgence of American manufacturing. Additive technology will be one of “the foundations of modern manufacturing in the 21st century,” along with robotics and artificial intelligence, said Elisabeth Reynolds, special assistant to the president for manufacturing and economic development.
In May, President Biden traveled to Cincinnati to announce Additive Manufacturing Forward, an initiative coordinated by the White House in collaboration with major manufacturers. The five initial corporate members — GE Aviation, Honeywell, Siemens Energy, Raytheon and Lockheed Martin — are increasing their use of additive manufacturing and pledged to help their small and medium-size American suppliers adopt the technology.
The voluntary commitments are intended to accelerate investment and build a broader domestic base of additive manufacturing skills. Because 3-D printing is a high-tech digital manufacturing process, administration officials say, it plays to America’s strength in software. Additive manufacturing, they add, will make American manufacturing less dependent on casting and metalworking done overseas, especially in China.
Additive manufacturing also promises an environmental bonus. It is far less wasteful than the casting, forging and cutting of traditional manufacturing. For some metal parts, 3-D printing can cut materials costs by 90 percent and reduce energy use by 50 percent.
Industrial 3-D printing, experts say, has the potential to substantially cut the total expense of making specialized parts, if the technology can be made fast and efficient enough for higher-volume production.
Business & Economy: Latest UpdatesUpdated July 1, 2022, 5:40 p.m. ETTrump Media is subpoenaed in federal inquiry of Truth Social deal.Pandemic-battered movie theaters are feeling good after a strong June.The Fourth of July weekend will test airlines struggling to bounce back.
VulcanForms was founded in 2015 by Dr. Hart and one of his graduate students, Martin Feldmann. They pursued a fresh approach for 3-D printing that uses an array of many more laser beams than existing systems. It would require innovations in laser optics, sensors and software to choreograph the intricate dance of laser beams.
By 2017, they had made enough progress to think they could build a machine, but would need money to do it. The pair, joined by Anupam Ghildyal, a serial start-up veteran who had become part of the VulcanForms team, went to Silicon Valley. They secured a seed round of $2 million from Eclipse Ventures.
The VulcanForms technology, recalled Greg Reichow, a partner at Eclipse, was trying to address the three shortcomings of 3-D printing: too slow, too expensive and too ridden with defects.
The start-up struggled to build a first machine that proved its concept workable. But it eventually succeeded. And later versions grew larger, more powerful and more precise.
Its printers, VulcanForms said, now generate 100 times the laser energy of most 3-D printers, and can produce parts many times faster. That print technology is the company’s core intellectual asset, protected by dozens of patents.
But VulcanForms has decided not to sell its machines. Its strategy is to be a supplier to customers in need of custom-made parts.
That approach allows VulcanForms to control the entire manufacturing process. But it is also a concession to the reality that the ecosystem of additive manufacturing is lacking. The company is building each stage of the manufacturing process itself, making its own printers, designing parts, doing final machining and testing.
“We absolutely have to do it ourselves — build the full stack of digital manufacturing — if we are to succeed,” said Mr. Feldmann, who is the chief executive. “The factory is the product.”
The Devens facility has six of the giant printers. By next year, there should be 20, the company said. VulcanForms has scouted four locations for a second factory. In five years, the company hopes to have several 3-D printing factories up and running.
The do-it-yourself strategy also magnifies the risk and the cost for the start-up. But the company has convinced a roster of high-profile recruits that the risk is worth it.
Brent Brunell joined VulcanForms last year from General Electric, where he was an additive manufacturing expert. The concept of using large arrays of lasers in 3-D printing is not new, Mr. Brunell said, but no one had really pulled it off before. After he joined VulcanForms and examined its technology, he said, “it was obvious these guys were onto the next architecture, and they had a process that was working.”
Beside each machine in VulcanForms’s facility, an operator monitors its performance with a stream of sensor data and a camera image of the laser beams at work, piped to a computer screen. The sound of the factory is a low, electronic hum, much like a data center.
The factory itself can be a potent recruiting tool. “I bring them here and show them the machinery,” said Kip Wyman, a former senior manufacturing manager at Pratt & Whitney, who is head of operations at VulcanForms. “The usual reaction is, ‘Heck, I want to be part of that.’”
For some industrial parts, 3-D printing alone is not enough. Final heat treatment and metal machining are needed. Recognizing that, VulcanForms acquired Arwood Machine this year.
Arwood is a modern machine shop that mostly does work for the Pentagon, making parts for fighter jets, underwater drones and missiles. Under VulcanForms, the plan over the next few years is for Arwood to triple its investment and work force, currently 90 people.
VulcanForms, a private company, does not disclose its revenue. But it said sales were climbing rapidly, while orders were rising tenfold quarter by quarter.
Sustained growth for VulcanForms is going to depend on increasing sales to customers like Cerebras, which makes specialized semiconductor systems for artificial intelligence applications. Cerebras sought out VulcanForms last year for help making a complex part for water-cooling its powerful computer processors.
The semiconductor company sent VulcanForms a computer-design drawing of the concept, an intricate web of tiny titanium tubes. Within 48 hours VulcanForms had come back with a part, recalled Andrew Feldman, chief executive of Cerebras. Engineers for both companies worked on further refinements, and the cooling system is now in use.
Accelerating the pace of experimentation and innovation is one promise of additive manufacturing. But modern 3-D printing, Mr. Feldman said, also allows engineers to make new, complex designs that improve performance. “We couldn’t have made that water-cooling part any other way,” Mr. Feldman said.
“Additive manufacturing lets us rethink how we build things,” he said. “That’s where we are now, and that’s a big change.”