fbpx

Markforged

เรื่องราวจากผู้ใช้งาน Markforged บริษัทผู้ผลิตเอกชนด้าน Additive Manufacturing ซึ่งออกแบบพัฒนาและผลิต Digital Forge ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มอุตสาหกรรมที่ชาญฉลาดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซอฟต์แวร์ และวัสดุที่ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนที่แข็งแรงได้ในจุดที่ต้องการ

ทีม CoSTAR ของ NASA JPL ก้าวข้ามขีดจำกัดของการสำรวจด้วย Digital Forge

ข้อมูลด้านผู้ใช้งาน

DARPA Subterranean Challenge มุ่งที่จะยกระดับการทำงานแบบอัตโนมัติของระบบหุ่นยนต์ในการสำรวจสภาพแวดล้อมใต้ดินในเวลาอันรวดเร็ว ทั้งบนโลกและในอวกาศ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อเร่งการวิจัยให้ล้ำสมัยสำหรับการทหาร อุตสาหกรรมการค้า และรัฐบาล โดยในการแข่งขัน ทีม CosSTAR ต้องพัฒนาระบบอัตโนมัติอย่างเต็มรูปแบบเพื่อสำรวจช่องว่างใต้ผิวดิน โดยเน้นทั้งการสำรวจดาวเคราะห์และการใช้งานบนบก เช่น การค้นหาและกู้ภัยในเหมือง ถ้ำ และหลังภัยพิบัติทางธรรมชาติ

Team CoSTAR เป็นความร่วมมือระหว่าง NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), Massachusetts Institute of Technology (MIT), California Institute of Technology (Caltech), Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Luleå ของประเทศสวีเดน (LTR) ด้วยทีมวิศวกร 60 คนจากทั่วโลก CoSTAR เป็นหนึ่งในสิบทีมที่เข้าร่วมในหน่วยงานวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีป้องกันประเทศ ของสหรัฐอเมริกา(DARPA) เป็นเวลาสามปี ซึ่งเป็นสี่ส่วนใน Subterranean Challenge ความท้าทายประกอบด้วยสามวงจรหลักๆ ได้แก่ Tunnel Circuit, Urban Circuit และ Cave Circuit ตามด้วยสถานการณ์สุดท้ายซึ่งรวมทั้งสามสภาพแวดล้อมนี้เข้าด้วยกัน หากประสบความสำเร็จ ทีมงานจะได้รับเงิน 2 ล้านดอลลาร์เพื่อนำไปสนับสนุนโครงการวิจัยในอนาคต ซึ่งทีม CoSTAR ได้อันดับที่สองใน Tunnel Circuit และอันดับหนึ่งใน Urban Circuit ซึ่งในขณะที่บันทึกข้อมูลนี้ ทางทีมกำลังทำงานเพื่อแข่งขันใน Cave Circuit และกิจกรรมสุดท้ายอยู่

 

หุ่นยนต์อัตโนมัติของทีม (ชื่อ เนบิวลา) แต่ละตัวมีชิ้นส่วนที่พิมพ์โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Markforged ประมาณ 15 ชิ้น

ความท้าทาย

ภูมิประเทศของแต่ละวงจรมีความแตกต่างกันอย่างมาก ความท้าทายบางอย่างเกิดขึ้นบนภูมิประเทศที่ขรุขระ บางอย่างซึ่งรวมถึงสถานการณ์ในที่แสงน้อย และบางด่านก็รวมถึงการขึ้นลงบันไดด้วย หุ่นยนต์ที่ทำงานด้วยระบบอัตโนมัติจะต้องสามารถเคลื่อนที่ได้แม้ในสภาพที่ย่ำแย่ ซึ่งในระหว่างการทดสอบ มันมักจะส่งผลให้หุ่นยนต์ล้มลงและชิ้นส่วนที่สำคัญแตกหัก ไม่เพียงแต่ทีม CoSTAR จะต้องเตรียมการล่วงหน้าด้วยระบบอัตโนมัติที่ทนทานต่อแรงกระแทกและน้ำหนักเบา แต่ยังต้องดำเนินการบำรุงรักษาภาคสนามอย่างรวดเร็วสำหรับชิ้นส่วนที่แตกหัก และการทำซ้ำอย่างรวดเร็วในการออกแบบระหว่างการวิ่งเพื่อนำหน้าคู่แข่ง หากชิ้นส่วนหนึ่งล้มเหลวระหว่างการแข่งขัน อาจทำให้ CoSTAR ไม่สามารถแข่งขันครบทุกวงจรได้ ซึ่งทีมมักจะถูกผลักดันให้เกิดการทดลองในสถานที่ที่คาดไม่ถึง ดังนั้นพวกเขาต้องการเครื่องมือที่จำเป็นจริงๆและสามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว

ทีม CoSTAR กำลังทำงานร่วมกับ Boston Dynamics และมีหุ่นยนต์ Spot หลายตัวให้ยืมสำหรับการแข่งขัน วิศวกรและนักออกแบบของ CoSTAR ต้องออกแบบและสร้างส่วนประกอบเพิ่มอย่างรวดเร็ว เช่น ที่ค้ำและที่หุ้ม เพื่อให้แน่ใจว่า Spot สามารถฝ่าทุกวงจรให้เสร็จสมบูรณ์ได้ ก่อนหน้านี้พวกเขาใช้ไม้ เครื่องจักร หรือเครื่องตัดเลเซอร์เพื่อผลิตชิ้นส่วน ซึ่งพวกเขารู้ว่าพวกเขาต้องการตัวเลือกอื่นเพื่อนำหน้าทีมในวัตถุอื่นๆ และการพิมพ์ 3 มิติเป็นโซลูชันที่สมบูรณ์แบบสำหรับการทำซ้ำอย่างรวดเร็วและแก้ไขชิ้นส่วนในจุดที่ต้องการ

เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ ทีมงานได้นำเครื่องพิมพ์ PLA 3D แบบง่ายๆ มาใช้ อย่างไรก็ตาม มันสามารถพิมพ์ได้เฉพาะชิ้นส่วนที่เป็นประโยชน์สำหรับการสร้างชิ้นงานต้นแบบ ไม่ใช่สำหรับการผลิตชิ้นงานที่จะถูกนำไปใช้จริง — โดยพื้นฐานแล้ว ชิ้นส่วนไม่แข็งแรงพอที่จะนำไปใช้ในสนาม โดยหุ่นยนต์ที่เข้าไปในภูมิประเทศที่ไม่แน่นอน มีความเป็นไปได้สูงที่ส่วนประกอบที่สำคัญจะได้รับความเสียหาย ตัวอย่างที่สำคัญอย่างหนึ่งคือเซ็นเซอร์ Lidar ราคาแพงที่ด้านบนของหุ่นยนต์ซึ่งต้องได้รับการปกป้องอย่างสูงสุด วัสดุที่ใช้ป้องกันต้องมีความแข็งและคุณสมบัติรองรับแรงสั่นสะเทือนสูง เพื่อให้สัญญาณจากเซ็นเซอร์ส่งผลลัพธ์ที่ถูกต้องและใช้งานได้จริง ทีมงานยังพบว่าเครื่องพิมพ์ PLA 3D ของพวกเขาผลิตชิ้นส่วนที่ไม่ถูกต้องและมีผิวงานที่ไม่ดี ดังนั้นจึงทำให้พวกเขาเสียเวลามากเกินไปในการขัดชิ้นส่วนหลังจากพิมพ์เสร็จ สิ่งที่พวกเขาต้องการคือระบบที่แข็งแกร่งซึ่งสามารถนำไปใช้จริงในการออกแบบต้นแบบในเวลาอันรวดเร็ว แล้วพิมพ์ชิ้นส่วนการผลิตหลังการทดสอบ โดยไม่ต้องยุ่งยากกับขั้นตอนหลังการประมวลผลที่ใช้เวลานาน

ทีม 3D พิมพ์ ‘กรง’ สำหรับเซ็นเซอร์ lidar มูลค่า 7,000 เหรียญซึ่งมีร่องรอยจากการใช้งานไม่กี่ครั้ง แต่ก็ไม่เคยได้รับความเสียหาย

การแก้ไขปัญหา

โชคดีที่ทีมสามารถเข้าถึงเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ของ Markforged เนื่องจากสมาชิกในทีม CoSTAR หลายคนทำงานให้กับ JPL ทีมจึงทราบว่าว่าเครื่องพิมพ์ 3D ของ Markforged และซอฟต์แวร์ Eiger ที่เชื่อมต่อกับระบบคลาวด์อันทรงพลัง สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักเบา แข็งแรง และใช้งานได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเรขาคณิต ทีมงานตระหนักดีว่า Markforged เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งในการตอบสนองความต้องการทั้งหมดของพวกเขา ทางทีมพบว่าโครงยึดและฐานยึดที่พิมพ์โดยใช้แพลตฟอร์ม Markforged มีประสิทธิภาพเหนือกว่าอะลูมิเนียมแบบเดียวกัน และเบากว่ามาก ยิ่งไปกว่านั้น ชิ้นส่วนที่ทีม 3 มิติ พิมพ์บนเครื่องพิมพ์ Markforged ของพวกเขา สามารถเคาะและนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยไม่มีข้อผิดพลาด ทีมงานได้พิมพ์กรงที่พิมพ์โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับการป้องกันเซ็นเซอร์ lidar มูลค่า 7,000 ดอลลาร์ของทีมโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Markforged จำนวนมากของทีมและวัสดุเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์แบบต่อเนื่อง ในขณะที่ชิ้นส่วนมีการกระแทก เซ็นเซอร์ไลดาร์ไม่เคยได้รับความเสียหายใดๆ

ในระหว่างการแข่งขัน ทีมงานได้เพิ่มจำนวนเครื่องพิมพ์ Markforged ที่พวกเขามีจากแค่เพียงหนึ่งเครื่อง เป็นสามเครื่องด้วยความช่วยเหลือจาก GovSmart ซึ่งเป็นหุ้นส่วนของ Markforged จากนั้น Markforged ก็ให้การสนับสนุนทีมในปี 2020 และทำการจัดหาเครื่องพิมพ์เครื่องที่สี่ CoSTAR นำเหล่าเครื่องพิมพ์ออกไปพบกับความท้าทายสองประการแรก โดยตั้งเหล่าเครื่องพิมพ์ไว้ในห้องของโรงแรมเพื่อผลิตชิ้นส่วนในชั่วข้ามคืนและใช้ในภาคสนามของวันถัดไป ความไว้วางใจในเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับทีม เนื่องจากพวกเขามักจะใช้เวลาหลายคืนในการออกแบบชิ้นส่วนโดยหวังว่าจะทดสอบและประกอบมันเข้าด้วยกันในเช้าวันรุ่งขึ้น โชคดีที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Mark Two  ของ Markforged ส่งมอบแต่ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพเท่านั้น

ความทนทานของเครื่องพิมพ์ Markforged ความน่าเชื่อถือและความสามารถในการทำซ้ำของชิ้นส่วนที่ผลิต และความจริงที่ว่า Digital Forge สร้างชิ้นส่วนที่สวยงามและใช้งานได้จริงโดยที่ไม่ต้องการกระบวนการหลังการประมวลผลใดๆ ทำให้ Markforged เป็นเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งหรือเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ในอุดมคติ

 

แผนการในอนาคต

DARPA Subterranean Challenge อาจเป็นการแข่งขันสำหรับบางคน แต่สำหรับ CoSTAR นั้นยิ่งใหญ่กว่านั้นมาก สำหรับพวกเขา ความท้าทายเป็นจุดเริ่มต้นในการทำงานเพื่อเปิดใช้งานการสำรวจใต้ดินบนดวงจันทร์ ดาวอังคาร และแม้แต่บางส่วนของดวงจันทร์ของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี ด้วยการสร้างความสามารถของหุ่นยนต์สำหรับการแข่งขัน ทางทีมหวังที่จะเปิดใช้งานภารกิจ NASA JPL ในอนาคต สำหรับการสำรวจสภาพแวดล้อมใต้ดินเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการพัฒนาของชีวิต ไม่ว่าจะมีสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือไม่ และมีศักยภาพในการอยู่อาศัยของมนุษย์ในอนาคตหรือไม่ และเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุหรือเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ช่วยให้พวกเขาพิสูจน์ว่าเทคโนโลยีใหม่นี้สามารถไปถึงที่นั่นได้อย่างสมบูรณ์แบบ

Credit: Markforged

Reverse-engineering automotive parts using metal 3D printing technology

The Customer

RPG Industries is a full-service manufacturer working with automotive, aerospace, and oil industry clients. Started in 1995, the company primarily offers EDM, CNC machining, waterjet cutting, and additive manufacturing services.

RPG Industries, Inc. use both metal and composite 3D printing to replace vintage carburetor for 1930s car.

 

The Challenge

Robert Ginsburg, President of RPG Industries, continuously looks for ways to stay at the cutting edge in a saturated industry, expand the business, and bring new capabilities in-house for his customers. One such customer — D&D Classic Automotive Restoration — was restoring a 1930s classic car when they found that one of the original carburetors was broken. They conducted a worldwide search for a replacement part but were unable to locate one. D&D then attempted to repair the existing part; however, the original could not be welded or brazed due to the need for an air- and watertight seal. “If you were to try to machine this part from scratch, it would be cost prohibitive,” says Ginsburg. “The detail, intricacy, and the internals of the component make it nearly impossible, and the machine part will never look as good as the original.”

The team at RPG initially printed the replacement part in Onyx, and then printed it in 17-4 PH Stainless Steel.

“When I saw the technology and the price point, I knew that the Metal X would be a good fit for our company.”

— Robert Ginsburg, President, RPG Industries, Inc.

The Solution

Robert had been considering adding a metal 3D printer to his business for quite some time; however, he was only familiar with powder-based printers, which did not make economic sense and are prone to workplace hazards. When he realized the Markforged Metal X 3D printer met his price point and was a safer option than other powder-based metal printers, Robert knew he had found his solution. He purchased the Metal X system and a Mark Two 3D printer, and immediately put them to use.

 

Robert initially used his Markforged Mark Two 3D printer to print the reverse-engineered carburetor cap using Markforged Onyx material (chopped carbon fiber-filled thermoplastic). He then 3D printed the same part in 17-4 PH Stainless Steel on his Metal X printer and presented it to the team at D&D as the final part, who were delighted with the result.

 

“Having the capability to quickly scan a broken part, make the repairs, and print it out has changed things for us,” says Robert. “And the capability of changing materials in Eiger with little-to-no fuss is just one of the reasons we love Markforged.” The car was fully restored and is now back with its owner, boasting a fully functional metal 3D printed part under the hood.

 

(R) 3D printed 17-4 PH Stainless Steel carburetor; (L) original carburetor.

“Having the capability to quickly scan a broken part, make the repairs, and print it out on the Metal X has changed things for us.”

— Robert Ginsburg, President, RPG Industries, Inc.

The Future

 

Robert is extremely pleased with the addition of his Metal X system, and has put it front and center in his shop. “The Metal X is the first thing you see when you walk into the shop,” says Robert. “People are pretty amazed — it’s definitely given us a competitive advantage over other EDM competitors.” He hopes some of the smaller molds and tools that they fabricate traditionally can be printed on either the Mark Two 3D printer or Metal X before being put straight to use. “ I think a lot of our workforce is, or was, indifferent to 3D printing. They didn’t really understand why I was investing in this technology. Once they saw the results, I think pretty much everybody understood that it’s a good fit.”

Credit: Markforged

Integrating additive manufacturing in everything from R&D to internal tools to production parts

The Customer

 

Caldwell Manufacturing is a global window and door hardware manufacturer based in upstate New York. “We’re an integrated supply partner,” says Caldwell Manufacturing CEO, Eric Mertz. “The springs that hold a window or door open, the hardware, the locks, the latches, all the mechanical hardware that makes a window or door operate, that’s what we’re focused on.”

 

The company was founded in 1888, and spent the first of its years as a hardware manufacturing company. In the 1920s, the company diversified into building-related products. Caldwell now ships to thousands of customers in 70 different countries, and has factories in the US, UK, India, and Mexico. The team is responsible for everything from design ideation to final product — they develop and commercialize Caldwell’s components while simultaneously creating injection molds, springs, and more.

Watch how Caldwell Manufacturing has completely adopted additive manufacturing throughout the organization.

 

The Challenge

For any piece of window or door hardware they make, the team at Caldwell also needs to make holding fixtures, assembly fixtures, and error-proofing fixtures — which were all designed in-house and cut from steel through a third-party supplier. The internal tooling often took up to eight weeks to design and develop, and certain components had to be sourced from overseas, which led to product development cycles of anywhere between 6-12 months.

A single job would require people to look for outside quotes or internal tool room quotes, and any changes to internal tooling were time consuming and expensive, so improvements needed to be significant to justify. ”Sometimes businesses just end up layered with bureaucracy,” says Mertz. “And one of the reasons people leave their jobs is because they don’t feel connected. They don’t feel they’ve got the authority and the resources to do their job.”

 

Product Engineering Manager Rick deNormand using Markforged Eiger software.

 

In the company’s strategic planning meeting in 2010, the executives looked at what kind of technologies were going to be disruptive, and unanimously agreed that 3D printing would be the key to their success. In 2014, Caldwell purchased its first FDM plastic 3D printer. “3D printing was a technology that we were watching for a couple of years,” says Mertz. “And as its price points come down, it’s one of those things that encouraged the buying decision.” Initially, the printer was brought in for rapid prototyping, but the team quickly realized that the printer was only able to help them evaluate form and fit, but not function.

 

“We wanted to put the control within our own hands to allow for quicker iterations on our product development.”

— Rick deNormand, Product Engineering Manager, Caldwell Manufacturing

Many of the parts Caldwell Manufacturing needed were made out of metal, and the team found plastic 3D printer filament was not adequate to use when testing the strength of their parts. “The plastic 3D printer that we onboarded really resolved much of our external prototyping needs for plastic parts,” says Rick deNormand, Product Engineering Manager at Caldwell. “But what we really needed was to explore and to introduce metal 3D printing as well.” Selective laser melting (SLM) metal 3D printers didn’t fit the need of the organization, as the use of powder was too difficult to handle and the cost to bring it in was too high. The team set to work looking for the optimal solution: an affordable filament-based metal 3D printer that could easily be used within the facility.

 

The Solution

In 2017, Caldwell Manufacturing started to look for other 3D printers. Members of the team attended a manufacturing trade show and came across the Markforged platform. After hearing about the company’s track record of producing best-in-class printers, they decided to purchase a Metal X system — capable of printing in 17-4 PH Stainless Steel, Inconel, and Copper. “We selected Markforged based on the company’s history of 3D printing and basically our level of confidence with them,” says deNormand.

3D printed metal and carbon fiber components for R&D testing.

 

Caldwell also purchased a Mark Two 3D printer alongside the Metal X system, which can print in continuous carbon fiber as well as other reinforcing materials. The team initially brought in this printer for R&D purposes, but has since started to use it for internal tooling. The Metal X system, on the other hand, has enabled Caldwell’s engineers and designers to print prototype metal parts that would traditionally be cast out of zinc or stainless steel. “The metal 3d printer enabled us to prototype those parts in which we weren’t in a position to be able to do before,” says deNormand. The same parts that would previously cost anywhere between $300-$5,000 if made using traditional methods now cost $30 and take three days to produce instead of up to eight weeks. The team is now able to test the parts, share them with customers for evaluation, and collect feedback to help in the design of their products. “It changes the design cycle to more of a fail-fast mode,” says Mertz. “It really changes your mindset about how we design, the way we test, the way we validate. It changes the way we put products into production. It’s changed everything.”

 

“I think it has increased engagement. It’s part of our culture now. I mean, it’s kind of hard to believe a 3D printer could do that. But I do believe that.”

— Eric Mertz, CEO, Caldwell Manufacturing

Caldwell has well and truly integrated 3D printing into everything, from R&D, robotic parts for testing, assembly fixtures, tooling, all the way to post-processed parts for customers. The team 3D prints tooling for the shop floor, and the assemblers can provide feedback and suggestions for improvement. “If an assembler feels like there’s a change that needs to be made, I have no hesitation making a change,” says Manufacturing Engineer Phillip Cole. “We quickly make a design change, send it to the printer, and swap it out.” What used to take 6-12 months to do now takes the team 6-12 days, thanks to the carbon fiber 3D printer.

 

An assembly fixture printed in Markforged continuous carbon fiber.

 

Overall, the addition of these two Markforged 3D printers has removed bureaucracy and added autonomy, according to Mertz. “It’s given them the tools they need to put their thoughts into parts,” he says. “And ultimately, I think it’s bigger than that. I think that those things create more engagement from our employees. It’s part of our culture now.”

 

The Future

 

Caldwell Manufacturing is certainly leading the way in its industry, but the team recognizes that there’s still a long way to go. “I think we’re just scratching the surface for what the technology is going to do, evolve into, and how it’ll change low-volume production for the future,” says Mertz. The company expects that in five years, each of its manufacturing plants will have 3D printers for small-volume, low-run, custom-production parts. As of now, they have installed Markforged printers in two of its four North American manufacturing facilities, and have roughly 18 low-volume end-use components being produced using these printers. By the end of the year, the team plans to add printers to its other two North American locations. “We continue to realize the benefits of owning this technology and are genuinely excited about its future,” says deNormand. “Our 3D printers have become the most utilized equipment in our R&D model shop. Our new products and assembly processes are more robust, and we are able to introduce them to the market faster.”

Credit: Markforged

Shukla Medical

ข้อมูลด้านผู้ใช้งาน

Shukla Medical เป็นบริษัทในเครือของ SS White Technologies บริษัทในเครือของผู้ผลิตยานอวกาศ ทำการออกแบบและผลิตเครื่องมือกำจัดการฝังกระดูกสันหลังแบบสากลแบบ orthopedic เช่น Xtract-All® ระบบกำจัดการฝังกระดูกสันหลังแบบสากล(อย่างในภาพหน้าปก) ศัลยแพทย์ทั่วโลกใช้ผลิตภัณฑ์ของตนเพื่อนำการฝังเก่าออกอย่างมีประสิทธิภาพก่อนที่จะแทนที่ด้วยชิ้นใหม่ ทั้งหมดนี้ในขณะเดียวกันก็รักษากระดูกของผู้ป่วยไว้ เครื่องมือถอดการฝังกระดูกสันหลังแบบ orthopedic ส่วนใหญ่มีความซับซ้อนและต้องใช้เวลามากในการใช้งาน ในขณะที่เครื่องมืออเนกประสงค์ของ Shukla Medical ขึ้นชื่อในด้านการออกแบบที่เรียบง่ายและใช้งานง่าย

ความท้าทาย

ผลิตภัณฑ์ของ Shukla ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับศัลยแพทย์กระดูกและข้อ ด้วยคุณสมบัติที่ช่วยประหยัดเวลา เช่น การเชื่อมต่อที่รวดเร็วและตัวเลือกการสกัดที่หลากหลาย Zack Sweitzer ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาผลิตภัณฑ์ของ Shukla Medical กล่าวว่า “เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปว่าทุกนาทีในห้องผ่าตัดนั้นมีราคาแพงและสำคัญต่อ 1 ชีวิตมาก “ดังนั้นทุกครั้งที่คุณสามารถประหยัดเวลาได้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง” ค่าห้องผ่าตัดอาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ 35 ถึง 100 เหรียญสหรัฐ แม้ว่าจะแตกต่างกันไปตามโรงพยาบาลและขั้นตอนการผ่าตัด เครื่องมือของ Shukla จำเป็นต้องสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วและทดสอบโดยศัลยแพทย์กระดูกและข้อ เพื่อตรวจสอบรูปร่างและความพอดีก่อนที่จะสร้างผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำไปใช้งานได้ทันที ทางทีมงานเริ่มสร้างต้นแบบชิ้นส่วนโดยใช้เครื่อง CNC ของพวกเขาหรือส่งการออกแบบไปยังบุคคลภายนอกองค์กร แต่พบว่าระยะเวลารอคอยสินค้าที่ยาวนานนั้นทำให้เกิดการชะลอตัวครั้งใหญ่ในการทำซ้ำบนต้นแบบและป้องกันไม่ให้พวกเขานำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดในระยะเวลาอันรวดเร็ว

“เมื่อเทียบกับ CNC แบบดั้งเดิม คุณสามารถลองใช้รูปทรงที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือรองรับความเสี่ยงด้านการออกแบบมากขึ้นด้วย Metal X”

— Adam Gosik-Wolfe, Mechanical Engineer, Shukla Medical

เต้ารูปทรงเฮลิคอปเตอร์ซึ่งอนุญาตให้ถอดโครงสร้างสกรูทั้งหมด ได้ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกเพื่อให้ศัลยแพทย์กระดูกและข้อสามารถใช้ทำการทดสอบรูปแบบและความพอดีของเครื่องมือผ่าตัดทั้งหมดได้

การแก้ไขปัญหา

Shukla Medical ซื้อเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Markforged ที่สามารถพิมพ์ด้วยคาร์บอนไฟเบอร์แบบต่อเนื่องในปี 2017 และเริ่มใช้มันเพื่อสร้างต้นแบบเครื่องมือแทนการใช้เครื่อง CNC มันเป็นส่วนเสริมที่ยอดเยี่ยมสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกของทีม Adam Gosik-Wolfe วิศวกรเครื่องกลของ Shukla Medical กล่าวว่า “เราใส่อุปกรณ์จำนวนมากให้กับเครื่องมือของเรา และรวมถึงเส้นใยคาร์บอน ทำให้วัสดุมีความแข็งเพิ่มขึ้นเล็กน้อย” แต่ Adam และทีมต้องการให้มันแข็งแรงมากกว่านี้ พวกเขาต้องการต้นแบบโลหะเพื่อให้ศัลยแพทย์จินตนาการได้ง่ายขึ้นโดยการใช้เครื่องมือนี้ Subramanya Naglapura รองประธานฝ่ายปฏิบัติการที่ Shukla Medical ยังเห็นศักยภาพและสนับสนุนการซื้อ Metal X หลังจากประสบการณ์ที่ยอดเยี่ยมกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ คาร์บอนไฟเบอร์ของ Markforged ทีมงานได้ตัดสินใจเพิ่มระบบ Metal X ด้วยการสนับสนุนด้านการจัดการอย่างเต็มรูปแบบ

การใช้เหล็กกล้าไร้สนิม 17-4 PH ทำให้ Shukla Medical สามารถสร้างต้นแบบในวัสดุเดียวกันกับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจำนวนมากได้ ตอนนี้พวกเขาใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คาร์บอนไฟเบอร์สำหรับต้นแบบเริ่มต้น และจากนั้นระบบ Metal X สำหรับต้นแบบขั้นสุดท้ายที่จะอยู่ในมือของศัลยแพทย์สำหรับการประเมินผล Sweitzer กล่าวว่า “ศัลยแพทย์สามารถจินตนาการถึงการใช้มันในแผลจริง และสามารถบอกเราได้ว่าสิ่งที่อยู่ในมือของพวกเขาคือวิธีการที่ถูกหรือไม่” “ความสามารถในการสร้างต้นแบบอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและนำผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปออกสู่ตลาดได้เร็วยิ่งขึ้น จะทำให้เราอยู่ในแนวหน้าของวงการอุตสาหกรรม” การพิมพ์ 3 มิติ โดยใช้คาร์บอนไฟเบอร์แบบต่อเนื่องยังสามารถใช้ทำขากรรไกรแบบอ่อน สำหรับชิ้นงาน Metal X ที่ต้องมีการประมวลผลภายหลัง ทำให้ Metal X เป็นโซลูชันการพิมพ์ 3 มิติในอุดมคติสำหรับทีม

“ความสามารถในการสร้างต้นแบบอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและนำผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปออกสู่ตลาดได้เร็วยิ่งขึ้นจะทำให้เราอยู่ในแนวหน้าของอุตสาหกรรม”

— Zack Sweitzer, Product Development Manager at Shukla Medical

Shukla Medical สร้างต้นแบบชิ้นงานโดยใช้ 17-4 PH Stainless Steel ในการพิมพ์ 3 มิติ

แผนการในอนาคต

Shukla Medical ได้ลดเวลาในการจำหน่ายผลิตภัณฑ์ลงอย่างมากโดยใช้ประโยชน์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติคาร์บอนไฟเบอร์และระบบ Metal X วิศวกรของ SS White Technologies ซึ่ง Shukla Medical เป็นบริษัทย่อย มักใช้เครื่องพิมพ์ Markforged สำหรับเครื่องมือและอุปกรณ์ติดตั้งสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ และการแพทย์ “เราจะนำผลิตภัณฑ์จำนวนมากออกสู่ตลาดเร็วขึ้นด้วยเครื่องพิมพ์ Markforged ของเรา และในที่สุดเราก็มีอิสระในการออกแบบที่สามารถเกิดขึ้นจริงได้กิดขึ้นทำได้” Sweitzer กล่าว

Credit: Markforged

Siemens Energy, Sweden

The Customer

Siemens Energy manufactures world-class gas turbines for industrial power generation and mechanical drive applications. Used for a variety of applications, including turn-key power station projects, Siemens power systems are frequently tailored for each customer project. One such area of customization is the fuel type used to power the gas turbine.

Siemens is also a pioneer in the field of additive manufacturing and has been driving its industrialization for over a decade. In 2012, they opened their first designated 3D printing workshop for serial manufacturing, repairs, and prototyping of metal components. The workshop is located Finspång, Sweden, as an integral part of the gas turbine manufacturing business.

Siemens Gas & Power utilized its industrial X7 printer for strong, stiff fixtures.

 

The Challenge

Recently the Siemens engineers in Finspång began 3D printing a specially designed fuel injector nozzle to react quickly to customers’ customization requirements. They found that conventional methods of manufacturing were hindering the team from achieving higher customer benefits.

By additively manufacturing the fuel injector nozzles, the engineers were able to fabricate high-performing, complex parts faster than before. However, they also realized that the more intricate the 3D printed custom nozzles became, so too did the post-production machining. The necessary support structure required to 3D print the nozzle had to be milled away afterwards, and a special fixture had to be designed to do this. Conventional tooling could not reliably hold the nozzles without causing damage due to the thin, geometrically obscure nature of the nozzle walls. To outsource the geometrically complex, custom tooling would drive up lead time significantly.

The fixtures allow Siemens engineers to machine the fuel injector nozzles.

 

“We become more flexible. We become faster. It [Markforged X7] is absolutely a lean tool.”

— Andreas Graichen, Group Manager Additive Manufacturing Centre of Competence, Siemens Energy

The Solution

The Siemens team started to look to other options that could withstand use in industrial settings. Markforged technology — specifically the X7 — was found to be the most promising. With the unique capability to reinforce each layer with continuous strands of fiber, the X7 enabled the team to produce a smooth, quality surface finish unlike other plastic-based 3D printers. They utilized their industrial Markforged X7 printer to additively manufacture the fixtures that could hold the fuel nozzle in place for machining. “From concept to print, it saved us 10% of time compared to fabricating a conventional machined fixture,” says Jonas Fagertoft, Additive Manufacturing Technician at Siemens in Finspång. Andreas Graichen, Group Manager at the Additive Manufacturing Centre of Competence at Siemens; “With Markforged technology, the design and the production of the holding devices was significantly faster and still strong.”

The holding devices are clamped on while the fuel nozzle is machined on a 5-axis mill.

The fixture allowed the Siemens technicians to clamp the geometrically complex fuel nozzle for machining on their 5-axis mill. As the metal part’s walls were quite thin, they were concerned that the fuel nozzle might flex under machining loads. However, since the Markforged printed fixture was printed in Onyx — a nylon-based thermoplastic filled with chopped carbon fiber — the fuel nozzle could be clamped without it vibrating within the conformal fixture. The composite workholding has transformed the fuel injector nozzle from a machining challenge to an asset. The team is impressed with the quality and stiffness of the fixtures. “It’s absolutely a lean tool,” says Graichen of the X7. Fagertoft agrees, “The material itself is thoroughly impressive in terms of strength.”

“You can basically make the impossible possible.”

— Jonas Fagertoft, Additive Manufacturing Technician, Siemens Energy

The Future

Engineers at Siemens Energy in Finspång can continue to quickly iterate on designs for different customer needs. There are already plans in place to use Markforged technology for other significant tooling projects. Siemens employees are now empowered to take on new and existing projects with this newly gained knowledge. “We’re looking forward to working with Markforged in our upcoming projects”, says Graichen.

Credit: Markforged