La technologie de nouvelle génération de l’impression 3D métal
(fabric8labs.com)- Fabric8Labs est une entreprise d’impression 3D métal qui vise la production de masse de pièces métalliques à haute densité sans post-traitement grâce à l’Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM) à température ambiante
- Son principal facteur de différenciation est de prendre en charge à la fois une résolution de forme à l’échelle du micron, des structures internes complexes, des matériaux de haute pureté et une montée en charge rapide
- L’entreprise utilise une tête d’impression à réseau de microélectrodes brevetée, et peut imprimer directement sur des substrats sensibles à la température comme les PCB, le silicium ou des pièces métalliques existantes
- Elle met aussi en avant, sur le plan de la durabilité, une réduction de 90 % des émissions de gaz à effet de serre par rapport aux technologies additives alternatives et aux méthodes de fabrication traditionnelles
- Ses principaux marchés sont la gestion thermique, les communications sans fil, l’électronique de puissance et les applications émergentes, avec des cibles allant du refroidissement de puces IA à base de cuivre haute pureté jusqu’aux systèmes de communication par satellite
Impression 3D métal basée sur l’ECAM
- La technologie clé de Fabric8Labs est l’Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM)
- L’ECAM est une méthode d’impression 3D métal à température ambiante, centrée sur la fabrication de pièces métalliques complexes et denses sans post-traitement
- Les principales caractéristiques prises en charge sont les suivantes
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Résolution de forme à l’échelle du micron
- Structures internes complexes
- Matériaux de haute pureté
- Montée en charge rapide pour la production de masse
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Performances, montée en charge et durabilité
- Du point de vue des pièces haute performance, l’entreprise met en avant une ultra-haute résolution et la production de pièces métalliques de haute pureté
- Il est possible d’imprimer directement sur des substrats sensibles à la température comme les PCB, le silicium ou des pièces métalliques existantes
- La montée en charge repose sur une tête d’impression à réseau de microélectrodes brevetée
- Il s’agit d’une approche combinant plusieurs technologies existantes pour produire de manière fiable des pièces de haute qualité à l’échelle industrielle
- Sur le plan de la durabilité, l’ECAM peut réduire de 90 % les émissions de gaz à effet de serre par rapport aux technologies additives alternatives et aux procédés de fabrication traditionnels
Parcours d’accompagnement vers l’industrialisation
- Fabric8Labs divise le processus de mise sur le marché des produits clients en IDENTIFY, CREATE et PROVIDE
- À l’étape IDENTIFY, l’entreprise identifie le besoin du problème et les solutions potentielles, puis réalise un premier prototype de la solution proposée
- À l’étape CREATE, elle optimise la solution, vérifie le respect des exigences techniques, puis démontre et met en œuvre la trajectoire de montée en charge
- À l’étape PROVIDE, elle valide la scalabilité pour le lancement du produit, réduit les risques et met en place un système d’approvisionnement massif et fiable
Marchés visés et caractéristiques des pièces
- L’ECAM est une technologie qui cherche à élargir l’accès à la fabrication additive métallique dans de nombreux secteurs grâce à des pièces métalliques imprimées en 3D haute résolution sans post-traitement
- Elle est particulièrement adaptée à la production de cuivre haute pureté, dont les propriétés thermiques et électriques peuvent être exploitées
- Les principaux marchés sont les suivants
- Les cas d’usage cités vont du refroidissement des puces IA haute puissance de dernière génération jusqu’aux systèmes de communication satellite à haute fréquence
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1 commentaires
Avis sur Hacker News
J’avais déjà vu une vidéo montrant quelque chose de similaire [1], et l’idée d’utiliser la galvanoplastie me semblait pertinente
Je ne connais rien au génie chimique ni à la science des matériaux, mais voir une implémentation réelle est intéressant, et avec le peu d’expérience que j’ai en galvanoplastie, j’ai aussi l’impression que ce serait absurdement lent
[1] https://youtu.be/W1d36wbx_yg
Une grande partie de ce système semble avoir été conçue pour atteindre une vitesse de dépôt pertinente pour la production de masse tout en conservant les propriétés du matériau, avec apparemment pour objectif d’être 100 à 1000 fois plus rapide que la galvanoplastie classique
En allant plus vite, le cuivre poussait comme une éponge, sans doute à cause de gaz piégés. Je me demande comment ils s’y sont pris de leur côté
Je me suis un temps intéressé à l’impression 3D électrochimique
Le dépôt peut être très précis, et ici ils parlent d’une résolution de l’ordre du micron, mais une approche simple est généralement lente. Cela dit, si l’on a besoin de cette précision, ce n’est pas forcément un problème, et ils semblent probablement avoir accéléré le procédé avec une matrice de buses, comme une tête d’imprimante jet d’encre
On peut aussi inverser sélectivement le procédé, si bien qu’une imprimante électrochimique devient en pratique une machine combinant fabrication additive et usinage soustractif
Comme c’est de l’électrochimie, ce type d’imprimante 3D semble généralement limité au dépôt de métaux élémentaires purs et de quelques alliages, ce qui réduit fortement le choix des matériaux. Cela reste impressionnant de voir une commercialisation, et je suis curieux de voir jusqu’où cela peut aller
C’est une technologie bien comprise grâce aux spectromètres de masse, et ce n’est qu’une question de temps avant que quelqu’un la miniaturise et trouve comment contrôler le motif de pulvérisation
Je suis le CTO de Fabric8. Je peux répondre aux questions sur la technologie ou l’entreprise
Comme vous pouvez le voir, c’est un procédé assez différent des méthodes classiques de fabrication additive métallique, et il présente des avantages uniques que j’aimerais partager
Je me demande comment vous compensez la consommation de l’anode et les changements de forme au cours de sa durée de vie. Par exemple, est-ce que le centre s’use, ou essayez-vous d’utiliser chaque « pixel » de manière uniforme ?
Je suis aussi curieux de connaître la forme des « pixels » de l’anode et la taille minimale des détails, de savoir si vous avez fait des mesures in situ pendant le développement ou analysé les pièces et l’anode après impression, ainsi que le niveau typique de finition de surface
En supposant que ce soit hors de portée pour un particulier en DIY, ce serait formidable d’avoir un service à la SendCutSend. Si le procédé est relativement doux, nécessite peu de post-traitement et donne des résultats prévisibles, il semble bien adapté à un haut niveau d’automatisation
Cela pourrait aussi bien convenir à une fabrication scalable où le débit de plusieurs machines compte plus que la vitesse d’une seule. Si seulement on pouvait produire à des prix non aérospatiaux, j’aimerais concevoir tout un tas de petites pièces, en commençant par des dissipateurs thermiques, des collecteurs et des échangeurs de chaleur
Je me demande s’il est possible d’imprimer sur des céramiques à base d’oxydes, de nitrures ou de carbures, et aussi sur des matériaux déjà formés. Par exemple, imprimer directement un PCB à l’intérieur d’une coque rigide pour un profil d’aile ou une pale
J’aimerais savoir quelles contraintes de matériaux s’appliquent à l’impression électrochimique, et si l’aluminium ou le titane sont possibles
Quelle est la taille minimale des détails ? Par exemple, peut-on imprimer des structures poreuses contrôlées ou des mèches avec une taille de pore d’environ 50 μm ? Je me demande aussi si vous proposerez un service d’impression pour ceux qui n’ont pas le capital nécessaire pour acheter une imprimante
En particulier, par rapport aux systèmes existants à haute résolution à base de poudre, quels sont les gaz émis ou les risques ? Je connais mal le domaine, donc la question est peut-être idiote
https://www.youtube.com/watch?v=B-UbDk7LrvU
Pour avoir construit et conçu plusieurs imprimantes 3D métal, celle-ci a vraiment l’air plutôt impressionnante
Toutes les imprimantes 3D métal nécessitent des températures élevées et des gaz inertes/réducteurs pour éviter l’oxydation, et la plupart, comme les systèmes DMLS ou à lit de poudre, ont aussi besoin de poudre métallique. La précision est également impressionnante
L’une des idées annexes que j’avais eues en regardant le binder jetting était l’impression 3D d’organes, justement parce que la taille des détails est assez petite. Je me demande s’il pourrait exister un monde où un procédé similaire serait appliqué à des solutions de cellules individuelles
La taille actuelle des pixels est de 33 microns, et elle devrait encore diminuer avec le temps
Grâce au procédé de dépôt à température ambiante, il est aussi possible d’imprimer directement sur des substrats comme des PCB, des céramiques ou des wafers de silicium, ce qui permet des fonctionnalités très particulières
C’est prometteur
Cela ressemble à ce que je bricolais en 2016, mais comme je manquais d’expérience et de qualifications dans le domaine, je n’ai fait que découvrir, comme disait Edison, des « façons de ne pas fabriquer une ampoule »
J’avais particulièrement envie d’expérimenter une tête d’impression à matrice de microélectrodes. Cette approche permettrait de paralléliser le processus de fabrication, un peu comme la photopolymérisation est plus rapide que le FDM
Mon travail s’appuyait sur les recherches initiales de John D. Madden
https://people.ece.ubc.ca/mm/papers/Madden_JMES_1996.pdf
Je peux retrouver et mettre en ligne mon article, mais il faut garder à l’esprit que ce n’était qu’un mémoire de licence et que je n’y avais consacré qu’un temps très limité
L’analogie entre DLP/LCD et SLA laser ou FDM fonctionne très bien
Je comprenais que la plupart des procédés actuels d’impression 3D métallique, à cause de l’arrangement moléculaire, ont des propriétés liées au cisaillement bien moins bonnes que les méthodes où l’on fond puis refroidit l’ensemble
Quelqu’un m’avait autrefois donné un lien vers un article scientifique à ce sujet, mais je n’arrive plus à le retrouver. Je me demande si cette méthode est meilleure sur ce point
Les méthodes modernes fonctionnent beaucoup plus comme un poste à souder, et c’est ce qui permet d’imprimer en 3D des pièces de fusée
Mais la fabrication additive métallique actuelle a suffisamment progressé pour pouvoir respecter les normes matériaux. Il faut se méfier des généralisations, et la réponse la plus juste est généralement « ça dépend »
Ceux dont je peux parler sont le SLM, où la poudre est déposée sur un lit puis fondue par un laser au-dessus, et le DED, où la poudre sort d’une buse puis est fondue par un laser au-dessus
Les propriétés du métal obtenu peuvent facilement être poussées dans des directions très différentes en ajustant une liste interminable de paramètres. Quand on fait fondre le métal, beaucoup de choses se produisent en même temps, comme la trempe, le revenu ou la formation de martensite ; en ajustant le procédé, on peut donc améliorer ou dégrader les « propriétés de cisaillement »
Trouver ces paramètres est un domaine de recherche à part entière, et savoir si les propriétés sont meilleures ou moins bonnes dans « la plupart des procédés actuels d’impression 3D métallique » dépend de l’application et du matériau. On ne peut pas généraliser les propriétés des matériaux après ce type de procédé
En général, les problèmes des pièces frittées viennent d’une légère porosité, inférieure à 3 %, de contraintes internes dues à des cycles de recuit lents, ainsi que de problèmes pouvant aussi apparaître avec l’usinage classique
Nous avons aussi étudié les procédés de dépôt à partir de sels métalliques, mais nous avons conclu que ce n’était pas viable pour un usage général à cause des risques pour les opérateurs. Les risques environnementaux étaient aussi sérieux, avec des coûts liés à l’élimination des substances dangereuses. Toute technologie implique toujours des compromis
Le procédé ECAM fonctionne à température ambiante et dépose la matière par électrodéposition, donc il n’y a pas d’étape de fusion
La microstructure obtenue est à grains fins, avec une taille moyenne d’environ 500 à 1000 nm, et des grains relativement équiaxes, ce qui donne une résistance élevée et un comportement isotrope. On ne voit donc pas les mêmes difficultés que dans les procédés à base de laser, liées à la fusion et au refroidissement
Je crois qu’il y avait aussi un article à ce sujet sur ServeTheHome l’an dernier
https://www.servethehome.com/next-gen-copper-cold-plates-so-advanced-they-need-to-be-3d-printed-from-fabric8labs/
Le cas d’usage emblématique semble être le waterblock en métal imprimé en 3D conçu avec Asetek
Asetek est aussi connu comme un patent troll notoire sur les AIO, et la communication met en avant des choses comme une « pompe plus silencieuse » et de meilleures performances
Arctic fabrique une gamme de refroidisseurs AIO parmi les moins chers, tout en offrant des performances parmi les meilleures du secteur et en dissipant facilement plusieurs centaines de watts
Ce domaine ne donne pas vraiment l’impression d’avoir besoin d’une optimisation à tout prix. Pour des usages spécifiques comme des équipements RF haute puissance ou le refroidissement de lasers, je peux comprendre, mais si c’est le meilleur exemple d’application qu’ils peuvent mettre en avant, je suis un peu sceptique
On dirait soit qu’ils n’arrivent pas à commercialiser la technologie, soit qu’elle présente des défauts critiques dans plusieurs industries, soit qu’il y a une autre raison
Je me demande en quoi les produits de Fabric8Labs diffèrent de ce que proposent des entreprises plus anciennes comme Desktop Metal[1]
Desktop Metal peut imprimer des pièces dans divers matériaux, dont l’acier au carbone, l’acier inoxydable, le titane et le tungstène
L’impression de tungstène, en particulier, me dépasse un peu. En tant qu’amateur de soudage TIG, j’ai du mal à imaginer avoir dans l’atelier une machine capable de fabriquer des électrodes, et l’énergie nécessaire doit être énorme
[1] https://www.desktopmetal.com/
Fabric8Labs peut aussi imprimer directement du cuivre pur, ce qui a historiquement été très difficile. Le procédé est aussi plus efficace énergétiquement et mieux adapté aux petites pièces complexes. Desktop Metal vise un autre marché en termes de matériaux et de dimensions
À titre de précision, je suis GP chez Asimov Ventures et j’ai investi dans le tour de pré-amorçage de Fabric8Labs
La production de poudres métalliques consomme notamment beaucoup d’énergie, alors que les systèmes ECAM utilisent en entrée des matériaux précurseurs situés plusieurs étapes en amont du métal raffiné classique, ce qui permet d’éviter ce processus
La phrase « l’approche électrochimique permet une résolution géométrique à l’échelle du micron, des géométries internes complexes, des matériaux de haute pureté et une montée en échelle rapide pour soutenir la production de masse » ne donne pas l’impression que ce soit bon marché
Dans un système de fabrication 3D où les coûts sont répartis, j’imagine cette technologie utilisée pour certains composants critiques
Si c’est comparable à d’autres procédés de galvanoplastie, il faut penser en nanomètres par seconde sur l’axe z, avec 96 485 ampères-secondes par mole de métal déposée et une faible tension selon le matériau. J’estime donc le coût du procédé à quelque chose comme quelques euros par kg, à un chiffre, auxquels s’ajoute le coût du matériau sous forme d’électrolyte
https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_constant
J’imagine des objets qui se forment très lentement par galvanoplastie dans une cuve à taille humaine, en continu, jusqu’à devenir des pièces assez grandes
Le concept est très séduisant. Cela dit, la galvanoplastie que je connais est assez différente d’un procédé aussi précis et relativement rapide, donc je ne comprends pas très bien comment cela se passe en pratique
La partie difficile est la matrice d’anodes, mais ça ne semble pas si compliqué. Les fabricants d’écrans TFT devraient pouvoir produire ce qu’il faut, et les écrans TFT sont vraiment bon marché
À la différence que ce n’est pas basé sur la photochimie, mais sur l’électrochimie