Arevo 2018 : Pionnier de l'impression 3D à fibre continue pour la production industrielle

CW couvre Arevo (Santa Clara, CA, US) depuis 2014. Connue pour son utilisation de polymères thermoplastiques haute performance, notamment polyétheréthercétone (PEEK), polyaryléthercétone (PAEK), polyétherimide (PEI) et polyphénylène sulfure (PPS), l'entreprise était aussi leader dans le développement du contrôle robotique en boucle fermée pour l'impression 3D, permettant le placement de fibre dans la direction z et le long de courbes 3D. L'entreprise a une liste de nouveaux développements, dont son process de dépôt d'énergie direct (DED) utilisant le chauffage laser pour une augmentation de 100 fois de la vitesse de production.

Nouveau CEO et financement Série B

Jim Miller a rejoint Arevo comme CEO il y a trois mois. Il était un employé précoce d'Amazon et a passé huit ans chez Google, zuletzt comme VP opérations mondiales. « J'ai en fait passé la majeure partie de ma carrière à aider de jeunes entreprises à monter en puissance », dit Miller, « j'étais enthousiasmé par l'approche d'Arevo pour l'impression 3D de composites et je vois une énorme opportunité de changer la façon dont le monde conçoit et fabrique des structures complexes à travers une myriade d'applications. »

L'entreprise a aussi juste bouclé son financement Série B, levant 12,5 millions $ avec Asahi Glass Co. (AGC, Tokyo, Japon) en chef de file. « Ce sont les plus grands producteurs mondiaux de verre automobile », dit Miller. « Ils ont de bonnes relations dans l'industrie auto et voient une grande opportunité pour les nouvelles technologies composites dans les applications automobiles. » Autres investisseurs : In-Q-Tel (Arlington, VA, US), Sumitomo Corporation (Tokyo, Japon) et Leslie Ventures. Miller dit que Sumitomo, l'un des plus grands conglomérats japonais et leader dans les technologies oil & gas, s'intéresse à appliquer la technologie d'impression 3D d'Arevo à travers ses activités industrielles, incluant construction, transport, infrastructure et énergie.

Production industrielle de composites thermoplastiques

« Nos nouvelles cellules de fabrication utilisent un robot industriel standard, une plateforme de construction rotative et un laser pour le chauffage », explique Miller. « Nous appelons le process dépôt d'énergie direct (DED). » À l'intérieur de la cellule de fabrication sécurisée laser, le robot a un effecteur de tête d'impression avec gestion thermique propriétaire, électronique personnalisée et systèmes de vision permettant l'inspection in-situ. « Le process est majoritairement sans intervention/éteint », disent Miller. « Ces nouvelles cellules produisent plus d'une augmentation de 100 fois de la vitesse de production. » Le directeur technique Wiener Mondesir ajoute : « Le laser fournit une énergie illimitée. Nous pouvons la contrôler et aller plus vite pour atteindre des cadences de production industrielles. » Mais Miller souligne : « Ce n'est pas une question de vitesse de déplacement des machines ou de quantité de matériau déposé car nous construisons des composites structurels complexes au quart du coût des composites traditionnels. »

« Nous poursuivons la fabrication économiquement viable de pièces composites thermoplastiques de grande taille », dit Miller. « Nous abordons cette fabrication sous une perspective non-traditionnelle des composites. » Cependant, la tête d'impression intègre une capacité de compactage et les pièces satisfont toujours aux exigences qualité des composites traditionnels. « Nous pouvons atteindre des pièces composites thermoplastiques avec un contenu en vides bien inférieur à 1 % », atteste Miller. « Arevo continue d'améliorer son process et atteindra les propriétés mécaniques pour exigences de structure primaire dans un futur proche. »

Logiciel Pathfinder

Partie de la « perspective composites non-traditionnelle » que Miller référence ci-dessus est l'investissement d'Arevo dans le logiciel de design et process digital. « Nous avons condensé un workflow complet dans le logiciel », dit Miller. « Il peut fournir une analyse 3D complète de la pièce et développer l'orientation de fibre optimisée en utilisant des modules FEA Additive (AFEA). Une grande partie de notre succès est pilotée par le logiciel et la simulation de production de pièce. Nous faisons passer le design généré par ordinateur dans notre logiciel de simulation de process et il montre les paramètres de process incluant températures, chemin d'impression, gauchissement et retrait du matériau imprimé, ainsi que contraintes résiduelles. Cela nous permet de vraiment comprendre et optimiser le process pour produire des pièces de très haute qualité. »

Il dit que la preuve du logiciel d'Arevo est que les propriétés des pièces fabriquées sont dans les 5 % des propriétés simulées, ce que Miller note est basically au niveau de la marge d'erreur de mesure de test. Il ajoute qu'Arevo utilise aussi l'apprentissage machine d'une façon unique.

Démontrer les possibilités

Il y a juste un mois, Arevo a présenté ce qu'elle croit être le premier vélo imprimé 3D au monde à l'événement Sea Otter (19-22 avril, Monterey, CA, US). « Notre but était de démontrer ce que notre logiciel et process peuvent atteindre », explique Miller. « Nous avons travaillé avec le studio de design industriel Colorado Studio West pour développer le design de cadre de vélo en porte-à-faux. » Il note que Studio West est bien connu dans l'industrie du vélo, travaillant avec certains des top fabricants. « Ils nous ont donné initialement un design de cadre très traditionnel », dit Miller. « Mais nous voulions montrer comment Arevo peut appliquer des fibres continues de façons novatrices, donc nous avons continué à travailler avec eux à travers diverses itérations. » Il ajoute que l'équipe Arevo voulait optimiser la rigidité et la flexion du cadre de vélo, mais aussi démontrer l'esthétique novatrice possible avec sa technologie de fabrication additive. « Nous avons abouti à un design de vélo très unique », dit Miller. Le cadre de vélo est fait avec du toron CF 12K continu et du PEEK mais Miller dit qu'il est aussi possible d'utiliser du nylon.

Les cadres de vélo ne sont pas le seul exemple de ce qu'Arevo réalise en fabrication additive de composites. « De petites entreprises de robotique construisent des robots à grand cadre que nous aidons à alléger à une fraction du coût des matériaux traditionnels », dit Mondesir. Arevo met aussi en avant des applications d'hélices et propulseurs, où les bénéfices rapportés incluent :

• Production à la demande pour gérer le coût d'inventaire
• Efficacité supérieure vs. construction métallique
• Résilience à l'environnement de service
• Géométries complexes impossibles avec la fabrication traditionnelle.

Voie vers la production industrielle

Miller dit que le premier objectif pour 2018 est d'installer huit cellules de fabrication DED et de monter en capacité pour adresser son carnet de commandes de pièces de production. « Nous commencerons à expédier des produits en volume cette année », affirme-t-il. L'entreprise travaille aussi avec des clients stratégiques sur applications clés et développement produit. « Notre troisième axe majeur est de continuer à affiner le process de dépôt pour augmenter la vitesse tout en maintenant qualité et rendement », dit Miller. « Nous démontrerons aussi des pièces avec différentes fibres et tailles de toron. » Il dit que le process DED peut gérer forme et diamètre de toron variables, jusqu'à 24K. « Nous pouvons imprimer avec PEKK, PAEK, PPS et aussi avec fibres de verre et aramide continues », ajoute Miller.

Qu'en est-il de l'impression avec fil et fibre optique pour des structures composites multifonctionnelles ? « Ce serait essentiellement juste une autre fibre pour nous », dit Miller. Les démonstrations de cette capacité ont, jusqu'ici, été en labo. « Nous regardons la propriété intellectuelle et avons de la R&D en cours dans ce domaine », ajoute-t-il.

« Rien ne nous empêche d'utiliser plusieurs torons et/ou rubans », soutient Miller. « Et il n'y a vraiment pas de limite à la taille que nous pouvons imprimer. Nous fabriquons une pièce de 2,5 m x 1,5 m pour une entreprise aérospatiale et regardons aussi l'utilisation de plusieurs robots ensemble. L'entreprise a développé ses cellules de fabrication DED pour être modulaires, capables d'avoir des opérations secondaires intégrées comme la finition pour produire des surfaces de haute qualité.

Nous pouvons aussi mettre nos têtes d'impression sur n'importe quels robots industriels, donc notre technologie peut être intégrée dans un process existant ou des process complètement nouveaux. » Il souligne qu'Arevo « n'est pas dans le business des imprimantes, mais cette adaptabilité ouvre des opportunités. L'entreprise a 55 brevets délivrés, en instance ou en cours de dépôt.

Qu'en est-il du design génératif ? Arevo se voit-il comme un acteur aidant à réaliser cette nouvelle approche du design et de la fabrication ? « Le design génératif est très différent de ce que nous faisons car il peut aboutir à des designs difficiles à fabriquer, ce qui fait monter les coûts », répond Miller. « Notre approche est d'inclure l'optimisation pour la fabrication en amont. »