Det är inte svårt att förstå varför några av världens största företag nyligen har gjort enorma investeringar i 3D-utskrift av metall. Att tillverka metalldelar i stor skala kräver för närvarande att företag navigerar i komplexa globala leveranskedjor som tar en oundviklig del av resultatet.

Dock, kostnaden, komplexitet, och tid förknippad med 3D-utskrift av metall har säkerställt att teknikens prägel på tillverkningsindustrin för flera biljoner dollar förblir minimal.

Desktop Metal arbetar för att ändra på det. Senare i år, företaget kommer att börja leverera tidiga versioner av sitt produktionssystem, en 3D-skrivare som kan producera upp till 100, 000 metalldelar till en kostnad och hastighet som är konkurrenskraftig med traditionella tillverkningsmetoder. Företagets första produkt, Studiosystemet, förbättrad säkerhet, fart, och prisnivå för 3D-utskriftsprototyper och små partier av metalldelar.

"Metalltillverkning är en av de största drivkrafterna för tillverkning totalt sett, och tillverkning driver världen, " säger Desktop Metals medgrundare A. John Hart, en docent vid MIT:s institution för maskinteknik och chef för Laboratory for Manufacturing and Productivity. "3D-utskrift är en fantastisk teknik när det gäller dess kapacitet och hur den omformar produktens livscykel, men vi är i så tidiga skeden att innovativa processer behövs för att öppna dammluckorna."

I jakten på det målet, grundarteamet, som inkluderar fyra nuvarande MIT-professorer och en alumn från Sloan School of Management, har övervakat en anmärkningsvärd grad av innovation som har lett företaget att ansöka eller vara i färd med att lämna in över 200 patent.

Den innovationen kan hjälpa till att förklara varför Desktop Metal har haft en aldrig tidigare skådad bana sedan grundandet 2015. Boston Business Journal rapporterar att det förra sommaren blev det snabbaste företaget i USA:s historia att nå en värdering av miljarder dollar, på väg att samla in 277 miljoner dollar i riskkapital.

Den månghundraåriga tillverkningsindustrin kan verka som ett formidabelt mål för en så ung startup, men investeringsarmarna hos företagsgiganter som Google, Vadställe, BMW, och GE har finansierat Desktop Metal i satsningar på att företaget kan störa branschen i en skala som aldrig tidigare setts i 3D-utskriftsvärlden.

Ett gyllene tillfälle

Under 2012, Ric Fulop MBA '06 var generalpartner på North Bridge Venture Partners när han såg en affärsmöjlighet i det faktum att nuvarande processer för 3-D-utskrift av metall var alldeles för långsamma för massproduktion och alldeles för dyra för prototypframställning. Han ägnade tre år åt att leta efter rätt företag för att ta itu med dessa problem innan han bestämde sig för att han skulle starta företaget själv.

Han inser de enorma tekniska utmaningarna som ligger framför honom, Fulop bestämde sig för att samla ett team av människor som har ägnat sina karriärer åt att avancera områden relaterade till 3-D-utskrift, inklusive materialvetenskap, maskindesign, automatisering, och mjukvara.

De sex personer som han grundade företaget med inkluderar Hart; Kyocera professor i materialvetenskap och teknik Yet-Ming Chiang; materialvetenskap och ingenjör professor Christopher Schuh; och maskinteknik professor Ely Sachs, en tidig pionjär inom 3-D-utskrift som uppfann den mycket använda metoden för binder jet-utskrift. De andra medgrundarna är datorstödd designprogramvaruveteran Rick Chin, och Jonah Myerberg, som arbetat med Fulop på ett tidigare företag och för närvarande fungerar som Desktop Metals tekniska chef.

"Vi samlades och sa:'Låt oss börja uppfinna, och det var en fantastisk upplevelse, " minns Hart. "Desktop Metal snurrade inte ur IP från något av våra labb. Det var ett team som grundades kring en möjlighet och en vision som sedan krävde snabb uppfinning och innovation i samband med marknadens behov."

Bland lagets genombrott var en tryckteknik som kallas bunden metalldeposition, som fungerar genom att extrudera metallpulver blandat med ett bindemedel, på ett liknande sätt som lager-för-lager-processen som är vanlig vid 3D-utskrift av plast. Delarna placeras sedan i en avbindare, där en patenterad vätska löser upp bindemedlet, innan de sintras och förtätas i en ugn.

Bunden metalldeposition fungerar med många av samma legeringar som metallinjection molding (MIM) process som har använts i stor utsträckning i tillverkning sedan 1980-talet, inklusive rostfritt stål, koppar, och titan.

"Vi förvandlade metall 3-D-utskrift till något kontorsvänligt som du kan placera var som helst, " säger Fulop. "Du kopplar bara in den så kan du göra metalldelar."

Studiosystemet gjorde 3D-utskrift praktiskt för kontorsprototyper och lågvolymproduktion. Men för att Desktop Metal ska kunna kämpa med den globala tillverkningsmarknaden, företaget behövde återuppfinna tryckprocessen ytterligare.

Företagets produktionssystem utnyttjar en annan proprietär teknik som kallas single pass jetting, en komplex men utåt smidig process där ett skrivhuvud med pulverspridningsenheter på vardera sidan glider fram och tillbaka över ett byggområde. Med varje pass, skrivaren lägger ut exakta lager av metallpulver innan ett bindemedel sprutas på pulvret. Varje lager av puder är lika tunt som ett människohår.

Enligt företaget, systemet är världens snabbaste metall 3-D skrivare, 400 procent snabbare än närmaste binder jet-system och 100 gånger snabbare än dagens laserskrivare.

"En stor del av otillgängligheten fram till denna punkt har varit kostnaden och hastigheten för utskrift, " säger Hart. "Om du någonsin har sett en 3D-metalldel skrivas ut ... vissa växter växer snabbare."

En ljus framtid

Fulop uppskattar att två dussin produktionssystem kommer att levereras under 2019 när företaget fortsätter att skala. När beställningar rullar in, många av Desktop Metals kunder funderar på att köpa flera system för att skriva ut med volymer mycket högre än 100, 000 delar.

Fortfarande, det är fortfarande oklart hur mycket 3D-utskrift kommer att störa den vanliga metallbearbetningen inom en snar framtid. Traditionella tillverkningsprocesser, som casting, har sina fördelar för att skapa relativt enkla detaljer vid höga volymer.

"När folk säger att 3D-utskrift kommer att utgöra 20 eller 40 procent av tillverkningen inom ett antal decennier, Jag tror, 'Antagligen inte, ' och då, "Det är för tidigt att säga, '" erkänner Hart. "Som sagt, det är så tidigt att jag är övertygad om att tillverkningsindustrin för additiver kommer att växa 10 eller 100 gånger under de kommande fem till 10 åren eller så."

Att mäta effekten av metall 3-D-utskrift med hjälp av försäljningsvolymen för nuvarande maskiner och material underskattar förmodligen dess verkliga värde. De unika egenskaperna hos 3-D-utskrift bör avslöja nya alternativ för ingenjörer och designers som försöker göra objekt som effektivare flygplansmotorer och lättare fordonskonstruktioner.

"3D-utskrift låter dig förvandla komplexitet till enkelhet, "Hart förklarar. "Tänk på hur många produkter som kräver samtidig konstruktion och eventuell montering av många delar, och hur designbegränsningarna och logistiken i tillverkningen formar hur vi utvecklar produkter. 3D-utskrift låter dig konsolidera sammansättningar till enskilda delar, och design för optimal prestanda. Att bara tänka på kostnaden för 3D-utskrift ignorerar det otroliga värdet som upplåsts av nya mönster, och av snabbhet och flexibilitet i verksamheten. När du tänker på dessa aspekter hand i hand, du ser det verkliga genombrottet."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.