惠普HP推出商业化粘结剂喷射金属3D打印机Metal Jet S100(2)
时间:2022-09-13 10:47 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
金属粘合剂喷射领域大战开始
在过去的十年中，制造业发生了翻天覆地的变化。制造业现在正处于第四次工业革命的早期阶段，得益于3D打印的加速发展及其加速设计、改进工艺开发的能力，在行业中率先实现了真正的规模经济。然而，对于金属AM制造领域，可能是另一个故事。尽管激光束粉末床熔合技术已经能够做到金属3D打印规模化生产，但是因为技术、材料、能源等限制，对于大多数用户而言始终存在着技术壁垒。
随后，越来越多的制造商把注意力放在了金属粘合剂喷射这条赛道上。尽管这项技术的前景似乎较之前者更为美好，但是过程却异常艰辛。南极熊曾在2021年4月中阐述了观点：粘合剂喷射金属3D打印技术产业化，是一场持久战。而随着之后行业的一系列整合，以及今年Metal Jet S100的出现，整条赛道的火药味似乎更加浓烈了。
△惠普与施耐德电气和 GKN 合作生产了一种用于施耐德电气NSX 断路器的新过滤器。该过滤器是使用HP Metal Jet 技术生产的（由Schneider Electric提供）
金属粘合剂喷射已经存在多年。基于最初在麻省理工学院开发的专利，金属粘合剂喷射一般主要由美国公司开发和销售，这些公司希望将金属增材制造规模扩大到大规模生产，以替代主要由德国驱动的金属粉末床融合方法。目前，有多家公司要么已经在营销这项技术，要么正在准备这样做。 
△热发泡式3D打印
除了惠普之外，有能力在全球金属粘合剂领域建立市场主导地位的还有三个主要竞争对手。Desktop Metal是这一领域目前最为成熟的集团，它将内部开发的金属粘合剂喷射技术与金属粘合剂喷射发明者Eli Sachs的贡献相结合，还吸收了金属粘合剂喷射市场领导者ExOne的技术（ExOne于2021年8月被收购，详情请参考：粘结剂喷射3D打印技术大整合：Desktop Metal将收购ExOne）。几年来，ExOne 是市场上唯一一家拥有商用金属粘合剂喷射系统的公司。而这也变相使得Desktop Metal集团在这一领域市场上占有着重要地位。
△Desktop Metal收购ExOne
第二个竞争对手Markforged集团也起源于大波士顿地区，这两家公司的结构非常相似，Markforged也是Desktop
Metal在金属丝熔融沉积领域的直接竞争对手。两家公司都率先并帮助建立了这一领域，都通过SPAC上市筹集大量资金，并且都进行了重大收购以加速金属粘合剂喷射业务的发展。Markforged从Hoganas集团收购了瑞典公司Digital Metal（详情请见：Markforged以4000万美元收购Digital Metal，将规模量产高质量金属3D打印部件）。与ExOne一样，Digital
Metal多年来一直提供金属粘合剂喷射服务。只不过ExOne专注于大型金属原型和工具，而Digital
Metal则专注于大批量的小型精密零件。尽管这几年来Digital
Metal仅将其技术作为服务提供，并且在2019年才开始营销系统。这仍然意味着Markforged和Desktop
Metal已经在全球市场上出现了同类的商业产品。
△Markforged收购Digital Metal，将为未来发工业化发展奠定基础
相比前两家公司，第三个竞争对手GE Additive似乎稍稍落后。这家公司于2016年通过高调收购EBM公司Arcam和激光PBF公司Concept Laser进入金属AM市场，预计还将推出商用金属粘合剂喷射系统，目前称为H2，并已展示某些汽车生产应用在测试版客户中的可行性。
当然，还有其他具有类似技术的潜在竞争对手，例如总部位于加利福尼亚州的3DEO，这家公司通过内部开发的系统积极大规模生产低成本零件。不过目前，在全球范围内，MBJ硬件之战将主要在这四家公司之间展开。
惠普的破局法宝？
不同于竞争对手的收购手段，惠普的战略还是从自家技术开始的。似乎想要复制在聚合物3D打印领域的成功经验，它的战略针对了整个制造业并与其他制造技术竞争更大的蛋糕，而不是其他金属3D打印工艺。正如现任惠普全球负责人兼总经理Ramon
Pastor（以及MJF和Metal Jet上市计划背后的人）所解释的那样，惠普将利用MetalJet
作为从手动装配过渡到数字装配的一种手段，减少对劳动力的依赖，同时解决供应链相关的挑战，这两者都是这个特定时期非常紧迫的问题。此外，金属粘合剂喷射作为不需要支撑的3D打印工艺，可使工程师充分利用增材制造在复杂几何形状和定制子组件方面的几何优势。与减材和成型工艺相比，环境影响更小。这对劳动力成本很高的西方市场似乎更为重要，能够将大部分人从体力劳动中转移出来，还能有效地重新分配资源。
△与GKN合作，施耐德电气690-V电源滤波器的新组件采用HP Metal Jet技术生产，由于这些类型的滤波器形状复杂，其他工业制造能力无法实现这一目标。照片由施耐德电气提供。
此外，惠普似乎对Metal
Jet的实际3D打印过程具有更大的自信。作为数字印刷工艺全球领导者，与传统金属制造工艺相比，惠普的独特地位能够在某些特定的几何形状产品中推动客户价值。与其他金属3D打印工艺相比，Metal
Jet在构建阶段能够提供高达十倍的生产力水平。另外，金属粘合剂喷射可以使用许多MIM（金属注射成型）工艺相同的粉末，这可以缩短新材料合格的时间要求。惠普期望能够利用的第三个优势基于其在工业热喷墨打印技术开发方面长达数十年的经验，这意味着能够依靠市场上最高效的打印头（1200
dpi、4倍喷嘴冗余、高级错误检测、高速校准、易于更换）和最有效的粘合剂。HP的乳胶粘合剂的特点是长聚合物链紧密堆积成为颗粒并分散在液相中。这使得成品低残留碳、低温固化以及实现更高的精度、光洁度质量和生坯强度。
△乳胶粘合剂
端到端的Metal
Jet工作流程是最具挑战性的，因为它超越了打印本身，对于将金属3D打印扩展到大规模生产至关重要。似乎从MJF技术中吸取了许多经验教训，HP推出了S100
Metal
Jet系统以及品牌专用机器，用于粉末管理、固化和粉末去除。粉末混合和筛分单元支持多台打印机，通过有效混合和控制新鲜材料的添加以及自动将粉末加载到构建单元来提高工艺经济性。除粉装置还改善了工艺和劳动经济性，同时营造了一个清洁安全的工作环境。可以添加多个单元以提高生产率。这比其他同类产品更具一定的优势。
△Multi Jet Fusion基于Powder Bed Fusion 3D 打印技术，旨在使用塑料制造零件和功能原型。
惠普目前唯一无法管理的工作流程是烧结阶段，这需要高度专业的知识。因此，惠普正与Elnik系统等专家在烧结方面密切合作。当数字增材批量生产时，或许还将需要更复杂的零件处理和分拣系统，但这可能必须通过诸如AM Flow等公司推出的机器进行下一步探索了。
3D打印商业化的新阶段
根据SmarTech关于“Market for Bound Metal Additive
Manufacturing
2022”的报告来看，预计到2030年，整个行业将生产540亿美元的零件。而相较于目前的市场份额而言，收购ExOne的Desktop
Metal占首位，其次是收购了Digital Metal的Markforged。GE的技术推广大多基于客户，预计今年可能也会强势推广。
△惠普在 3D 打印机制造领域的优势在于其从 2D 打印中吸取的教训。
因此，惠普的商业化可能需要迅速赶上。凭借大众汽车这样的大客户以及惠普自身的制造影响力，做到这一点是很有可能的，正如它曾经快速占领聚合物3D打印市场一样。另外，惠普在宣布计划5年后的今年推出HP
Metal Jet S100可能也是一种挽留老客户并且吸纳新投资的策略，为了来日的大战积蓄实力。
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