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谷歌、宝马、GE争抢的“间接3D打印技术”为何在国内遇冷? | 新材料在线
2019-04-11 00:04
来源:中国战略新兴产业

 

  本文首发于2019年4月1日期

  《中国战略新兴产业》

  戴功旺

  “间接金属3D打印技术”发展至今已经形成了多种不同的技术流派,一大类是以DM、惠普、Exone、3DEO、Markforged所代表的粘结剂喷射技术,另一类是以Xjet为代表的纳米颗粒喷射技术,第三类?#25250;?#22914;Prodways与CEA Tech LITEN 开发的以树脂为间接体的金属3D打印技术,第四类例如德国GEFERTEC的熔融长丝制造技术。

  刚?#25112;?#26463;的TCT 2019亚洲3D打印展上,美国Desktop Metal(以下简称DM)的展台备受关注,吸引人们好奇心的除了其发布的最新产品之外似乎还有别的原因。

  2019年年初,DM获得了1.6亿美元的融资,这已经是该公司的E轮融资,估值近15亿美元。截止目前该公司累计获得融资4.38亿美元,成为行业融资次数最多、融资金额最大的?#30340;?#40657;马。

  >> Desktop Metal金属3D打印设备。

  相比2012年至2015年的“3D打印热潮期?#20445;?#24403;下投资人选择3D打印项目更加谨慎。进入冷静期的3D打印行业,DM的频繁大额融资的确让人意外。

  一种说法认为,DM的成功,很大程度归功于其DM Production系统改变了传统激光金属打印无法规模化制造的现实,让市场迫?#34892;?#35201;的批量化制造成为可能。

  在?#30340;冢?#23558;诸如DM这类非直接?#25112;?#25104;型,需要经过脱脂,?#25112;?#31561;辅助工艺的技术称之为“间接金属3D打印”。

  但目前?#30431;?#27861;?#24418;?#24418;成统一认识,西安工业大学教授黄卫东在接受新材料在线采访时指出:“讲‘间接打印’是为了区别于最普遍应用的直接打印技术,现在还没有到定义阶段,但讲的人多了,也许?#38498;?#24403;这个技术有了重大应用之后,可能被接受为一种正式术语。”

  “间接金属3D打印技术”发展至今已经形成了多种不同的技术流派,一大类是以DM、惠普、Exone、3DEO、Markforged所代表的粘结剂喷射技术,另一类是以Xjet为代表的纳米颗粒喷射技术,第三类?#25250;?#22914;Prodways与CEA Tech LITEN 开发的以树脂为间接体的金属3D打印技术,第四类例如德国GEFERTEC的熔融长丝制造技术。

  这种曾经几乎被?#30340;?#25918;弃的技术为何重新受到谷歌、宝马等国际巨头的青睐,原因还得从3D打印行业发展的瓶颈说起。

  技术瓶颈限制3D打印规模化应用

  本届TCT展会现场热?#30452;?#21518;却也存在这样一个现象,现场展示的几乎都是3D打印材料商和设备商,却很少见到专业的3D打印服务商,这恰恰?#20174;?#20102;3D打印技术离大规模应用还有很大距离。

  高昂的材料、设备成本,限制了应用端的?#40644;啤?/p>

  工业级的3D打印设备动辄上百万,最便宜的也要几十万,但3D打印服务商的利润细水长流,很难支撑起大额资金采购设备;再加上技术与设备的更新速度越来越快,若不定期添置新设备,又无法满足产能或?#31361;?#38656;求,只能?#20197;?#28120;汰。

  即便有能力购买设备,比普通材料贵十倍甚至上百倍的3D打印耗材也让许多原本对3D打印服务有兴趣的企业望而却步。

  以市面上常用的钛合金TC4球形粉体为例,进口粉末的价格在2800至4000元/公斤,目前有国内团队将价格?#40644;频?500元/公斤,但这一价格对于大规模工业化应用而言,仍然不现实。

  2019年1月11日晚间,广东银禧科技股份有限公司公告,终止“3D打印一体化产业互联网服务平台研发与产业创新团?#21360;?#39033;目并退回剩余?#26222;?#34917;贴。

  公告解释称,“由于目前国内3D打印市场?#24418;?#25104;熟,其技术在民用领域仍未跟上发展步伐,公司引进的3D打印项目虽能实?#21046;?#21488;运作,但无法在项目实施期内大规模应用,且无法在项目实施期内完成约定的经济目标。”

  尽管在高端制造领域已经有部分案例应用到实际生产,但整体而言,生产厂商仍然主要将3D打印应用于模具的设计和打样,而非作为真正的终端制造设备进?#20449;?#37327;生产。

  制约3D打印大规模应用的另一大瓶颈在于3D打印的规模化生产能力极为有限,?#24418;?#30495;正融入传统制造体系。

  在这一背景下应运而生的“间接金属3D打印”的突出优势便是能够实?#27490;?#27169;化生产。

  挑战传统打印工艺市场

  “当一台激光金属3D打印设备全速运转打印出一个金属零件?#20445;珼M的单通道喷射(SPJ)技术打印设备已经完成了100个同类型零件加工。”

  对于?#26377;?#29575;如同生命的制造业而言,这样的描述无疑是诱人的。

  “间接金属3D打印技术”可直接使用金属注射成型用粉末,这种粉末的供应链比用于激光或电子束3D打印的球形金属粉末的市场要广阔的多,随之带来的是粉末成本的大幅下降。

  据DM中国区代理商上海曼恒销售经理王博伟介绍,在销售端,DM“间接金属3D打印技术”使用的同类型材料大概比进口激光打印材料便宜20%到40%。

  除此之外,在材料利用率和后处理方面,“间接金属3D打印技术”都具有其特殊的优势。

  当效率优?#39057;?#21152;成本优势后,“间接金属3D打印”的想象空间自然而然地被打开。

  作为一种新型的金属打印工艺,“间接金属3D打印技术”可以实现发动机组件、变速箱壳体等部件的快速成型,还可以帮助泵行业的?#31361;?#29983;产原型铸件、更换叶轮、蜗壳形状和旋转部件。

  行业分析人士指出,“‘间接金属3D打印技术’,将在汽车、能源、重型设备等领域发挥重要作用,极大挑战传统打印工艺市场。”

  国际竞争格局初现 国内鲜有涉足

  在“间接金属3D打印技术”道路探索中,DM并不孤单。

  实际上,美国ExOne才是第一?#21307;?#38388;接金属3D打印技术”成功商业化的公司,基于粘结剂喷射技术,ExOne推出了覆盖砂型、金属以及陶瓷的十几款打印机。有趣的是,ExOne高级总监Helmut Magg此前接受媒体采访时表态:“ExOne永远不会生产制造基于激光?#25112;?#25216;术的产品”

  作为第一?#39029;?#34691;蟹的企业,ExOne推出“间接金属3D打印技术”之?#20445;?#24066;场上对金属打印批量化制造提及不多,加?#32454;?#20844;司在国内的推广不足,ExOne的产品在国内鲜为人知。

  近几年,随着市场对金属打印批量化制造的需求增加和“间接金属3D打印技术”产品的精度和速度的显著提升,行业发展呈?#32622;?#26174;加快趋势,DM和惠普HP便是第一梯队的典型代表。

  在TCT 2019亚洲3D打印展上普惠HP展示了喷射金属3D打印技术所制作的金属零件,据了解,目前已经为强生,大众,威乐,OkayIndustries和PrimoMedicalGroup等生产金属喷射零件。

  大众汽?#30340;?#21069;正在将该技术用于可定制组件,如个性化钥匙环和外置铭牌。大众汽车的未来的计划是使用惠普喷射金属3D打印技术生产具有重要结构要求的高性能功能部件,例如换档旋钮和镜座。

  Desktop Metal瞄准金属3D打印批量化市场推出的DM Production系统备受资本青睐,据说已经与谷歌、宝马等制造业巨头建立合作关系。

  除此之外,GE、Stratasys等国际厂商也正在加紧相似技术的研发,“间接金属3D打印?#26412;?#20105;越来越激烈。

  值?#31859;?#24847;的是,与国际激烈竞争格?#20013;?#25104;鲜明对比的是,国内的“间接金属3D打印”领域?#24418;?#25104;气候。

  据新材料在线?调查了解,国内目前从事“间接金属3D打印”研发的寥寥无几,新材料在线?唯一接触到的一家从事该领域研发的企业是升华三维,该公?#22659;?#31435;于2017年,由中南大学粉末冶金研究院团队创办。

  该团队结合其自身在粉末冶金方面的优势,目前已经推出第一代挤出成型设备,主要主要面向高校、科研院所?#22836;?#26411;冶金厂商。团队负责人吴敏称,“公司已经着手研发第二代设备,一旦成功,有望追上甚至超越国外同行们。”

  然而,目前国内涉足金属3D打印的头部企业如华曙高科、光韵达等均以激光打印为主,并没有发展“间接金属3D 打印技术”。

  据了解,上述企业均有关注“间接金属打印技术”发展,但考虑到目前该项技术应用尚不明?#21097;?#32780;激光打印相对已经具备较为成熟的市场空间,?#24418;?#32771;虑研发该类型技术。

  中南大学粉末冶金研究院教授、长江学者、升华三维首席科学家熊翔分析称:“国内的3D打印技术发展较晚,注重成型,跟应用端结合的少,而‘间接3D打印‘是应用端需求倒逼发展的,国内的企业?#28304;?#21453;应比较迟缓。”

  对于 “间接金属3D打印技术?#20493;?#28608;光3D打印市场?#21019;?#30340;冲击,国内激光3D打印厂商似乎并不担心。

  南京中科煜宸激光技术有限公司董事长刑飞认为“间接金属3D打印?#22791;?#28608;光3D打印的细分市场并不相同,不担心其抢占未来市场。

  未来行业格局有一种可能是PBF粉末床激光熔化技术将专注于高附加值零件的制造,并创造更精细的材料晶体结构;而像粘结剂喷射这样的批量“间接”金属制造技术则以起大批量、低成本的优势而来满足PBF粉末床激光熔化技术所没有覆盖的市场需求。

  但也有?#30340;?#20154;士指出:“经验告诉我们,竞争往往不会如此的井水?#29615;负?#27700;。”

  3D打印技术将开启批量化制造时代

  据IDTechEx预测,到2025年全球将会有37000台粘结剂3D打印技术设备,这意味着“间接金属3D打印”将迎来复兴,也表明3D打印技术将开启批量化制造的时代。

  然而,以粘结剂喷射技术为代表的“间接金属3D打印技术?#26412;?#22791;诸多优势,但所有技术本身都不会是完美的,该技术在很多方面可能无法替代激光打印。

  在打印精?#30830;?#38754;,尚没有数据表明该技术可以媲?#26469;?#32479;打印方式;而在材料性能方面,采用粘结剂喷射技术制作的零件性能与激光打印的零件性能目前也无法匹配,主要体现在某些材料上粘结剂喷射技术可达到激光打印的性能,而在另一些材料上面可能会更高也可能更低。

  国家科技部3D打印专家组首席专?#19968;?#21355;东认为:“以DM、惠普为代表的‘间接金属3D打印技术’未来可能有很大的发展前景,但这?#35895;?#20915;于后续?#25112;?#19981;可避免的大尺度收缩条件下是否还能够保持精度,有相当难度,需要高强度的资金和时间投入。”

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