Mantle ：金屬擠出3D打印+ CNC 銑削,，進(jìn)軍450億美元的模具市場(chǎng)

2022年9月,，南極熊獲悉,，經(jīng)過六年的發(fā)展,，Mantle終于發(fā)布了其商用金屬3D打印系統(tǒng),，該系統(tǒng)將與金屬擠壓與 CNC 銑削相結(jié)合,，實(shí)現(xiàn)了迄今為止其他粘合劑噴射技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能,。然而，比技術(shù)更有趣的是 Mantle 的商業(yè)模式，因?yàn)檫@家初創(chuàng)公司最先瞄準(zhǔn)的是450億美元的注塑工具市場(chǎng),。


△Mantle的TrueShape工藝,，可以制造高精密和表面光潔度的零件

P-200 3D 打印機(jī)
Mantle宣布推出其 P-200 3D 打印機(jī)的商業(yè)版本，該打印機(jī)圍繞一個(gè)可靠的 CNC 平臺(tái)設(shè)計(jì),，配備金屬漿料擠出頭,。該機(jī)器的構(gòu)建體積為 200 毫米 x 200 毫米 x 150 毫米，首先打印一層漿料,，然后加熱蒸發(fā)粘合劑材料,。打印10層左右后，利用高速 CNC 銑床對(duì)零件進(jìn)行修整,，從而獲得更高的精度和更光滑的表面光潔度,。因?yàn)樗�是加工干燥的糊狀物，而不是固體金屬,，所以切割過程明顯更快,。


△P-200 金屬 3D 打印機(jī)與 F-200 。

然后將生坯放入 Mantle 的 F-200 熔爐中,，將它們燒結(jié)成接近完全致密的工具鋼部件,。由于一些粘合劑在打印過程中已經(jīng)蒸發(fā)，因此燒結(jié)過程中的材料收縮可以被限制在 10% 以下,，這與傳統(tǒng)的粘合金屬部件不同,，后者通常會(huì)收縮 20% 左右。使用 CNC 還可以實(shí)現(xiàn) 1-3μm Ra 的“同類最佳表面光潔度”,。即使是預(yù)燒結(jié),，打印出來(lái)的物體也非常光滑。這不僅意味著提高了打印精度,，而且?guī)缀鯖]有后處理,。

到目前為止，研究人員已經(jīng)為Mantle工藝開發(fā)了工具鋼 H13 和 P2X（類似于 P20）,。未來(lái)的材料會(huì)以工具鋼為主,，因?yàn)榫湍壳岸�言，這家初創(chuàng)公司的目標(biāo)是注塑成型行業(yè),。通過獨(dú)特地滿足精密工具的需求,，該公司能夠獲得該領(lǐng)域的巨大機(jī)遇。

牙科工具


△Mantle 的金屬 3D 打印插件和使用 Mantle 插件模制的除臭劑部件,。

通常,，增材制造公司的目標(biāo)是大規(guī)模制造商，但由于他們主要使用3D打印制作終端零件,，因此在生活中我們可能看不到增材制造帶來(lái)的吞吐量方面的優(yōu)勢(shì),。然而,，通過將增材制造應(yīng)用于間接制造，存在不可否認(rèn)的蝴蝶效應(yīng),。

Invisalign 等公司通過使用 3D 打印間接制造創(chuàng)造了整個(gè)行業(yè),。通過按照正畸醫(yī)生開發(fā)3D 打印患者牙齒模型，可以使用穩(wěn)定的生物相容性材料熱成型透明矯正器,。雖然公司正在開發(fā)用于牙科矯正器最終 3D 打印的材料,，但它們才剛剛開始進(jìn)入市場(chǎng),，有無(wú)限的潛力,。與此同時(shí)，熱成型模型每年以2億個(gè)單位的速度打印,。

價(jià)值450億的3D打印應(yīng)用技術(shù)

通常在增材制造領(lǐng)域,，機(jī)器銷售人員也是應(yīng)用工程師和顧問。他們不僅試圖將 3D 打印機(jī)推銷到客戶身上,，還必須幫助客戶進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo),。Mantle 正在嘗試一種完全不同的方法。Mantle 展示的工具看起來(lái)都像傳統(tǒng)工具,，沒有格子減重結(jié)構(gòu)或一體組件,。但是，它們與 CNC 加工制造的工具一樣堅(jiān)固耐用,。它們是客戶可以信任的工具,，操作起來(lái)十分便捷。

為了讓 3D 打印進(jìn)入這個(gè)價(jià)值 450 億美元的傳統(tǒng)行業(yè),，Mantle 并沒有試圖重新發(fā)明輪子,。TrueShape 工具與傳統(tǒng)制造工具之間的最大區(qū)別在于，它們的設(shè)計(jì)和制造時(shí)間是幾周而不是幾個(gè)月,，而且成本只有一半,。

Mantle 不會(huì)將增材制造的幾何自由度作為采用其技術(shù)的理由。在很多情況下,，一提到可以加快注塑模具散熱的“隨形冷卻”,，就會(huì)讓客戶感到緊張，對(duì)模流軟件的恐懼,，足以讓傳統(tǒng)廠商紛紛上門,。


△采用隨形冷卻設(shè)計(jì)的模具，使用 Mantle 的 TrueShape 工藝進(jìn)行 3D 打印,。

Mantle 首席執(zhí)行官Sorom 說：“我們確保您可以打印出完全致密,、堅(jiān)固的金屬片，因?yàn)檫@是工具制造商所習(xí)慣的,。你今天在這里（在 Mantle 的 IMTS 展臺(tái)）看到的絕大多數(shù)零件都與工程師的設(shè)計(jì)完全一樣,。我們只是打印速度更快,，成本更低。對(duì)我們來(lái)說,，隨形冷卻和新的幾何形狀是錦上添花,，您可以使用這種強(qiáng)大的功能進(jìn)行隨形冷卻并提高電能質(zhì)量或循環(huán)時(shí)間。”

通常,，粉末床融合系統(tǒng)的價(jià)格可能超過 50 萬(wàn)美元,。相比之下，包括 P-200 打印機(jī)和 F-200 熔爐在內(nèi)的整個(gè) Mantle 系統(tǒng)的價(jià)格為 350,000 美元,。

TrueShape 3D 打印在更大的市場(chǎng)中
從用戶環(huán)境來(lái)看,，Mantle 可以走多條路線，而且它顯然正在追求所有這些路線,。具體來(lái)說,，該公司的目標(biāo)是工具制造商、注塑成型供應(yīng)商以及在內(nèi)部進(jìn)行工具制造和制造的垂直整合企業(yè),。

首席商務(wù)官DiLaura 說：“我們?cè)?OEM 方面與歐萊雅等公司和其他公司合作過,，但從根本上說，如何發(fā)揮該技術(shù)的潛力,，始終取決于制造工具的人,，要么是工具制造商，要么是一個(gè)專屬的內(nèi)部團(tuán)隊(duì)為他們做工具,。我們發(fā)現(xiàn),，垂直整合的醫(yī)療和其他行業(yè)的人們，他們制造自己的工具并進(jìn)行塑料生產(chǎn),，可以從我們的工作中獲得很多價(jià)值,，因?yàn)樗麄冎�道如何加快這些周期時(shí)間。他們獲得了更多的價(jià)值,。他們的工具不僅速度更快,，生產(chǎn)速度更快，而且可以得到質(zhì)量更好的零件,�,！�


△Mantle 制造的用于注塑成型的 3D 打印金屬模具。

TrueShape 工藝是對(duì)其他 3D 打印技術(shù)的補(bǔ)充,，包括直接針對(duì)工具的技術(shù),，例如 Addifab 和 Fortify 的技術(shù)。雖然 Addifab 的Freeform Injection Molding用于短期注塑成型的臨時(shí)工具,，但Fortify 的技術(shù)旨在使用技術(shù)陶瓷材料生產(chǎn)更持久的模具,。在制造商轉(zhuǎn)向最終金屬模具之前，這些工藝可能用于橋接工具或原型制作,。無(wú)論它們?nèi)绾蜗嗷ジ?jìng)爭(zhēng),，這些公司都可以幫助美國(guó)制造業(yè)回流,。Sorom 估計(jì)，美國(guó)制造了大約 80 億美元的模具,，而亞洲制造了 260 億美元,。

由于美國(guó)的學(xué)生、設(shè)計(jì)師和工程師更關(guān)注 CAD 而不是傳統(tǒng)工具制造,，采用 TrueShape 等技術(shù)的 3D 打印可以讓美國(guó)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,。這在 COVID-19 大流行和烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)期間暴露出來(lái)的供應(yīng)鏈危機(jī)期間尤其有益。