揭秘MetShape公司“LMM”新工藝：基于漿料的超精密金屬3D打印技術(shù)

導(dǎo)讀：專業(yè)3D打印風(fēng)險(xiǎn)投資公司AMVentures一直深諳3D 打印行業(yè)的投資前景，該公司投資了 Conflux,、DyeMansion、HeadmadeMaterials和許多其他專業(yè)公司,。南極熊了解到,，近來AM Ventures 又籌集了價(jià)值1 億歐元的新基金，專門用于投資3D 打印初創(chuàng)公司,，這其中就包括精密金屬零件服務(wù)提供商MetShape,。

作為一家受到AM Ventures青睞的初創(chuàng)公司，MetShape開發(fā)了一種獨(dú)特的金屬漿料3D 打印技術(shù),，以低成本生產(chǎn)小尺寸且高精度的組件,。基于漿料的金屬3D打印技術(shù)可以稱之為增材制造領(lǐng)域內(nèi)的“另類”,，這是一種并不主流卻充滿創(chuàng)意的技術(shù),。此前，南極熊對此類技術(shù)也有過專門的介紹：舊瓶裝新酒,？解析金屬漿料直寫3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺 (nanjixiong.com),。

金屬漿料3D打印和MetShape的淵源

MetShape的歷史與另一家AMVenture投資的公司——Lithoz密切相關(guān)。Lithoz的陶瓷數(shù)字光處理（DLP）是2006年在維也納大學(xué)發(fā)明的,。2015年，普福爾茨海姆應(yīng)用科學(xué)大學(xué)與Lithoz合作,，將其技術(shù)移植到金屬上,，作為一個(gè)致力于回收磁鐵的研究項(xiàng)目。Lithoz將其技術(shù)適用于金屬,，而該大學(xué)則專注于制造高密度金屬部件所需的棘手的排膠和燒結(jié)步驟,。磁鐵回收從未成功，但該小組確實(shí)開發(fā)了一種稱為基于光刻技術(shù)的金屬制造（LMM）的工藝,，用于生產(chǎn)具有非常光滑表面的高精度金屬部件,。

△LMM技術(shù)原理。圖片來源：MetShape

LMM也被我稱為 "漿料立體光刻技術(shù)（SLA）",，它是一種工藝,，通過大桶光聚合系統(tǒng)打印出含有金屬顆粒的樹脂。然后將產(chǎn)生的生坯部件進(jìn)行脫模,，隨后進(jìn)行燒結(jié),。由此產(chǎn)生的金屬部件是精確的,，最重要的是，相當(dāng)光滑,，包括內(nèi)部特征--這是一個(gè)獨(dú)特的好處,。一旦項(xiàng)目被撥入，就可以低成本地進(jìn)行系列化生產(chǎn),。

2019年,，Lithoz剝離了Incus3D，將LMM系統(tǒng)商業(yè)化,，而MetShape則是作為LMM服務(wù)提供商,，以及其他工藝的燒結(jié)和排膠的外包合作伙伴而創(chuàng)建。

LMM的優(yōu)勢是什么,？

在大桶光聚合步驟中,，通常使用DLP和SLA。這意味著商業(yè)上可用的光源,、樹脂和加工技術(shù)可以被納入LMM中,。在4立方厘米到0.1立方厘米的范圍內(nèi)，LMM具有特別的優(yōu)勢,。通過創(chuàng)新的LMM技術(shù),，精確的小型和微型金屬部件的光譜最終可以被添加制造，這在以前是不可能的,。

△由MetShape制造的3D打印醫(yī)療設(shè)備部件,。圖片由MetShape公司提供。

未來,，我們可以期待光源,、LED和其他投影技術(shù)以及其他機(jī)器配置方面的進(jìn)展，以加速LMM的生產(chǎn)力和采用,。此外,，與樹脂有關(guān)的進(jìn)展可以帶來更好的生產(chǎn)力。就金屬打印技術(shù)而言,，大桶光聚合是相對快速和低成本的,。隨著自動化的發(fā)展，處理成本可能會降低,。像許多金屬3D打印技術(shù)一樣,，主要障礙是燒結(jié)步驟。然而,，LMM可能比其他技術(shù)更好地控制了這一點(diǎn),。

粉末床熔化對小零件來說非常麻煩，而且成本很高,。粘合劑噴射可能是有意義的,，但LMM更平滑,，并能實(shí)現(xiàn)更大尺寸的細(xì)節(jié)。一些粘結(jié)劑噴射部件在生坯狀態(tài)下也容易塌陷,。自動化的后處理程序可能會實(shí)現(xiàn)光滑的表面,，但成本更高。

MetShape首席執(zhí)行官AndreasBaum博士說："在比較粘結(jié)劑噴射和LMM時(shí),，需要考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素是,，用LMM技術(shù)生產(chǎn)的生坯部件更加牢固，即使是非常小的部件也能輕松地從打印機(jī)中提取出來,，可以更容易地處理,。因此，LMM技術(shù)特別適用于有效制造小于邊長為2厘米的立方體的零件,。除了LMM技術(shù)外,，比這更大的零件也可以用粘合劑噴射技術(shù)經(jīng)濟(jì)地制造。這兩種技術(shù)相互補(bǔ)充,，滿足不同的需求,。LMM比粘結(jié)劑噴射的分辨率更高，因此,，邊緣更清晰,，表面質(zhì)量更好�,！�

LMM真正發(fā)光的地方是用于非常小的物品,，或者光滑度至關(guān)重要的地方。漿料SLA工藝還允許制造具有光滑的內(nèi)部空腔,、孔,、通道和銷釘結(jié)構(gòu)的部件。對于某些內(nèi)部幾何形狀,，該技術(shù)可能是獨(dú)一無二的,，因?yàn)闅埩舻臉渲�可以從結(jié)構(gòu)內(nèi)部沖洗出來。這意味著,，你不必敲打或依賴磨蝕流加工等工藝來獲得光滑的內(nèi)部通道。由于這個(gè)原因,，它可能是制造復(fù)雜部件的最低成本技術(shù),，這些部件小于每條邊2厘米的立方體�,？梢月�(lián)想一下熱交換器,、噴嘴和帶有冷卻通道的部件。

△LMM和其他金屬成形技術(shù)的對比,。圖片來源：MetShape,。

這似乎是一種限制,，但它實(shí)際上使公司能夠集中精力。更高的分辨率還自動確保,，如果有重疊,，價(jià)值更高的部件將意味著客戶選擇LMM而不是粘結(jié)劑噴射。此外,，這些類型的小部件就其性質(zhì)而言,，往往價(jià)值很高。更強(qiáng)的生坯狀態(tài)也可以幫助公司處理比粘結(jié)劑噴射更多的幾何形狀,。更重要的是,，生坯狀態(tài)的崩潰其實(shí)是不可預(yù)測的，可能會阻礙生產(chǎn)力和客戶的選擇,。

關(guān)鍵的燒結(jié)步驟

收縮是粘結(jié)劑噴射和所有類似的基于燒結(jié)的技術(shù)的問題,。鮑姆博士認(rèn)為：“對于LMM，燒結(jié)過程中發(fā)生的收縮是非�,？芍貜�(fù)的,。根據(jù)材料的不同，它大約是18%,。因此,，我們在為客戶建造生坯部件時(shí)加入這一比例，在整個(gè)生產(chǎn)鏈的末端提供一個(gè)尺寸精確的成品部件,。"

預(yù)測能力可以成為快速獲得第一個(gè)零件的真正優(yōu)勢,。另一個(gè)優(yōu)勢是，在打印過程中,，不需要額外的支撐物,，也不需要隨后的移除，這需要額外的成本,。粗糙度高達(dá)Ra 2 μm的光滑表面可以直接從打印機(jī)中實(shí)現(xiàn),，而1μm的表面可以通過自動后處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)，MetShape公司有能力實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果,。

AM Ventures高級合伙人AloisHotter也強(qiáng)調(diào)了控制燒結(jié)過程的必要性,。

掌握間接增材制造工藝的關(guān)鍵是在生坯部件被3D打印后控制基于高溫爐的燒結(jié)過程。Andreas Baum周圍的團(tuán)隊(duì)結(jié)合了必要的能力,，并與機(jī)器制造商Incus,、普福爾茨海姆大學(xué)和燒結(jié)爐制造商Carbolite Gero緊密合作，擁有獨(dú)特的燒結(jié)技術(shù),。MetShape不受任何特定技術(shù)的束縛,，這意味著公司始終處于技術(shù)的最前沿，可以為客戶提供新的材料開發(fā)和高度可擴(kuò)展的工業(yè)項(xiàng)目的合作項(xiàng)目。我們看到的項(xiàng)目是通過優(yōu)化工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳表面,，從而使生產(chǎn)速度比傳統(tǒng)的基于工具的制造工藝快三倍,，同時(shí)大量減少成本�,！�

鮑姆博士贊同AM Ventures關(guān)于公司的核心排膠和燒結(jié)知識的獨(dú)特優(yōu)勢,。特別是在燒結(jié)方面，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了成果,，可以在不進(jìn)行后期加工的情況下制造零件,。

鮑姆博士說：”這代表了一個(gè)重大的優(yōu)勢，因?yàn)樵诮饘倭慵�的增材制造��,，超過60%的可能應(yīng)用沒有超過原型階段,，因?yàn)榕c后處理有關(guān)的成本過高�,！�

這種燒結(jié)技術(shù)和控制力不僅能使公司獲得其他公司無法獲得的業(yè)務(wù),，而且還能加速其銷售周期。MetShape公司可以更快地制作原型并定價(jià),，然后與客戶開展業(yè)務(wù),，而不是為了尋找值得購買的客戶而產(chǎn)生滯后和成本。

LMM的機(jī)會是什么,？

AM Ventures的AloisHotter具體說明了他預(yù)測MetShape具有潛在影響的行業(yè),，他說："我們目前在醫(yī)療和奢侈品領(lǐng)域看到了大量的需求，這些行業(yè)即將騰飛,。MetShape已經(jīng)獲得了將許多項(xiàng)目推向規(guī)�,；�所需的��(jīng)驗(yàn)。這確實(shí)是為行業(yè)帶來燒結(jié)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)增材制造的大批量生產(chǎn)所缺少的部分,。"

在奢侈品和珠寶行業(yè),，MetShape已經(jīng)制作了戒指、吊墜,、手表外殼和耳釘,。在那里，更快的迭代和減少浪費(fèi)的能力將加速M(fèi)etShape的采用,，即使是通過一些手工工藝,。鮑姆博士還設(shè)想了個(gè)性化或定制產(chǎn)品的潛力。

在醫(yī)療領(lǐng)域,，鮑姆博士認(rèn)為大量應(yīng)用于醫(yī)療生產(chǎn)資源和工具,，以及手術(shù)設(shè)備，未來還有植入物,，其中質(zhì)量和病人特定的幾何形狀很適合MetShape,。薄壁和低表面粗糙度可能是該公司在該行業(yè)的關(guān)鍵差異化因素,。他還透露,，該公司已經(jīng)生產(chǎn)了廣泛的醫(yī)療設(shè)備,，如手術(shù)設(shè)備和植入物的原型。

在小型醫(yī)療儀器,、電子產(chǎn)品或小型機(jī)器人部件中,，LMM可能是最便宜的技術(shù)，特別是在內(nèi)部紋理,、通道或結(jié)構(gòu)是驅(qū)動力的情況下,。有數(shù)十億的集成電路、復(fù)雜組件,、散熱器,、熱交換器、電子產(chǎn)品,、奢侈品和機(jī)械組件可以使用LMM零件,。其中，數(shù)百萬個(gè)SKU可以通過LMM進(jìn)行3D打印,，比其他技術(shù)的成本效益高得多,。

鮑姆博士解釋說："MetShape可以實(shí)現(xiàn)小型和微型金屬應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)制造，即使是中小規(guī)模的年產(chǎn)量,，以及每年高達(dá)10萬件甚至更多的大批量生產(chǎn),，因此填補(bǔ)了以往MIM技術(shù)或其他增材制造工藝無法覆蓋的空白。與基于工具的MIM技術(shù)相比,，間接增材制造不涉及高昂的初始成本或所需工具的漫長等待時(shí)間,。此外，必要的調(diào)整可以更快,、更容易地進(jìn)行,，從而減少開發(fā)過程中的風(fēng)險(xiǎn)、成本和時(shí)間,。與MIM相比,，MetShape的增材制造工藝正在實(shí)現(xiàn)小批量、高可變性和各自零件譜的靈活性",。

MetShape是醫(yī)療,、航空航天、工業(yè)和電子公司的服務(wù)提供商和可擴(kuò)展的生產(chǎn)伙伴,，這些公司不想在內(nèi)部操作復(fù)雜的技術(shù),，或者想在將技術(shù)完全整合到他們自己的價(jià)值鏈之前從購買零件開始。.

此外,，MetShape的生產(chǎn)服務(wù)特別適用于無法通過銑削經(jīng)濟(jì)地制造的高度復(fù)雜的精密零件,。其他增材制造技術(shù)由于缺乏精度和高后處理成本，難以生產(chǎn)一系列小型和微型金屬零件。MetShape為此提供了一個(gè)解決方案,，因?yàn)樗麄兡軌蛑圃斐黾从眯土慵�,，不需要成本密集的后加工，可以直接進(jìn)入客戶的應(yīng)用中,。在整個(gè)工藝鏈中,，這種廣泛的專有技術(shù)，特別是燒結(jié)技術(shù),，對于成功的批量生產(chǎn)至關(guān)重要,。

在排膠、燒結(jié)和增材制造方面擁有深厚經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)并不多見,。MetShape有相當(dāng)大的機(jī)會將其排膠和燒結(jié)服務(wù)和技術(shù)訣竅出售給粘合劑噴射公司,。如果有另一種技術(shù)出現(xiàn)，徹底改變了生坯零件的制造,，MetShape的知識對其仍有價(jià)值,。鮑姆博士還指出，該公司是一個(gè)合作伙伴,，可以幫助客戶從第一個(gè)零件一直到制造,，恰恰是3D打印多年來一直掙扎的領(lǐng)域。在幫助企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的過程中,，MetShape可以幫助自己和行業(yè)加速發(fā)展,，成為使用3D打印的制造業(yè)的力量倍增器。

MetShape的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)

MetShape的一個(gè)特別優(yōu)勢是創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)與Incus,、Lithoz,、Pforzheim大學(xué)、TU Wien和AM Ventures的緊密關(guān)系,。所有這些公司的未來都圍繞著一項(xiàng)很少有人了解的技術(shù)而展開,，而且投資的人也很少。

朗格家族（Langer ）是AM風(fēng)險(xiǎn)投資公司的早期投資者和EOS的所有者,，他們也擁有Scanlab的一部分股份,。這個(gè)光學(xué)器件供應(yīng)商為許多SLA和振鏡掃描系統(tǒng)提供動力。在LMM方面進(jìn)行的研究和應(yīng)用工作相對較少,。但是,，F(xiàn)raunhofer IFAM正在進(jìn)行的工作是與Incus和公司同步進(jìn)行的。

因此,，MetShape發(fā)現(xiàn)自己處于風(fēng)暴的中心,，擁有一項(xiàng)鮮為人知但成本效益很高的制造技術(shù)和一個(gè)由相對本地的同行組成的網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)之外,，目前幾乎沒有對這項(xiàng)技術(shù)的廣泛關(guān)注或投資,。

這聽起來就像金屬粉末床融合技術(shù)的初期發(fā)展階段,，一小群彼此非常接近的人正在開發(fā)一項(xiàng)技術(shù)。早在90年代末和21世紀(jì)初,，這個(gè)集體由一些Fraunhofers公司,、芬蘭伊萊克斯公司和少數(shù)幾家公司組成。其中一家公司后來被賣給了雷尼紹（MTT）,，另一家被賣給了DMG Mori（Realizer），另一家（SLM Solutions）被賣給了尼康,，另一家被賣給了GE（Concept）,，還有一家今天仍然是3D打印領(lǐng)域最大的公司，EOS,。數(shù)十億的收購和收入來自于歐洲的一個(gè)小型技術(shù)集群,，最初可能只有二十幾個(gè)人。也許將來,，朗格家族會再次這樣做,，這將使MetShape的起點(diǎn)位置站的非常高。

MetShape專有金屬打印技術(shù)的出路在哪里,？

作為業(yè)務(wù)的合理延伸,，MetShape將成為金屬注射成型（MIM）公司的一個(gè)重要收購目標(biāo)。金屬注射成型本身是一個(gè)價(jià)值30億美元的產(chǎn)業(yè),，對于大批量來說是可行的,，但啟動成本很高。圍繞MIM的其他精密微機(jī)械加工和小部件制造技術(shù)的領(lǐng)域也要大得多,。MetShape更加靈活,，可以在這個(gè)領(lǐng)域中更多地使用迭代，這可能會導(dǎo)致其客戶在這里贏得傳統(tǒng)加工,，以及在許多量級的MIM中贏得,。在競爭非常激烈的市場中，MetShape可以加快上市時(shí)間,，降低成本,。而且，不需要將設(shè)計(jì),、生產(chǎn)技術(shù)和規(guī)格從小批量轉(zhuǎn)移到大批量,，這應(yīng)該有助于該公司滲透到競爭市場。

醫(yī)療或工業(yè)領(lǐng)域的特定行業(yè)制造公司也會很適合購買它,。在某些情況下,，奢侈品或半導(dǎo)體領(lǐng)域的公司可以決定收購它，以獲得對競爭對手的優(yōu)勢,。例如,，一些公司在一些精細(xì)的加工過程中表現(xiàn)出色,，并擁有3D打印手表外殼的專利。

MetShape也可以作為一個(gè)獨(dú)立的公司進(jìn)行擴(kuò)展并實(shí)現(xiàn)盈利,。Prototek或Protolabs,，以及類似的公司，也許可以及時(shí)收購它,。一個(gè)有規(guī)模的微型加工行業(yè)也可能發(fā)現(xiàn)這是一家接近其工作領(lǐng)域的公司,。合同制造公司，特別是醫(yī)療方面的,，可能也會感興趣,。

總而言之，我們可以看到,，在光滑,、高精度的小零件方面，MetShape可以成為工業(yè),、醫(yī)療,、航空航天和奢侈品公司的可擴(kuò)展的制造伙伴。南極熊認(rèn)為,，其獨(dú)特的定位,、知識和進(jìn)入市場的能力可以成為征服其他公司難以進(jìn)入的市場的巨大優(yōu)勢。