Optomec：研發(fā)投入3500萬美元 是時候收割了

當(dāng)前的3D打印機(jī)可以使用塑料,、金屬,、陶瓷等材料制造出3D對象,，但是它們還不能廣泛地用于制造電子器件,。但是,，有一家公司似乎走在了堅(jiān)持突破這一領(lǐng)域的前沿，那就是——美國Optomec,。

近日,，3D打印知名媒體撰稿人Micheal Petch采訪了Optomec的市場總監(jiān)Ken Vartanian，為我們講述3D打印是如何滲透電子制造,、物聯(lián)網(wǎng),、納米材料和工業(yè)4.0的。

“Optomec的獨(dú)特之處在于關(guān)注批量制造,，將增材制造帶到規(guī)�,；�生產(chǎn)中，”Ken Vartanian表示,。1997年,，David Keicher先生——Optomec現(xiàn)任副總裁離開Sandia國家實(shí)驗(yàn)室（SNL）并加入了Optomec。David在SNL的激光材料處理組工作,，并深入了解到這些技術(shù)在制造領(lǐng)域的潛力,。Optomec很快取得了SNL技術(shù)的許可證，開始進(jìn)行商業(yè)化,，并成長為一個有國際業(yè)務(wù)能力的公司,。

據(jù)其最新財報顯示，Optomec在過去一年實(shí)現(xiàn)了70%的大幅增長,，訂單也已經(jīng)排到6個月以后,。這家公司曾投資3500萬美元進(jìn)行研發(fā)，如今看來終于收獲了豐厚的回報,。

混合式的3D打印技術(shù)將成主流,？

2012年，Optomec成為AmericaMakes的創(chuàng)始成員,。而兩年前,，America Makes發(fā)起了一個項(xiàng)目，探討怎么使增材制造更接近一種制造終端產(chǎn)品的方式,。Optomec發(fā)現(xiàn),，最大的障礙在于工業(yè)級的金屬增材制造設(shè)備成本太高,，往往超過100萬美元。為了解決這個難題,，Optomec咨詢了幾個潛在的客戶,，發(fā)現(xiàn)了兩個關(guān)鍵的驅(qū)動因素。

“一個因素是現(xiàn)今用于金屬部件的增材制造設(shè)備出售數(shù)量太少,，”根據(jù)Wohlers報告,，2015年世界范圍內(nèi)的金屬3D打印機(jī)才賣出800臺，雖然有了大幅度增長,，但相比于減材的CNC機(jī)床數(shù)量簡直太少了,，大量的CNC出售形成了規(guī)模經(jīng)濟(jì)，因此每臺CNC機(jī)器的制造成本比3D打印機(jī)要少得多,�,！暗诙�個因素是CNC機(jī)床的尺寸和形狀有一系列廣泛的選擇，和其他3D打印設(shè)備供應(yīng)商一樣,，Optomec也只生產(chǎn)有限的機(jī)器,。”Vartanian解釋,，“客戶會提出定制要求,，成本自然會更高——‘你可以把你的設(shè)備做得稍微寬一點(diǎn)或者高一點(diǎn)嗎？好適應(yīng)我們的部件尺寸’,，這就是一個常常會被問及卻又難以協(xié)調(diào)的問題,。這些都促使公司考慮——怎么將CNC和增材制造結(jié)合起來，為客戶提供更靈活,、更低成本的解決方案,？”

“LENS定向沉積是一種更靈活的金屬增材制造方法，在我看來,，這個行業(yè)還未充分認(rèn)識到它的優(yōu)勢,。”Vartanian稱,。

如何從750億美元的市場分一瓢羹,？

“CNC每年的銷售數(shù)量非常大,，根據(jù)Gardner Publications的一份調(diào)查,，2015年CNC銷售超過了750億美元。我們估計,，隨著時間的推移,，其中5-10%的CNC將會集成增材制造的能力，” Vartanian認(rèn)為,。但是這并不是Optomec公司3D打印的唯一方向,，他們還將3D打印瞄準(zhǔn)了電子器件制造市場,。

“氣溶膠噴射（AerosolJet）是2000年發(fā)展起來的新型打印技術(shù)，主要用于在3D物體表面打印電子,，可以在低溫基本上使用各種各樣的電子材料,，” Vartanian解釋，“打印技術(shù)已經(jīng)存在相當(dāng)長的一段時間,，像噴墨和絲網(wǎng)印刷已經(jīng)用于電子產(chǎn)業(yè),，但是就可使用的材料而言這些技術(shù)有其自身的局限性，而且只能在像紙這樣的平面上進(jìn)行打印,。所以經(jīng)常來說,，氣溶膠噴射技術(shù)是一種新的可以解決這些局限的打印技術(shù)，它的兩個特點(diǎn)使之區(qū)別于其他方法：“它的輸入系統(tǒng)很獨(dú)特,，可以打印各種材料,，同時輸出系統(tǒng)使之可以在各種平面和非平面上進(jìn)行打印，”Vartanian表示,。

技術(shù)“后盾”：激光工程化凈成形（LENS）及氣溶膠噴射（Aerosol Jet）

讓Optomec聲名鵲起的兩種技術(shù)分別是：激光工程化凈成形（LENS）及氣溶膠噴射（Aerosol Jet）,。那么，這兩種技術(shù)有何特別之處呢,？

在Optomec任職十年的Ken Vartanian向我們解釋：“傳統(tǒng)上有兩種將粉末轉(zhuǎn)化為3D金屬部件的方法,，一種是粉末床熔融，使用激光選擇性地逐層燒結(jié)沉積的粉末,；第二種稱為定向能量沉積,，也就是Optomec的LENS技術(shù)——該工藝將激光束聚焦于由金屬粉末注射形成的熔池表面，而整個裝置處于惰性氣體保護(hù)之下,。通過激光束的掃描運(yùn)動,，使金屬粉末材料逐層堆積，最終形成復(fù)雜形狀的零件或模具,。

LENS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大尺寸金屬部件的制造,，同時也有利于在現(xiàn)有部件上增加其他材料對象。將增材制造技術(shù)與減材制造（如CNC加工）結(jié)合,，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)和簡易后處理的雙重優(yōu)勢,，大幅節(jié)約成本。

材料揭秘：納米顆�,！澳�水��

“我們將液態(tài)材料霧化,，形成富含某種材料的濃霧水滴。使用的材料很豐富,，包括金屬納米顆粒油墨,、稀釋的厚膜漿料、熱固性聚合物（如UV固化環(huán)氧樹脂）,、溶劑型聚氨酯（如聚合物和聚酰亞胺）,�,；�本上，任何材料都可以懸浮在溶液��,，然后我們采用氣溶膠噴射技術(shù)將其霧化,。“Vartanian解釋道,。使用導(dǎo)電金屬油墨時,，每個液滴內(nèi)包含了成千上萬的納米粒子。通常這些納米粒子（納米）的直徑范圍在50-100 nm之間,，霧化器產(chǎn)生的液滴直徑則大約是2-5微米,。霧化后的致密材料將會填充到打印頭，再引入鞘流氣體進(jìn)行壓縮同時防止噴嘴堵塞,。通過控制氣體流,，霧化材料可以被壓縮成一個緊湊的光束。例如,，100微米直徑噴嘴的氣溶膠噴射打印機(jī),，通過調(diào)整氣流，可以形成小于10微米的光束,。

當(dāng)材料擠出噴嘴時,，它的速度大約是每秒70米。由于高速,，氣溶膠噴射有一個長焦距,，材料噴射到不規(guī)則、崎嶇表面仍然可以保持足夠的分辨率,。

3D打印智能手機(jī)的“核心”制造

為手機(jī)制作外殼是一種頗歡迎的桌面3D打印項(xiàng)目,，而Optomec公司則是在3D打印手機(jī)的內(nèi)部電子器件。Vartanian舉例說：“光寶科技（Lite-On Mobile）是一個非常大的電子器件合約制造,，在全球各地都有業(yè)務(wù),，其中一個是在中國的廣州。他們的這個分部配置了我們的設(shè)備,，用來打印生產(chǎn)智能手機(jī)等移動設(shè)備上的電子器件,，供應(yīng)給一些領(lǐng)先的品牌手機(jī)廠商。那是在大約一年前,，現(xiàn)在我們提供了多臺機(jī)器,，可以每天24小時不間斷運(yùn)作，每周7天,，將電子器件打印好,，再安裝到數(shù)以百萬計的手機(jī)上。我們的設(shè)備安裝了一個5軸數(shù)控機(jī)床平臺,，可以迅速更換多個打印頭,。我們和光寶科技達(dá)成了很好的伙伴關(guān)系，他們充分利用了這項(xiàng)技術(shù),，并針對自己的流程進(jìn)行了相關(guān)調(diào)整,。結(jié)果證明，他們也得到了非常好的收益,。

3D打印在電子器件生產(chǎn)方面具有一些無可比擬的優(yōu)勢,，主要體現(xiàn)在四個方面：靈活性、速度,、成本和對環(huán)境的影響,。據(jù)了解，傳統(tǒng)工藝制造手機(jī)所需的電子部件,，往往需要電鍍和使用大量有毒有害化學(xué)物質(zhì),。

“在智能手機(jī)的電子產(chǎn)品中，利用增材制造的空間很廣,。傳感器,、天線、疊層模具的三維互連,，和觸摸屏顯示電容網(wǎng)格/電路都可以采用氣溶膠噴射技術(shù)來打印,。”Vartanian說,。該技術(shù)也有物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,。“物聯(lián)網(wǎng)是一個很大的市場機(jī)會,。智能/連接設(shè)備的概念同樣適用于消費(fèi)者和工業(yè)產(chǎn)品,。例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的維修可以將共形傳感器打印到渦輪葉片上,。這些傳感器可以被用來監(jiān)測葉片中的尺寸變化,。”

石墨烯與納米材料

石墨烯是一種具有誘人性能的納米材料,，包括高導(dǎo)電性和卓越的強(qiáng)度,。然而，充分發(fā)揮這些屬性,。石墨烯的應(yīng)用包括靈活的電子產(chǎn)品或改進(jìn)的電動汽車的儲能,。Vartanian說，“我們有幾個客戶會使用氣溶膠噴射沉積石墨烯,、氧化石墨烯,，或納米碳管。對于石墨烯/氧化石墨烯,，他們使用的是市售的材料,，有的也來自研究機(jī)構(gòu),。典型的應(yīng)用是厚度范圍從50nm-1 um的薄膜導(dǎo)體。

結(jié)語

Optomec是在工業(yè)4.0背景下實(shí)現(xiàn)技術(shù)集合的一個好例子,�,；旌鲜街圃煅由炝藗鹘y(tǒng)工藝的能力，3D打印與納米材料的接合更是一個讓人興奮的前沿領(lǐng)域,。有鑒于此,，那些趕著預(yù)言“3D打印泡沫”的說法，似乎聽來有點(diǎn)為時過早了,。

來源：3d打印世界
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