惠普HP推出商業(yè)化粘結(jié)劑噴射金屬3D打印機Metal Jet S100

南極熊導(dǎo)讀：在IMTS2022展會上，惠普首次推出Metal Jet S100粘合劑噴射3D打印系統(tǒng)，意圖展示其大規(guī)模生產(chǎn)金屬增材制造(AM)零件的能力以及商業(yè)可用性。目前，HP Metal Jet S100使用兩種不銹鋼粉末：HP Metal Jet SS 316L和HP Metal Jet SS 17-4PH（工藝參數(shù)據(jù)說可達到MPIF 35的特性）�；萜辗Q，其他材料也已經(jīng)過評估，可以針對特定應(yīng)用和特性進行開發(fā)。

△HP Metal Jet技術(shù)發(fā)展

南極熊獲悉，粘合劑噴射巨頭之一的美國惠普公司于本周（9月12日-19日）在芝加哥舉辦的2022年國際制​​造技術(shù)展(IMTS) 上正式推出Metal Jet S100金屬粘合劑噴射3D打印機。Metal Jet S100專為增材制造零件的大規(guī)模生產(chǎn)而設(shè)計，可提供大批量生產(chǎn)能力。S100采用模塊化解決方案，使構(gòu)建單元能夠在四個不同的工作站之間轉(zhuǎn)移，這意味著用戶可以持續(xù)進行大規(guī)模生產(chǎn)�；萜掌诖�利用這項技術(shù)為客戶帶來業(yè)務(wù)優(yōu)勢，幫助他們實現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型目標。

△S100隊列，后墻上有輔助裝置。圖片由惠普提供

惠普公司3D金屬全球負責(zé)人兼總經(jīng)理Ramon Pastor稱，自2018年宣布Metal Jet技術(shù)以來，惠普一直致力于開發(fā)業(yè)界最先進的3D金屬大規(guī)模生產(chǎn)商業(yè)解決方案。3D打印金屬零件是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵驅(qū)動力，新的Metal Jet S100能夠為客戶提供世界一流的金屬產(chǎn)品，從最初的設(shè)計到生產(chǎn)，幫助他們釋放數(shù)字制造的無限潛力。

Metal Jet S100

S100具有430 x 309 x 200毫米的構(gòu)建體積，粘合劑噴射層厚度范圍為35至140 微米。雙打印條打印頭系統(tǒng)擁有63,360個噴嘴，可在1200 dpi 分辨率下提供四倍打印冗余，并具有自動噴嘴健康檢測功能。S100可以提供高達1990 cm3/hr的構(gòu)建速度。整套系統(tǒng)包括四個“站”：Metal Jet S100粉末管理站、HP Metal Jet S100打印機、HP Metal Jet S100固化站和HP Metal Jet S100除粉站。與基于激光的金屬AM工藝相比，生產(chǎn)率有望提高10倍。打印機使用惠普熱噴墨打印頭，據(jù)說可以顯著提高打印速度、部件質(zhì)量和可重復(fù)性，而使用的粘合劑利用惠普的乳膠化學(xué)物質(zhì)來制造更堅固的綠色部件，無需脫膠，更堅固的環(huán)保零件，其質(zhì)量可達到工業(yè)生產(chǎn)級別。

△整個Metal Jet工作流程從HP Metal Jet S100粉末管理站開始，它“根據(jù)用戶定義的打印作業(yè)和自定義參數(shù)自動混合、篩分和加載金屬粉末到構(gòu)建單元中”。在打印機本身進行實際打印，然后在固化站固化作業(yè)，之后手動插入粉末去除站，“自動去除和回收松散粉末以實現(xiàn) 100% 的可重復(fù)使用性，同時執(zhí)行構(gòu)建單元打掃�！� 圖片由惠普提供。

HP Metal Jet 技術(shù)的特色優(yōu)勢包括：
• 創(chuàng)新設(shè)計：全新幾何形狀、密度控制及輕量化整合金屬部件的設(shè)計突破了 3D 打印的可能性。
• 簡化流程，降低成本：新方案簡化了制造零件所需的流程，降低了人力勞動或復(fù)雜要求帶來的成本，從而提高了整個供應(yīng)鏈的生產(chǎn)效率。
• 提升生產(chǎn)力：粘合劑噴射成形技術(shù)(Binder Jetting)允許逐層處理，將生產(chǎn)力提高了十倍。各向同性(Isotropic properties) 的特性不需要后續(xù)處理和去除支撐，金屬粉末也比基于激光的 3D 打印粉末更節(jié)約成本。
• 更高的分辨率以提高零件質(zhì)量：惠普打印頭集成數(shù)十年的工業(yè)熱噴墨技術(shù)，在定義幾何形狀時，提供高分辨率和高系統(tǒng)穩(wěn)定性，使大規(guī)模 3D 金屬零件商業(yè)制造成為現(xiàn)實。

工作原理是這樣的：在打印之前，粉末管理站會根據(jù)用戶定義的打印作業(yè)和自定義參數(shù)自動混合、篩分和裝載金屬粉末到構(gòu)建單元中。打印和固化完成后，將構(gòu)建單元手動插入S100除粉站，自動清除和回收松散粉末，實現(xiàn)100%的可重復(fù)使用性，同時執(zhí)行構(gòu)建單元清潔。對于殘留在打印部件上的細粉，粉末去除站配備了單獨的真空附件，用于手動去除細粉。所有回收的粉末被氣動回收到粉末管理站的便攜式罐中儲存，然后重新引入粉末管理站。值得注意的是，除粉站可將自動除粉作為工作流程中的一個集成步驟，并可針對不同應(yīng)用的特定需求進行定制。用于粘合劑噴射(BJT)工作流程最后階段的燒結(jié)設(shè)備可從第三方供應(yīng)商處獲得。

△整套系統(tǒng)包括四個“站”：Metal Jet S100粉末管理站、HP Metal Jet S100打印機、HP Metal Jet S100固化站和HP Metal Jet S100除粉站。

HP Metal Jet S100 提供的軟件解決方案包括HP Metal Jet Command Center（一個用于系統(tǒng)設(shè)置、注冊、設(shè)備監(jiān)控和連接管理的客戶端/服務(wù)器應(yīng)用程序）、HP Metal Jet API（一種應(yīng)用程序編程接口，用于簡化對設(shè)備數(shù)據(jù)的訪問和設(shè)備編排，用于流程開發(fā)和生產(chǎn)工作流程管理）、以及HP Metal Jet Process Development Suit（提供集成的構(gòu)建管理、工藝參數(shù)編輯、燒結(jié)模擬和工藝監(jiān)控，以減少工藝開發(fā)的時間和精力）。此外，HP Metal Jet提供一整套入職、維護和專業(yè)服務(wù)，包括優(yōu)化和加速應(yīng)用程序設(shè)計以及開發(fā)流程和新材料。打印后，惠普可以幫助滿足燒結(jié)操作要求，并為每種合格材料推薦參數(shù)，或者可以幫助開發(fā)這些參數(shù)。而且，對于燒結(jié)之外的額外精加工，惠普的工程團隊提供服務(wù)，通過加工、拋光、涂層和熱等靜壓等工藝幫助實現(xiàn)最終部件的性能。

惠普將在 IMTS與Formnext+PM South china展示 其3D 金屬量產(chǎn)技術(shù)

Michael Lotfy 將于 9 月 15 日美國中部時間上午 8 點 15 分與Ramon Pastor 及惠普全球 3D 金屬上市負責(zé)人Meaghan Ferris 一道在 IMTS 增材制造會議上發(fā)表主題演講。惠普合作伙伴和客戶將介紹他們?nèi)绾螌?3D 打印金屬技術(shù)運用于大規(guī)模生產(chǎn)。您可在 IMTS #433000 的惠普展臺上查看最新的 HP Metal Jet S100 解決方案和生產(chǎn)應(yīng)用介紹。

同時，惠普將于2022年Formnext+PM South China深圳國際增材制造、粉末冶金與先進陶瓷展覽會中，舉辦惠普MetalJet新一代粘結(jié)劑噴射技術(shù)亞太區(qū)正式發(fā)布會。敬請期待！

醞釀5年的發(fā)展計劃

自從惠普推出聚合物增材制造技術(shù)Multi Jet Fusion以來，增材制造市場就不一樣了。盡管熱塑性增材制造的競爭對手并沒有消失，事實上，大家的收入與以往似乎并沒有什么不同。然而，隨著人們對于高生產(chǎn)力和高價值主張技術(shù)的追求，整個聚合物增材制造市場卻已經(jīng)在顯著擴張了。另外，由于MJF這類粘合劑噴射技術(shù)的獨特噴涂特點，從塑料跨越至金屬領(lǐng)域，似乎也并沒有那么困難了。

△惠普金屬噴射技術(shù)

惠普在金屬3D打印領(lǐng)域擴張的野心早在2017年就開始形成，并在安全分析師會議上公布了大容量噴射系統(tǒng)的計劃。從那時起，惠普便開始設(shè)計能夠使用金屬注射成型粉末的金屬3D打印機。于是Metal Jet技術(shù)于2018 年發(fā)布，旨在與金屬注射成型(MIM) 材料配合使用，而不是用于激光燒結(jié)金屬增材制造系統(tǒng)中的球形粉末。根據(jù)惠普公司3D打印金屬業(yè)務(wù)的全球負責(zé)人Ramon Pastor的說法，這是“一件大事”，因為它使用戶能夠“將每件成本降低20%至33%”。

△雙打印條打印頭

在技術(shù)發(fā)布的同時，惠普還簽署了兩項戰(zhàn)略合作關(guān)系，開始在金屬增材制造領(lǐng)域布局。首先，惠普與GKN Powder Metallurgy合作，為大眾和威樂等汽車和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者制造功能性金屬部件以及3D打印零件，例如換檔旋鈕和后視鏡支架。然后，惠普與Parmatech合作，轉(zhuǎn)向醫(yī)療行業(yè)，為 OKAY Industries、Primo Medical Group和其他行業(yè)專家等客戶生產(chǎn)復(fù)雜零件，例如內(nèi)窺鏡手術(shù)器械。隨后，這家美國制造商還借機推出按需3D打印服務(wù)Metal Jet Production Service，并在2020年開始獨家銷售金屬增材制造硬件到服務(wù)局。

△惠普機器打印的金屬片。

而今天宣布的Metal Jet S100 3D打印機則是作為惠普在全球金屬增材制造 (AM) 市場的另一個重要里程碑：首次將粘合劑噴射技術(shù)用于商業(yè)增材制造市場。HP Metal Jet S100號稱能夠?qū)崿F(xiàn)新的幾何形狀、密度控制和設(shè)計，以輕量化或整合金屬部件，突破3D打印的可能性。提高客戶的經(jīng)濟性：縮短制造零件所需的流程步驟，同時降低人工或復(fù)雜性導(dǎo)致的成本，從而提高整個供應(yīng)鏈的效率。

△金屬零件

目前，惠普已經(jīng)與GKN、Parmatech、Cobra Golf、Legor Group和Volkswagen等領(lǐng)先的合作伙伴和客戶建立合作。還與世界各地的新合作伙伴和客戶合作開發(fā)大規(guī)模金屬生產(chǎn)機會，包括專注于液壓系統(tǒng)和閥門的創(chuàng)新工業(yè)公司Domin Digital Motion、先進旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的初創(chuàng)開發(fā)商Lumenium和施耐德電氣，繼續(xù)擴張在金屬AM領(lǐng)域的版圖。

△施耐德電氣690V電源濾波器的新部件采用HPMetal Jet技術(shù)進行了3D打印。由于過濾器類型的形狀復(fù)雜，需要增材制造，據(jù)說這種過濾器“可以在更有限的空間內(nèi)減少氣體、壓力和熱影響”，從而帶來“顯著的生產(chǎn)力提升和經(jīng)濟效益”。圖片由GKN提供

此外，考慮到歐洲能源市場的現(xiàn)狀，惠普當前將一家歐洲能源集團作為Metal Jet商業(yè)推廣的重點。 惠普似乎對能源行業(yè)有著長期的興趣，隨著伯克希爾∙哈撒韋公司（Berkshire Hathaway）在過去一年對惠普和石油和天然氣行業(yè)的投資，這種興趣可能會產(chǎn)生新的方向。

金屬粘合劑噴射領(lǐng)域大戰(zhàn)開始

在過去的十年中，制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。制造業(yè)現(xiàn)在正處于第四次工業(yè)革命的早期階段，得益于3D打印的加速發(fā)展及其加速設(shè)計、改進工藝開發(fā)的能力，在行業(yè)中率先實現(xiàn)了真正的規(guī)模經(jīng)濟。然而，對于金屬AM制造領(lǐng)域，可能是另一個故事。盡管激光束粉末床熔合技術(shù)已經(jīng)能夠做到金屬3D打印規(guī)�；�生產(chǎn)，但是因為技術(shù)、材料、能源等限制，對于大多數(shù)用戶而言始終存在著技術(shù)壁壘。

△ExOne創(chuàng)始人LarryRhoades，以及世界上第一臺金屬粘合劑噴射3D打印機ProMetal RTS-300

隨后，越來越多的制造商把注意力放在了金屬粘合劑噴射這條賽道上。盡管這項技術(shù)的前景似乎較之前者更為美好，但是過程卻異常艱辛。南極熊曾在2021年4月中闡述了觀點：粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，是一場持久戰(zhàn)。而隨著之后行業(yè)的一系列整合，以及今年Metal Jet S100的出現(xiàn)，整條賽道的火藥味似乎更加濃烈了。

△惠普與施耐德電氣和 GKN 合作生產(chǎn)了一種用于施耐德電氣NSX 斷路器的新過濾器。該過濾器是使用HP Metal Jet 技術(shù)生產(chǎn)的（由Schneider Electric提供）

金屬粘合劑噴射已經(jīng)存在多年。基于最初在麻省理工學(xué)院開發(fā)的專利，金屬粘合劑噴射一般主要由美國公司開發(fā)和銷售，這些公司希望將金屬增材制造規(guī)模擴大到大規(guī)模生產(chǎn)，以替代主要由德國驅(qū)動的金屬粉末床融合方法。目前，有多家公司要么已經(jīng)在營銷這項技術(shù)，要么正在準備這樣做。

△熱發(fā)泡式3D打印

除了惠普之外，有能力在全球金屬粘合劑領(lǐng)域建立市場主導(dǎo)地位的還有三個主要競爭對手。Desktop Metal是這一領(lǐng)域目前最為成熟的集團，它將內(nèi)部開發(fā)的金屬粘合劑噴射技術(shù)與金屬粘合劑噴射發(fā)明者Eli Sachs的貢獻相結(jié)合，還吸收了金屬粘合劑噴射市場領(lǐng)導(dǎo)者ExOne的技術(shù)（ExOne于2021年8月被收購，詳情請參考：粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)大整合：Desktop Metal將收購ExOne）。幾年來，ExOne 是市場上唯一一家擁有商用金屬粘合劑噴射系統(tǒng)的公司。而這也變相使得Desktop Metal集團在這一領(lǐng)域市場上占有著重要地位。

△Desktop Metal收購ExOne

第二個競爭對手Markforged集團也起源于大波士頓地區(qū)，這兩家公司的結(jié)構(gòu)非常相似，Markforged也是Desktop Metal在金屬絲熔融沉積領(lǐng)域的直接競爭對手。兩家公司都率先并幫助建立了這一領(lǐng)域，都通過SPAC上市籌集大量資金，并且都進行了重大收購以加速金屬粘合劑噴射業(yè)務(wù)的發(fā)展。Markforged從Hoganas集團收購了瑞典公司Digital Metal（詳情請見：Markforged以4000萬美元收購Digital Metal，將規(guī)模量產(chǎn)高質(zhì)量金屬3D打印部件）。與ExOne一樣，Digital Metal多年來一直提供金屬粘合劑噴射服務(wù)。只不過ExOne專注于大型金屬原型和工具，而Digital Metal則專注于大批量的小型精密零件。盡管這幾年來Digital Metal僅將其技術(shù)作為服務(wù)提供，并且在2019年才開始營銷系統(tǒng)。這仍然意味著Markforged和Desktop Metal已經(jīng)在全球市場上出現(xiàn)了同類的商業(yè)產(chǎn)品。

△Markforged收購Digital Metal，將為未來發(fā)工業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)

相比前兩家公司，第三個競爭對手GE Additive似乎稍稍落后。這家公司于2016年通過高調(diào)收購EBM公司Arcam和激光PBF公司Concept Laser進入金屬AM市場，預(yù)計還將推出商用金屬粘合劑噴射系統(tǒng)，目前稱為H2，并已展示某些汽車生產(chǎn)應(yīng)用在測試版客戶中的可行性。

當然，還有其他具有類似技術(shù)的潛在競爭對手，例如總部位于加利福尼亞州的3DEO，這家公司通過內(nèi)部開發(fā)的系統(tǒng)積極大規(guī)模生產(chǎn)低成本零件。不過目前，在全球范圍內(nèi)，MBJ硬件之戰(zhàn)將主要在這四家公司之間展開。

惠普的破局法寶？

不同于競爭對手的收購手段，惠普的戰(zhàn)略還是從自家技術(shù)開始的。似乎想要復(fù)制在聚合物3D打印領(lǐng)域的成功經(jīng)驗，它的戰(zhàn)略針對了整個制造業(yè)并與其他制造技術(shù)競爭更大的蛋糕，而不是其他金屬3D打印工藝。正如現(xiàn)任惠普全球負責(zé)人兼總經(jīng)理Ramon Pastor（以及MJF和Metal Jet上市計劃背后的人）所解釋的那樣，惠普將利用MetalJet 作為從手動裝配過渡到數(shù)字裝配的一種手段，減少對勞動力的依賴，同時解決供應(yīng)鏈相關(guān)的挑戰(zhàn)，這兩者都是這個特定時期非常緊迫的問題。此外，金屬粘合劑噴射作為不需要支撐的3D打印工藝，可使工程師充分利用增材制造在復(fù)雜幾何形狀和定制子組件方面的幾何優(yōu)勢。與減材和成型工藝相比，環(huán)境影響更小。這對勞動力成本很高的西方市場似乎更為重要，能夠?qū)⒋蟛糠秩藦捏w力勞動中轉(zhuǎn)移出來，還能有效地重新分配資源。

△與GKN合作，施耐德電氣690-V電源濾波器的新組件采用HP Metal Jet技術(shù)生產(chǎn)，由于這些類型的濾波器形狀復(fù)雜，其他工業(yè)制造能力無法實現(xiàn)這一目標。照片由施耐德電氣提供。

此外，惠普似乎對Metal Jet的實際3D打印過程具有更大的自信。作為數(shù)字印刷工藝全球領(lǐng)導(dǎo)者，與傳統(tǒng)金屬制造工藝相比，惠普的獨特地位能夠在某些特定的幾何形狀產(chǎn)品中推動客戶價值。與其他金屬3D打印工藝相比，Metal Jet在構(gòu)建階段能夠提供高達十倍的生產(chǎn)力水平。另外，金屬粘合劑噴射可以使用許多MIM（金屬注射成型）工藝相同的粉末，這可以縮短新材料合格的時間要求�；萜掌谕�能夠利用的第三個優(yōu)勢基于其在工業(yè)熱噴墨打印技術(shù)開發(fā)方面長達數(shù)十年的經(jīng)驗，這意味著能夠依靠市場上最高效的打印頭（1200 dpi、4倍噴嘴冗余、高級錯誤檢測、高速校準、易于更換）和最有效的粘合劑。HP的乳膠粘合劑的特點是長聚合物鏈緊密堆積成為顆粒并分散在液相中。這使得成品低殘留碳、低溫固化以及實現(xiàn)更高的精度、光潔度質(zhì)量和生坯強度。

△乳膠粘合劑

端到端的Metal Jet工作流程是最具挑戰(zhàn)性的，因為它超越了打印本身，對于將金屬3D打印擴展到大規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要。似乎從MJF技術(shù)中吸取了許多經(jīng)驗教訓(xùn)，HP推出了S100 Metal Jet系統(tǒng)以及品牌專用機器，用于粉末管理、固化和粉末去除。粉末混合和篩分單元支持多臺打印機，通過有效混合和控制新鮮材料的添加以及自動將粉末加載到構(gòu)建單元來提高工藝經(jīng)濟性。除粉裝置還改善了工藝和勞動經(jīng)濟性，同時營造了一個清潔安全的工作環(huán)境。可以添加多個單元以提高生產(chǎn)率。這比其他同類產(chǎn)品更具一定的優(yōu)勢。

△Multi Jet Fusion基于Powder Bed Fusion 3D 打印技術(shù)，旨在使用塑料制造零件和功能原型。

惠普目前唯一無法管理的工作流程是燒結(jié)階段，這需要高度專業(yè)的知識。因此，惠普正與Elnik系統(tǒng)等專家在燒結(jié)方面密切合作。當數(shù)字增材批量生產(chǎn)時，或許還將需要更復(fù)雜的零件處理和分揀系統(tǒng)，但這可能必須通過諸如AM Flow等公司推出的機器進行下一步探索了。

3D打印商業(yè)化的新階段

根據(jù)SmarTech關(guān)于“Market for Bound Metal Additive Manufacturing 2022”的報告來看，預(yù)計到2030年，整個行業(yè)將生產(chǎn)540億美元的零件。而相較于目前的市場份額而言，收購ExOne的Desktop Metal占首位，其次是收購了Digital Metal的Markforged。GE的技術(shù)推廣大多基于客戶，預(yù)計今年可能也會強勢推廣。

△惠普在 3D 打印機制造領(lǐng)域的優(yōu)勢在于其從 2D 打印中吸取的教訓(xùn)。

因此，惠普的商業(yè)化可能需要迅速趕上。憑借大眾汽車這樣的大客戶以及惠普自身的制造影響力，做到這一點是很有可能的，正如它曾經(jīng)快速占領(lǐng)聚合物3D打印市場一樣。另外，惠普在宣布計劃5年后的今年推出HP Metal Jet S100可能也是一種挽留老客戶并且吸納新投資的策略，為了來日的大戰(zhàn)積蓄實力。

總之，對于3D打印行業(yè)有興趣的小伙伴而言，S100發(fā)布后惠普的前幾輪收益報告值得關(guān)注一下。這不僅對于這一領(lǐng)域投資意義重大，對于金屬3D打印公司的未來規(guī)劃以及明年的行業(yè)基調(diào)也有著巨大的意義。不可否認的是，3D打印正在進入商業(yè)化的新階段。

參考閱讀：

1. 2022 International Manufacturing Technology Show (IMTS)
2. HP Disrupting Traditional Manufacturing with New MetalJet S100 Solution for More Resilient Supply Chain
3. HP Metal Jet S100 3D Printing Solution
4. ExOne：粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，是一場持久戰(zhàn)
5. HP Metal Jet; HP’s new metal 3D printing technology
6. HP’s Metal Jet S100 3D Printer: The Metal Binder JettingBattle Begins
7. 粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)大整合：Desktop Metal將收購ExOne
8. What the HP Metal Jet S100 launch means for the future ofproduction
9. HP LAUNCHES NEW METAL JET S100 3D PRINTER AT IMTS:TECHNICAL SPECIFICATIONS AND PRICING
10. Market for Bound Metal Additive Manufacturing 2022
11. HP Metal Jet; HP’s new metal 3D printing technology
12. 為什么選擇粘合劑噴射3D打印技術(shù)？聽聽專家給出的建議
13. Markforged以4000萬美元收購Digital Metal，將規(guī)模量產(chǎn)高質(zhì)量金屬3D打印部件