Mantle ：金屬擠出3D打印+ CNC 銑削，進軍450億美元的模具市場

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，實現(xiàn)了迄今為止其他粘合劑噴射技術(shù)無法實現(xiàn)的功能。然而，比技術(shù)更有趣的是 Mantle 的商業(yè)模式，因為這家初創(chuàng)公司最先瞄準(zhǔn)的是450億美元的注塑工具市場。


△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
Mantle宣布推出其 P-200 3D 打印機的商業(yè)版本，該打印機圍繞一個可靠的 CNC 平臺設(shè)計，配備金屬漿料擠出頭。該機器的構(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 銑床對零件進行修整，從而獲得更高的精度和更光滑的表面光潔度。因為它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，后者通常會收縮 20% 左右。使用 CNC 還可以實現(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）。未來的材料會以工具鋼為主，因為就目前而言，這家初創(chuàng)公司的目標(biāo)是注塑成型行業(yè)。通過獨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的吞吐量方面的優(yōu)勢。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入市場，有無限的潛力。與此同時，熱成型模型每年以2億個單位的速度打印。

價值450億的3D打印應(yīng)用技術(shù)

通常在增材制造領(lǐng)域，機器銷售人員也是應(yīng)用工程師和顧問。他們不僅試圖將 3D 打印機推銷到客戶身上，還必須幫助客戶進行生產(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固耐用。它們是客戶可以信任的工具，操作起來十分便捷。

為了讓 3D 打印進入這個價值 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)計和制造時間是幾周而不是幾個月，而且成本只有一半。

Mantle 不會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”，就會讓客戶感到緊張，對模流軟件的恐懼，足以讓傳統(tǒng)廠商紛紛上門。


△采用隨形冷卻設(shè)計的模具，使用 Mantle 的 TrueShape 工藝進行 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、堅固的金屬片，因為這是工具制造商所習(xí)慣的。你今天在這里（在 Mantle 的 IMTS 展臺）看到的絕大多數(shù)零件都與工程師的設(shè)計完全一樣。我們只是打印速度更快，成本更低。對我們來說，隨形冷卻和新的幾何形狀是錦上添花，您可以使用這種強大的功能進行隨形冷卻并提高電能質(zhì)量或循環(huán)時間。”

通常，粉末床融合系統(tǒng)的價格可能超過 50 萬美元。相比之下，包括 P-200 打印機和 F-200 熔爐在內(nèi)的整個 Mantle 系統(tǒng)的價格為 350,000 美元。

TrueShape 3D 打印在更大的市場中
從用戶環(huán)境來看，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：“我們在 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，要么是一個專屬的內(nèi)部團隊為他們做工具。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行塑料生產(chǎn)，可以從我們的工作中獲得很多價值，因為他們知道如何加快這些周期時間。他們獲得了更多的價值。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 工藝是對其他 3D 打印技術(shù)的補充，包括直接針對工具的技術(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。無論它們?nèi)绾蜗嗷ジ偁�，這些公司都可以幫助美國制造業(yè)回流。Sorom 估計，美國制造了大約 80 億美元的模具，而亞洲制造了 260 億美元。

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