像“華為造手機(jī)”一樣造3D打印機(jī)！實地探訪愛司凱杭州工廠

導(dǎo)讀：說到3D打印領(lǐng)域中的“卡脖子”技術(shù)，核心零部件是首屈一指的，比如SLM選擇性激光熔融金屬3D打印機(jī)中使用到的激光器和振鏡系統(tǒng)，BJ粘結(jié)劑噴射砂型/金屬3D打印機(jī)中使用到的打印噴頭。這些核心技術(shù)起初都掌握在國外企業(yè)手中。近年來，隨著國內(nèi)極少數(shù)企業(yè)在核心零部件領(lǐng)域的持續(xù)研發(fā)，終于取得了突破，安裝了國產(chǎn)核心零部件的3D打印機(jī)也應(yīng)運而生，愛司凱則是取得這一突破的典型代表。

2024年5月，南極熊實地走訪了砂型3D打印機(jī)生產(chǎn)廠商愛司凱的杭州工廠，深入了解了這家公司是如何走上3D打印之路的。

△愛司凱董事長李明之（左）、南極熊潘學(xué)松（右），位于愛司凱杭州工廠

靠CTP設(shè)備起家做到全球前三
本次南極熊實地探訪，受到愛司凱董事長李明之先生的親自接待，他帶領(lǐng)我們參觀了愛司凱的研發(fā)和生產(chǎn)大樓。李明之告訴南極熊，其實愛司凱最早是做計算機(jī)直接制版機(jī)（CTP）起家，這是一種將數(shù)字化的印前圖文信息直接轉(zhuǎn)移到印版上的設(shè)備，這些設(shè)備主要用于報紙、雜志等需要大批量印刷的領(lǐng)域。愛司凱目前在CTP設(shè)備方面已經(jīng)做到全球前三的位置，就連國際大廠日本富士的CTP設(shè)備也是由愛司凱貼牌生產(chǎn)的。CTP設(shè)備需要用激光在鋁板上進(jìn)行精密雕刻，因此，愛司凱掌握了精密運動控制的關(guān)鍵技術(shù)，并且將這套精密運動控制技術(shù)應(yīng)用于砂型3D打印機(jī)的開發(fā)當(dāng)中。

△愛司凱的計算機(jī)直接制版機(jī)（CTP）生產(chǎn)車間

△愛司凱為日本富士貼牌生產(chǎn)的CTP設(shè)備

像“華為造手機(jī)”一樣造3D打印機(jī)
在生產(chǎn)大樓的一樓，我們終于看到了愛司凱的砂型3D打印機(jī)生產(chǎn)線，工人們正在組裝多個型號的砂型3D打印機(jī)， 包括可打印1.8米尺寸的左右雙工作砂箱打印設(shè)備S1800，和集中式清粉的風(fēng)暴T1800、T2515產(chǎn)線方案，以及出口型博通漢斯BTHS2515、BTHS4025。

△愛司凱砂型3D打印機(jī)生產(chǎn)車間

△愛司凱集中式清粉的風(fēng)暴T1800、T2515產(chǎn)線方案，通過軌道將打印倉運送到指定位置進(jìn)行清粉，多臺打印設(shè)備匹配一套清粉裝備。這是一套真正的3D打印產(chǎn)線全流程方案，而非是傳統(tǒng)鑄造廠產(chǎn)線升級方案。

李明之表示：“與國內(nèi)其他砂型3D打印機(jī)廠商不同，愛司凱砂型3D打印機(jī)的核心在于使用了自研的壓電打印噴頭，而其他廠商只能使用進(jìn)口的噴頭。愛司凱自研打印噴頭就好比華為造手機(jī)使用麒麟芯片，奇瑞造車使用自研發(fā)動機(jī)一樣，將核心部件掌握在自己手中，我們不能被國外‘卡脖子’” 。

據(jù)南極熊了解，愛司凱從2012年就開始立項研發(fā)壓電式噴墨打印頭，前前后后投資了數(shù)億元，可謂是十年磨一劍。與到處采購零件，快速組裝銷售賺錢相比，李明之顯然是選擇了一條更艱難的道路。很多核心零部件之所以沒有國產(chǎn)化，一方面是其技術(shù)門檻高研發(fā)投入大，另一方面是國內(nèi)缺少配套的加工設(shè)備。比如想生產(chǎn)芯片，但沒有光刻機(jī)，可謂是“巧婦難為無米之炊”。

△3D打印壓電噴頭在潔凈房內(nèi)生產(chǎn)

愛司凱為了研發(fā)生產(chǎn)這個小小的打印噴頭，需要配備一整套的加工設(shè)備，這些設(shè)備往往也是被國際巨頭壟斷的或者由于國內(nèi)需求量太小，根本沒有人造。愛司凱只能自己去造這些設(shè)備，比如噴頭各部件：噴孔板打孔設(shè)備、切割設(shè)備、涂覆設(shè)備、熱壓設(shè)備、曝光設(shè)備、檢測儀器等。這些設(shè)備都被放在四樓2000平米的潔凈房內(nèi)用于生產(chǎn)打印噴頭。而且，就連打印頭上的主芯片，愛司凱也給出了自己的解決方案。

△為了研發(fā)壓電式打印噴頭，愛司凱又造了一批加工設(shè)備

△高速相機(jī)下拍攝的1滴墨水的噴射過程

在重重困難之下，經(jīng)過多年的持續(xù)開發(fā)愛司凱終于還是取得了突破，推出了國產(chǎn)的壓電式打印噴頭，打破了國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白，并大幅降低了這一核心零部件的成本。目前，愛司凱的噴墨打印頭有512孔和1024孔兩種，分辨率分別為200dpi和400dpi。量產(chǎn)的512噴頭已使用在公司全系列3D砂模和3D陶瓷打印機(jī)上，部分MEMS工藝的512噴頭正在細(xì)分市場進(jìn)行試用和測試；立式傳統(tǒng)1024噴頭和立式MEMS1024也已進(jìn)入研發(fā)樣品的小批量測試階段。由于采用自研噴頭，可以根據(jù)3D打印材料的特性，選擇噴頭流道的材料，從材料兼容性上大大提高噴頭壽命。根據(jù)不同打印材料，為客戶定制不同材質(zhì)噴頭，為多元化材料的在3D上的應(yīng)用提供支持。

△愛司凱3D打印壓電噴頭及結(jié)構(gòu)

愛司凱為什么選擇了一條最艱難的路？
在參觀完愛司凱的研發(fā)、生產(chǎn)廠房之后，南極熊為之震驚，沒想到愛司凱竟然真的為了制造這個小小的噴頭，投入了如此巨大的精力和研發(fā)成本。但是，南極熊依然心存疑慮，在其他廠商紛紛想辦法快速推出打印設(shè)備，盡快實現(xiàn)盈利的背景下。愛司凱卻選擇了苦熬十年，為了年銷售百臺級別的砂型3D打印機(jī)，噴頭千個級別的用量，投資幾個億去研發(fā)打印噴頭，這到底值不值得？

李明之表示：“這是一項“卡脖子”的技術(shù)，國內(nèi)總要有人去做，如果我們都不做，那我們將一直被卡脖子�？杀�的是，在我們推出打印噴頭之后，同行并不相信我們能夠做噴頭。而實際上我們的打印噴頭與進(jìn)口的相比，在性能、兼容性、使用壽命及應(yīng)用成本方面均具備優(yōu)勢，愛司凱的噴頭壽命超過1000億次，而且在砂型機(jī)的服務(wù)周期中噴頭的更換成本也更低。而且經(jīng)過我們的長期運行驗證之后，這個打印噴頭未來還能用于噴繪等領(lǐng)域，用量級別在數(shù)萬個�！�

△愛司凱董事長李明之手持傾盡心血研發(fā)的打印噴頭

由于壓電打印噴頭技術(shù)之前一直掌握在日本富士等極少數(shù)國外廠商手中，因此3D打印機(jī)設(shè)備廠商如果想對噴頭做一些定制化的開發(fā)幾乎是不可能的。而如果擁有了自研噴頭，則掌握了完全的主動權(quán)。

愛司凱為了適應(yīng)各種不同的墨水，針對打印噴頭做了很多適應(yīng)性的開發(fā)。以環(huán)氧樹脂墨水為例，其粘度在200-2000mPa.s，導(dǎo)致流體阻力增加。愛司凱3D樹脂類專用噴頭通過增加流道截面積，配備熱循環(huán)系統(tǒng)（保證噴頭在80-100攝氏度下穩(wěn)定工作）和高電壓驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)穩(wěn)定的打印。

△愛司凱為客戶提供的砂型3D打印設(shè)備

對于有機(jī)酸類的墨水來講，其化學(xué)性能較為活潑，對金屬材料有腐蝕、對高分子材料有溶脹現(xiàn)象。為了打印這種材料，AMSKY固化劑專用噴頭更換了流道材料（單晶硅、硅酸鹽），更換了粘結(jié)劑（耐強(qiáng)酸），并在液體流過的界面增加半導(dǎo)體級涂層（耐強(qiáng)堿強(qiáng)酸）。

對于水基墨水來講，主溶劑為水，容易產(chǎn)生氣泡。溶質(zhì)密度偏大，固含量偏高，容易沉淀。AMSKY陶瓷類專用噴頭通過增加脫氣單元，增加回流流道截面積，更改為正壓供墨系統(tǒng)等方式實現(xiàn)對水基墨水的噴墨打印。

未來的路該怎么走
南極熊相信，在SLM 選擇性激光熔融金屬3D打印機(jī)開始紛紛采用國產(chǎn)激光器一樣，BJ粘結(jié)劑噴射3D打印機(jī)未來也會采用國產(chǎn)打印噴頭，這是一條必經(jīng)之路�，F(xiàn)在BJ粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)正在崛起，未來的潛力巨大，這項技術(shù)不但能夠打印砂型，還可以打印陶瓷和金屬，甚至尼龍等材料，這些都需要用到打印噴頭。到那時，愛司凱的長線策略將會真正的綻放出應(yīng)有的光芒。

本次愛司凱的探訪之旅，南極熊除了震驚之外同時也充滿了期待。因為不但看到壓電打印噴頭這一核心器件的突破之路，李明之還向南極熊展示了另外一項黑科技，是SLM金屬3D打印設(shè)備中的一個核心零部件，這項技術(shù)有望大幅降低8激光金屬機(jī)的價格。在這里先賣個關(guān)子，等到產(chǎn)品正式發(fā)布之時，南極熊再來揭秘。

網(wǎng)友【及時雨】：

砂型打印最大的好處是驗證鑄造工藝和開模，在最短時間內(nèi)完成試錯得到合適工藝與模具。所以要想銷售設(shè)備，就需要先建立一個基地，最好緊鄰技術(shù)強(qiáng)的多材質(zhì)鑄造廠，與其達(dá)成合作，學(xué)臺灣人買鐵水的方式，給自己的顧客提供一個便捷的測試環(huán)境，也給自己的潛在設(shè)備買家提供觀摩成本的機(jī)會。此外，建立技術(shù)聊天群，將多個小視頻傳遞給潛在顧客的技術(shù)人員，讓他們了解相關(guān)成本以及效果并能直接轉(zhuǎn)發(fā)資料給決策者并建言投資的好處。同樣的，可以吸收專業(yè)人士幫助客戶更好的設(shè)計適合砂型打印的工藝，或者修改參數(shù)更好的模擬廠家現(xiàn)場條件(比如砂型硬度、透氣性等），基地的另一個作用就是有償接收潛在顧客技術(shù)員的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，廠家肯定不想先買了設(shè)備再慢慢培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)人員。。國內(nèi)大多數(shù)砂型打印廠商都喜歡跑展覽會，以為發(fā)點視頻，現(xiàn)場給顧客演示一下就能簽下訂單，這都是幾十年前的思維方式，該轉(zhuǎn)變了。