激蕩金屬制品數(shù)十年，再立新潮頭：3D打印實現(xiàn)數(shù)十萬件量級終端零部件應用｜昶聯(lián)

南極熊導讀：從1949年到2010年，中國制造業(yè)發(fā)展了數(shù)十年后，已經(jīng)成為門類最齊全的第一制造業(yè)大國，擁有全球產(chǎn)業(yè)門類最齊全、產(chǎn)業(yè)體系最完整的制造業(yè)。2023年中國制造業(yè)總產(chǎn)值占全球總比值的35%，比剩余2-9名加起來還要多，中國成為了全球制造業(yè)名副其實的主導力量。
制造業(yè)的工藝和技術不斷演變。不同時代，有著不同的主流工藝和技術；背后的實體是中國無數(shù)的工廠、無數(shù)的企業(yè)�，F(xiàn)在回頭來看，那些勇立潮頭的企業(yè)，早早接受和應用最新的技術，樂于“吃螃蟹”，在特定的細分賽道上引領風騷。

3D打印正在引發(fā)新一輪的制造業(yè)工藝變革，特別是SLM等金屬3D打印技術，在航空航天等領域已經(jīng)成為剛需 。但是，對于粘結劑噴射金屬3D打印技術，業(yè)界普遍存在質(zhì)疑。而有的企業(yè)已經(jīng)使用這項技術實現(xiàn)了幾十萬件量級的終端零部件應用。不過，不深入到這些企業(yè)當中，很難深刻體會到它的價值和趨勢。也許現(xiàn)在仍不完美，但機會就在其中，昶聯(lián)作為先行者之一已經(jīng)確立了清晰的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢。


△昶聯(lián)金屬材料應用制品（廣州）有限公司，擁有自己獨立的工業(yè)園區(qū)

2024年6月，南極熊深入國內(nèi)MIM金屬注射成型的領頭羊之一 昶聯(lián)金屬材料應用制品（廣州）有限公司（以下簡稱“昶聯(lián)”），對總經(jīng)理廖志雄先生以及惠普3D打印與數(shù)字制造集團中國區(qū)業(yè)務負責人趙華先生進行了特別專訪。



△惠普3D打印與數(shù)字制造集團中國區(qū)業(yè)務負責人趙華（左）、南極熊主編黎海雄（中）、昶聯(lián)總經(jīng)理廖志雄（右）。廖志雄先生是香港人，祖籍廣東潮汕，說著一口濃厚的港式普通話，50多歲，卻從事MIM金屬注射成形超過30年，資深的制造業(yè)前輩，對技術細節(jié)了如指掌，平易近人不喜歡論資排輩。桌面上擺放著MIM注射成型金屬零件、3D打印金屬零件、金屬粉末材料、熱等靜壓金屬零件等。

MBJ 3D打印“吃螃蟹”的人

最近幾年，粘結劑噴射金屬3D打印技術（Metal Binder Jetting，簡稱MBJ），憑借靈活性高、打印速度快等優(yōu)勢，作為最有可能被一般工業(yè)大規(guī)模應用的新興工藝，被工業(yè)界人士逐漸關注。使用MBJ來制造零件成型階段依靠3D打印，后續(xù)工序的脫脂燒結、熱等靜壓、CNC、定型、拋光、鍍膜等，都借鑒成熟的MIM（Metal Injection Molding）金屬粉末注射成型技術。而選區(qū)激光熔化（SLM）金屬3D打印技術雖然沒有脫脂燒結的環(huán)節(jié)，但仍然需要包含去支撐在內(nèi)一連串的后處理工序。


△三種金屬成型工藝MIM、MBJ、SLM的對比圖。昶聯(lián)在金屬表面處理和加工方面擁有先進的技術和設備，涵蓋了整個金屬加工工藝的全流程，包括粉末制造MIM/3D打印、脫脂燒結、熱等靜壓 (HIP) 、滲氮、CNC 加工中心和金屬表面處理（包括噴砂、打磨拋光、溜光、電漿拋光、鐳射打標、拉絲、真空鍍膜 (PVD) 噴油、微弧氧化等)。

年銷售額近十億元的金屬制品大廠昶聯(lián)，核心業(yè)務是金屬粉末注射成型MIM。昶聯(lián)曾率先引進國內(nèi)首條連續(xù)脫脂燒結爐（德國克萊默步進梁式連續(xù)爐）,最先實現(xiàn)了內(nèi)地MIM產(chǎn)品量產(chǎn)化，應用于制造3C部件, 醫(yī)療部件, 智能家居部件, 傳統(tǒng)手表部件, 通信行業(yè)和汽車部件 。昶聯(lián)也是一家擁有原材料開發(fā)、模具設計制造、注塑成型生產(chǎn)、表面處理及熱等靜壓綜合應用等全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，是全球大型的金屬粉末注射成型生產(chǎn)與粉末冶金工藝拓展基地之一。在粘結劑噴射金屬3D打印技術推出之后，昶聯(lián)積極布局，如今已經(jīng)部署了6臺HP惠普的金屬3D打印系統(tǒng)（價值數(shù)千萬元）并且實現(xiàn)多領域的應用。


△南極熊實拍：昶聯(lián)的粘結劑噴射金屬3D打印車間，安裝了6臺惠普金屬機

MIM龍頭勇立3D打印潮頭

創(chuàng)業(yè)于1935年的中南集團，1978年在廣州南沙投資建立手表廠，并于1992年成立昶聯(lián)金屬材料應用制品（廣州）有限公司并引進金屬粉末注射成型，1998年開始量產(chǎn)，制造了諾基亞手機的第一個金屬注射成型MIM零件，那時候一臺手機價格在7000到8000元不等；后來往后的十多年內(nèi)，一直保持國內(nèi)MIM龍頭老大的地位。三四十年過去了，發(fā)展到現(xiàn)在，中國的制造業(yè)越來越卷，生產(chǎn)成本也越來越透明，但昶聯(lián)每年交付的高精密金屬零件仍高達500噸左右。


△南極熊實拍：昶聯(lián)MIM批量生產(chǎn)制造的手表表帶和表殼終端產(chǎn)品

▶ 2014年，昶聯(lián)就開始注重碳排放問題，開始布局3D打印。從研發(fā)到生產(chǎn)金屬3D打印粉末材料，并于2017年購買了第一臺SLM 金屬3D打印機（德國SLM solutions）來測試，此后便開始進攻牙科行業(yè)。

▶ 2019年，與世界知名終端客戶聯(lián)合開發(fā)及采用粘結劑噴射金屬3D打印技術，實現(xiàn)大量生產(chǎn)及交付數(shù)十萬件數(shù)量級的外觀零件。


△南極熊實拍：惠普金屬3D打印樣件 包括高爾夫球頭，歧管，醫(yī)療部件，汽車部件，工藝測試件。

昶聯(lián)在 2019 年引入了惠普3D打印設備，與客戶共同開發(fā)終端應用。

現(xiàn)有量產(chǎn)設備包括惠普S100粘結劑噴射金屬3D打印機、 S100固化站和S100構建單元，其中打印平臺的大小為 430mm x 309mm x 140mm 。


△南極熊實拍：昶聯(lián)的惠普金屬3D打印機

△南極熊實拍：昶聯(lián)的惠普金屬3D打印固化機

01
大批量制造與后處理問題

南極熊：粘結劑噴射金屬3D打印技術，合適多大批量的制造？

惠普趙華：MBJ粘結劑噴射金屬3D打印技術，一般用于中大批量的制造，除了設備的裝機量，最重要的是裝機之后打印出來的用來做終端產(chǎn)品的零件數(shù)量。從上下游工藝的完整度，到整個實現(xiàn)在最終產(chǎn)品的中大批量的生產(chǎn)，無論是幾千件、幾萬件、甚至幾十萬件的真正應用，昶聯(lián)在全球來說，已經(jīng)屬于頂端的了。惠普的金屬3D打印機，和MJF尼龍3D打印機一樣，最早是在歐美發(fā)布，歐美的裝機量總體上要比中國多一些。歐美對3D打印的應用定位有所不同。因為歐美傳統(tǒng)的加工技術供應并不像亞洲或者國內(nèi)這么充足，所以對3D打印的定位，很多時候即便是幾百件幾千件的一些中小批量，會覺得非常適合使用惠普3D打印。歐美的MetalJet金屬客戶開發(fā)了很多垂直行業(yè)應用為他們帶來充分的性能和交付成本價值，但是每個應用單次的生產(chǎn)數(shù)量更多是數(shù)百到數(shù)千件量級居多。

惠普和昶聯(lián)的合作，雖然相比國外應用要晚一點，但是整個3D打印應用生態(tài)系統(tǒng)，無論是廣度還是深度，都是非常領先的了。

昶聯(lián)廖志雄：昶聯(lián)應用粘結劑噴射金屬3D打印生產(chǎn)的零件項目中，已經(jīng)交付的最多的已達幾十萬量級了。

要想做這種量級的應用，需要一個完善的生態(tài)技術系統(tǒng)才能干得了，不光是3D打印，還要涉及原材料開發(fā)、打印工藝、燒結工藝、HIP熱等靜壓、拋光打磨、CNC等。需要從頭到尾有配套能力，這是為什么我們昶聯(lián)在國內(nèi)可能比歐美更容易實現(xiàn)。話又說回來，昶聯(lián)如此完整的生產(chǎn)配套，即使在國內(nèi)，其實也是少見。

例如某種零件3D打印并燒結出來后，如果需要達到最頂級磨光效果，就需要非常高的致密度，我們園區(qū)內(nèi)的熱等靜壓設備就可以處理，不需外協(xié)，實現(xiàn)閉環(huán)。

△南極熊實拍：昶聯(lián)工模制造中心。要想用MIM技術來生產(chǎn)金屬零件，需要先制造模具，昶聯(lián)獨立的工模制造中心有80多臺設備，可以制造高精密的模具。

△南極熊實拍：MIM注塑成型車間。不銹鋼等金屬顆粒原料，送入MIM注塑機，在模具中注射成金屬零件。昶聯(lián)有270臺注塑機，應用材料包括不銹鋼 (316L, 304L, 17-4PH, 無鎳不銹鋼)，鈦，鎢。

△南極熊實拍：連續(xù)燒結爐。昶聯(lián)擁有 9 臺連續(xù)燒結爐，其中 8 臺為步進梁式連續(xù)脫脂燒結爐。步進梁式連續(xù)脫脂燒結爐主要由進出料段，催化脫脂段（酸脫），低溫脫脂，高溫燒結段和冷卻段組成，通過橫向傳送帶連接，年原料消耗量超過 500 噸，特別適合于大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。


△南極熊實拍：昶聯(lián)HIP量產(chǎn)爐


△南極熊實拍：昶聯(lián)HIP試驗爐。HIP 是一種先進的制造工藝，利用高溫高壓同時作用，使金屬或陶瓷制品經(jīng)受各方向同等壓力，促進材料的致密化和微結構的優(yōu)化。最終得到優(yōu)異的抗疲勞等機械性能，耐腐蝕性和耐磨性。從而使制件得以燒結和致密化的工藝技術。昶聯(lián)於2014年開始引入設備，并開始工藝技術的應用開發(fā)，目前擁有 2 臺量產(chǎn)爐和 1 臺試驗爐。

△南極熊實拍：CNC加工中心。昶聯(lián)共擁有 500 臺機臺，機臺品牌包括兄弟、津上、精雕等。CNC 加工中心批量性設備的投入，可快速解決復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題。

△南極熊實拍：昶聯(lián)MIM零件自動尺寸及自動外觀檢查車間。金屬制品零件做好之后，還需要檢測尺寸和外觀，看看產(chǎn)品是否合格。每年幾千萬上億個零件的出貨，要檢查下來全靠自動化，否則得上數(shù)百質(zhì)檢工人。昶聯(lián)MIM零件自動尺寸及自動外觀檢查車間共有1044套設備。

02
終端客戶不夠理解3D打印

南極熊：真正批量應用的終端產(chǎn)品客戶，對于用3D打印工藝來做，會不會提出額外的疑問或者要求？

昶聯(lián)廖志雄：目前來說，多數(shù)客戶還不太清楚3D打印可以給他們帶來什么好處�，F(xiàn)在還處于開發(fā)階段。我們需要更多的精力和時間去做溝通工作，客戶需要時間來消化，才會出現(xiàn)更多適合3D打印的產(chǎn)品設計�，F(xiàn)階段大部分只是把現(xiàn)有的產(chǎn)品改一下，讓它適合3D打印。

現(xiàn)在互動不夠，不是我們和客戶自己的互動不夠，而是在認知層面，客戶對3D打印的理解還不夠，因此需要我們更多的合作去推廣和挖掘。

其實，對比沖壓鍛造等工藝，把材料變成粉末，然后用3D打印技術來制造零件，從制粉至完成拋光打磨外觀處理的整個制程，對于整個ESG（環(huán)境、社會和公司治理）的計算，不論是新造粉料或再生粉料，在能耗計算方面，粉體工業(yè)（MIM及3D打�。┒际歉�具能耗效益的。

惠普趙華：3D打印用于原型或者小批量，對于多數(shù)人來說，是非常簡單易懂的概念。一旦到了終端產(chǎn)品上，就涉及到工程師、設計師、ID、采購、供應鏈等多層次的復雜人員體系，是一個集體行為，不是一兩個人就可以決定的，需要時間去影響和為他們帶來清晰可見的價值。

03
MBJ 與 MIM 對比

MBJ的設計自由度高，能打印結構復雜的產(chǎn)品，不需要模具，可同時驗證不同設計，生產(chǎn)周期短，能快速迭代。適合樣板及小批量階段：雖然MBJ的單件價格較高，但能節(jié)省模具費用，在小批量生產(chǎn)的效益較高。

傳統(tǒng)MIM工藝，大批量性生產(chǎn)時周期快，適合大單量。雖然模具費用高，但分攤的模具成本所占的比例較低，所以批量性時效益和效率有更大的提升。

△昶聯(lián)的MIM模具


△南極熊實拍：昶聯(lián)MIM 樣件 - 后工序包括，表面處理 - 噴射，拋光，PVD。組裝 – 玻璃，塑料

昶聯(lián)廖志雄：有一個細節(jié)，客戶現(xiàn)階段普遍不理解為什么粘結劑噴射金屬3D打印出來的零件表面粗糙度不如MIM的好。其實這是因為3D打印用的粉末粒徑比較粗，沒有MIM的細。所以多多少少都需要再表面加CNC處理，才能做到好的光滑度、公差。

但是有個問題，MIM技術不容易做太大的零件，而Metal Binder Jetting有自己的優(yōu)勢，例如生產(chǎn)3C數(shù)碼的中框。

最明顯的例子是，有個產(chǎn)品幾百克，除了3D打印之外，沒有其他辦法來減重。打印成空心的，就實現(xiàn)了減重，產(chǎn)品的運費也就減少了�？赡苡�3D打印的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本貴15%，但是后續(xù)的物流等方面的成本，節(jié)省了不止15%。這些后續(xù)影響，很多人都還意識不到。

04
MBJ 工藝天花板

南極熊：MBJ 技術目前還有很多不成熟的地方，進步空間很大。但是會有自己本身的天花板嗎？

惠普趙華：不同的技術都會有自己的發(fā)展，不同3D打印工藝的天花板，一般取決于效率、質(zhì)量、成本。借用工業(yè)2D產(chǎn)業(yè)這幾十年的發(fā)展歷史來說，廣義上也是按照摩爾定律的發(fā)展速度，每18到24個月性能就翻一番。

從速度上說，惠普的3D打印技術，從20多秒一層，到現(xiàn)在的10多秒一層，如果要更快，不是技術達不到，而是需要結合市場來做到一個平衡點，所以說速度上還有很大的提升空間。


從質(zhì)量上說，現(xiàn)在開放的工藝，針對某一款產(chǎn)品應用來說，你會通過調(diào)整不同的因素來改變質(zhì)量，例如打印的控制算法、粉末的鋪設、粉末材料本身等多維度。從成本上說，規(guī)�；�可以帶來很好的成本優(yōu)勢。

昶聯(lián)廖志雄： SLM金屬3D打印技術，完全在同一機臺上完成，不能分拆工序。而Metal Binder Jetting打印完了之后，就可以到下一個工序做固化和拆包，不需要占用機臺時間。

材料的多樣性上，Metal Binder Jetting其實都是驗證了可行的，只是市場驅(qū)動力沒有那么強，如果找到合適的應用，可以規(guī)�；瘧�用。

粘結劑，也有很大的提升空間。我們也有團隊在與惠普合作研究。


05
如何計算3D打印的價格

南極熊：國內(nèi)不少3D打印服務商，往往是按照克重來計費。昶聯(lián)對客戶提供Metal Binder Jetting 3D打印服務，是否也是按照重量計價？

昶聯(lián)廖志雄：這只是一個初步的概念，昶聯(lián)都是做終端零部件的，關鍵是要看后工序有多少。在整個產(chǎn)品價值中，后工序所占到的比例往往會遠遠大于3D打印制備坯料的環(huán)節(jié)。我們也和不少客戶溝通過，看看是否需要打印、后處理等分開報價，因為后處理的要求差別太大。

我們MIM做出來的生坯，或者3D打印出來的生坯，在成本結構里只是改變其中的一兩道工藝，分開報價也不是太難。但是對于終端客戶來說，不需要自己去找一個個的供應鏈，層層報價。

南極熊：昶聯(lián)的6臺惠普金屬3D打印機，開機率怎么樣？

昶聯(lián)廖志雄：按照3C行業(yè)的習慣是以半年來算，開機率大概是50%。做一款產(chǎn)品，需要設計溝通、打樣、調(diào)整等過程，會占用機臺時間。如果是量產(chǎn)幾千幾萬件同一件產(chǎn)品，這個才是連續(xù)的生產(chǎn)的有效開機。這樣綜合算下來，與3C制造行業(yè)慣例一樣開機率可以說是50%。

如果是一整年都是源源不斷生產(chǎn)已經(jīng)驗證好的產(chǎn)品，不需要摸索和測試過程，結合不同行業(yè)的季節(jié)性混合，那么開機率就會高很多。

06
要想做好應用不容易

南極熊：如果一家制造業(yè)公司只擁有MBJ 3D打印機，沒有配套設備，發(fā)展起來會不會有困難？

昶聯(lián)廖志雄：我們已經(jīng)有MIM注塑和燒結、熱等靜壓等，用3D打印來做，只是取代了注塑這個環(huán)節(jié)，后面的工藝我們都有，都同樣需要用。所以做得比較順利。但是只有3D打印這個環(huán)節(jié)，其他都需要交給下游的話，做起來的確不容易。



△金屬件熱等靜壓處理樣品

南極熊：3D打印在昶聯(lián)內(nèi)部的地位怎么樣？

昶聯(lián)廖志雄：昶聯(lián)內(nèi)部在2024年新成立了單獨的3D打印部門，以前是并在大產(chǎn)線里面，雖然做了很多年，但是我們現(xiàn)在特別重視，所以也請你們南極熊來做報道曝光。

我們集團的風格都是穩(wěn)健發(fā)展，不冒進。在江西也有工廠，真正大批量應用的話，可以增加更多的3D打印機。

07
MIM大廠對3D打印的期待

南極熊：作為MIM行業(yè)的大廠，你們對3D打印有什么期待？

昶聯(lián)廖志雄：其實對于整個3D打印的行業(yè)，相對于工藝技術，我更期望看到更多適合3D打印的設計，它可以很靈活、很方便得去做有價值的產(chǎn)品。不要有“用3D打印來做讓成本便宜點” 這種思維。更應該去充分利用3D打印對產(chǎn)品設計的靈活性、減重（空心、拓撲強化結構））、減少裝配（多個零件整合成一個）等，所帶來的后期利益最大化。

其實，MIM相對傳統(tǒng)的鍛造和沖壓，有個明顯的優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)整合，把零件數(shù)量減少。3D打印則更進一步，比MIM的整合度更高。

從1988年在中南創(chuàng)發(fā)工作開始，我從事這個行業(yè)幾十年了，需要花時間和客戶去溝通解釋這些。現(xiàn)在我們的MIM業(yè)務收入每年是幾億到10億左右。

我很期待3D打印可以輔助MIM行業(yè)更上一層樓，成為粉體工業(yè)的耀眼明珠。

<專訪完>


專訪完之后，工作人員帶南極熊參觀了昶聯(lián)園區(qū)里的工廠車間，包括MIM注射成型、連續(xù)燒結爐、熱等靜壓爐、CNC 加工中心、自動打磨機、MBJ金屬3D打印、鎂鋁合金注射成型等車間，還有測量室、實驗室等。如此大型、完整工藝鏈條的金屬制品工廠，南極熊還是第一次見。3D打印車間在其中占的份額還非常小，但已經(jīng)逐漸成為一個重要的工藝補充，并且有希望逐漸走向主要地位。

△視頻：南極熊實拍昶聯(lián)廠區(qū)內(nèi)部

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