200萬激光點的金屬“區(qū)域3D打印”技術(shù)，速度提升1千倍，Seurat獲4100萬美元融資

南極熊導(dǎo)讀：又一個偉大的金屬3D打印技術(shù)即將產(chǎn)業(yè)化了。顛覆性在于：

• 200萬個激光點，速度比傳統(tǒng)激光3D打印技術(shù)快1000倍，讓單個零件的制造成本大大降低（文末和留言處，可下載技術(shù)的PDF文件）；
• 更高分辨率和精度，光斑直徑可小至10微米；
• 區(qū)域處理速度突破擴展性的限制。
  

△每次3D打印一個15平方毫米的區(qū)域

當(dāng)前SLM金屬3D打印的痛點

SLM金屬3D打印技術(shù)現(xiàn)在越來越火，為了加大打印尺寸和打印速度，激光器從2個到4個，再到8個、10個、12個，甚至中國江蘇某公司最新款設(shè)備已達20個！但還是存在生產(chǎn)速度低的問題，并且由于飛濺、缺陷和殘余應(yīng)力而產(chǎn)生的嚴重質(zhì)量問題。

而Seurat 的新型3D打印機通過區(qū)域打印進行操作，從而實現(xiàn)激光強度的完全控制。調(diào)整熱作用可以最大限度地減少飛濺、控制微觀結(jié)構(gòu)和降低殘余應(yīng)力。Seurat 區(qū)域3D打印技術(shù)，使用高速視頻，材料分析和多物理場建模，來表征激光和粉末之間相互作用的影響解決基礎(chǔ)物理問題，可以很好應(yīng)用在能源領(lǐng)域，例如輕型車輛、熱交換器、新型高性能部件。

SLM 金屬3D打印技術(shù)獲重大突破

2021年7月1日，南極熊獲悉，金屬3D打印創(chuàng)業(yè)公司Seurat Technologies最近獲得了4100萬美元（約2.65億元人民幣）的B輪融資，由投資公司Capricorn基金領(lǐng)投。

據(jù)悉，Seurat公司將使用這筆資金繼續(xù)加速“區(qū)域打印工藝”的研發(fā)和商業(yè)化。這是一種創(chuàng)新的3D打印技術(shù)，使用200萬個激光點來實現(xiàn)部件的大規(guī)模3D打印。這與EOS此前發(fā)布的近百萬個二極管激光器來融化材料看起來很相似。

△Seurat200萬個激光的“區(qū)域打印工藝”，可以打印金屬件

△EOS的LaserProFusion技術(shù)，采用近百萬個二極管激光器來熔化材料并逐層制造零件，適用于尼龍粉末材料

但是，在技術(shù)原理上并不相同，Seurat的這種新技術(shù)不是增加激光源的數(shù)量，而是使用一種全新的光束處理方法來增加每次的熔化量。常規(guī)的金屬增材制造系統(tǒng)的光斑直徑為100微米，對于單激光系統(tǒng)，就是使用直徑100微米的激光進行掃描打印。而Seurat系統(tǒng)將200萬個激光點射向15平方毫米的方形區(qū)域，每個光點的直徑大約為10微米，也就是說一次打印一個區(qū)域。

南極熊剖析一下，可能你會更容易理解這個技術(shù)的厲害之處：

• 在激光打印照射效率上，Seurat的光斑面積相當(dāng)于15平方毫米，而常規(guī)單激光100微米直徑的光斑面積僅僅為0.0078平方毫米，兩者相差近1000倍，也就是說最多可以實現(xiàn)單激光系統(tǒng)1000倍以上的熔融效率；
• 在激光打印精度分辨率上，Seurat的精度卻能達到傳統(tǒng)單激光的10倍。
  

現(xiàn)有的金屬增材制造中效率比較高的兩種工藝是：電弧熔絲和粘結(jié)劑噴射。電弧熔絲使用基于金屬絲的焊接工藝來沉積材料。然而，電弧熔絲的打印精度很低，能打印的最小特征尺寸在5-10毫米之間。粘合劑噴射法是基于噴墨打印技術(shù)，以高生產(chǎn)速率打印毛坯部件，然而打印之后還需要進行燒結(jié)，兩步法也使這項技術(shù)難以掌握。目前，使用這兩種技術(shù)方法可以實現(xiàn)400-1,500立方厘米/小時的打印速度。

Seurat的區(qū)域打印技術(shù)的生產(chǎn)力遠遠超過任何現(xiàn)有金屬3D打印技術(shù)。它的打印速度甚至高于電弧熔絲，但它保持了激光粉末床熔融的精度和分辨率，并有可能進一步提高表面質(zhì)量和零件的靈活性。

△激光粉末床熔融、電弧熔絲、粘結(jié)劑噴射、區(qū)域打印技術(shù)四種工藝在最小特征尺寸和打印效率方面的對比

Seurat公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人James DeMuth說："Seurat正在將一項革命性的技術(shù)推向市場，引入新的金融和戰(zhàn)略投資者將極大地幫助公司在商業(yè)化方面邁出下一步。

自2015年成立以來，Seurat公司一直致力于開發(fā)“區(qū)域打印工藝”，并打算推廣給汽車、消費技術(shù)和工業(yè)客戶。與現(xiàn)有技術(shù)相比，"區(qū)域打印 "將200多萬個激光點聚焦到金屬粉末床上，實現(xiàn)快速打印最終用途的部件。

在汽車領(lǐng)域，Seurat公司認為他們的技術(shù)可用于生產(chǎn)汽車備件和下一代電動汽車的原型部件。同時，這項技術(shù)因為具有可擴展性和無飛濺性，可以成為生產(chǎn)工業(yè)應(yīng)用大尺寸部件的理想選擇。

由于Seurat技術(shù)的生產(chǎn)效率高，可以幫助用戶有效的降低成本。Seurat的區(qū)域打印技術(shù)突破了每個零件成本的現(xiàn)有障礙，他們的第一代系統(tǒng)與今天的增材制造技術(shù)相比，已經(jīng)可以降低50%的成本。而且將進一步提高效率，未來幾代機器的目標(biāo)是在2030年擊敗傳統(tǒng)壓鑄工藝的制造成本。這將標(biāo)志著增材制造作為一種主流技術(shù)的突破。

△當(dāng)前增材制造成本、未來幾代區(qū)域打印技術(shù)的成本、傳統(tǒng)制造工藝成本對比

然而，這個工藝已經(jīng)開發(fā)了至少六年，在2017年獲得了專利，但目前還未實現(xiàn)商業(yè)化。

△Seurat Technologies的專利，"一種包括激光器的增材制造系統(tǒng)"

在本輪融資之前，True Ventures于2018年1月投資了Seurat 1350萬美元的A輪，截止目前，Seurat的融資總額超過5790萬美元。

本輪融資除了來自Capricorn的資金，Seurat 公司還獲得了來自全球移動通信供應(yīng)商DENSO公司的投資，以及長期支持者True Ventures、GM Ventures、Porsche Automobil Holding SE、西門子能源和Maniv Mobility的持續(xù)支持。
核心技術(shù)很神秘

Seurat對相關(guān)技術(shù)很少公開信息，而且這個公司名字也很神秘。Seurat “修拉”是法國著名藝術(shù)家喬治·修拉的名字。他開創(chuàng)了一種新的藝術(shù)風(fēng)格，稱為“點彩畫”或“色光畫”。這種風(fēng)格涉及通過放置一系列復(fù)雜的單個色點來描繪圖像，當(dāng)從遠處觀看時，這些色點在總體上融合成一幅連貫的畫面。這就像“點陣”繪畫。下面是一個例子：


難道 Seurat Technologies 的金屬 PBF 3D 打印系統(tǒng)是同樣的邏輯？一個系統(tǒng)，它能夠同時向粉末床上的像素大小的小區(qū)域提供獨立控制的能量！實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的瞬間照射，理論上它可以在一次曝光，完成整個層的打印。


△Seurat 專利 20180326663 描述了一種奇怪的“開關(guān)場光束路由”系統(tǒng)，其中激光能量通過多級變換和轉(zhuǎn)向單元級聯(lián)。這可能是一種使用單個強大的激光，然后分成大量獨立可控光束的方法。這可以實現(xiàn)提升高度，然后讓激光并行曝光，從而極大地加快打印速度。

應(yīng)用案例

西門子能源燃氣輪機主漩渦器

西門子能源是全球領(lǐng)先的增材制造先鋒之一。無論是快速原型設(shè)計還是制造航空衍生品、燃氣和蒸汽渦輪機或壓縮機的零件，它們都可以在更快的時間內(nèi)被設(shè)計出來。

更快，具有更高的靈活性，更好的材料，以及優(yōu)化的效率。一個已經(jīng)投入生產(chǎn)的主要應(yīng)用是燃氣輪機漩渦器。這些部件被安裝在西門子SGT 5/6 8000H燃氣輪機的一個先進的燃燒系統(tǒng)中，用于混合燃料氣和壓縮空氣。使用增材制造將8個零件減少到1個零件，縮短了交貨時間，并通過優(yōu)化設(shè)計和工業(yè)化生產(chǎn)實現(xiàn)了積極的商業(yè)案例。

△西門子能源燃氣輪機主漩渦器

保時捷電動車電機外殼

鋁制外殼是一種新材料，它比傳統(tǒng)的鑄造件更輕，將傳動系統(tǒng)的整體重量減少了約10％，并能減少對環(huán)境的影響。使用特殊的結(jié)構(gòu)，由于采用了3D打印技術(shù)，高度受力區(qū)域的剛度也增加了一倍。在工藝創(chuàng)新方面也有更多的潛力創(chuàng)新，如為客戶提供新的定制服務(wù)和備件。這種工藝在技術(shù)上和經(jīng)濟上對保時捷都有意義，特別是在特殊和小型汽車系列以及賽車運動。

△保時捷電動車電機外殼

金屬3D打印的規(guī)模化生產(chǎn)

實際上，Seurat公司不是第一家將目光投向高產(chǎn)量金屬3D打印的公司。SLM Solutions在Formnext Connect展會上推出了強大的NXG XII 600 3D打印機，具有12個可同時打印的1KW激光器，可以進行大規(guī)模的零件生產(chǎn)。

△NXG XII 600 3D打印機 12個1KW的激光器同時燒結(jié)金屬粉末材料

在粉末床熔融（PBF）系統(tǒng)方面，中國3D打印機制造商華曙高科在TCT Asia 2021上發(fā)布了一款新的機器。FS721M-8 配備了8個1KW的激光器和720 x 420 x 420mm的構(gòu)建體積。

△華曙高科FS721M-8

此外，Sciaky公司透露，2020年他們的電子束增材制造（EBAM）系統(tǒng)打印了超過12000磅(5443公斤)的鈦。機器的高沉積率（HDR）以及航空航天和國防客戶的需求，使其達到了新的里程碑。

△Sciaky 的電子束增材制造（EBAM）系統(tǒng)

Seurat 還發(fā)布了一份金屬3D打印白皮書，南極熊分享給你，可直接下載。

Seurat金屬3D打印白皮書.pdf (1.53 MB, 下載次數(shù): 1548)

2021-7-1 16:10 上傳

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Seurat Technologies 已獲得多項專利。包括：

• US20170120537A1.pdf (2.88 MB, 下載次數(shù): 1274)
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• US20170120387A1.pdf (1.93 MB, 下載次數(shù): 1216)
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• US20170120335A1.pdf (2.76 MB, 下載次數(shù): 1253)
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• US20170120334A1.pdf (2.65 MB, 下載次數(shù): 1262)
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• US10596626.pdf (4.43 MB, 下載次數(shù): 1289)
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• US10518328.pdf (4.32 MB, 下載次數(shù): 1299)
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• US20170120336A1.pdf (3.29 MB, 下載次數(shù): 1311)
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• US20170120530A1.pdf (3.38 MB, 下載次數(shù): 1364)
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• US20170123222A1.pdf (2.34 MB, 下載次數(shù): 1261)
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• US20170123237A1.pdf (1.92 MB, 下載次數(shù): 1181)
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• US20170232637A1.pdf (2.96 MB, 下載次數(shù): 1208)
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• US20180326663A1.pdf (2.91 MB, 下載次數(shù): 1277)
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• US20180326664A1.pdf (3.41 MB, 下載次數(shù): 1232)
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• US20200164438A1.pdf (2.11 MB, 下載次數(shù): 1337)
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• US20200189038A1.pdf (1.28 MB, 下載次數(shù): 1211)
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• US20200198060A1.pdf (1.63 MB, 下載次數(shù): 1260)
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20170120387US 使用打印操作點進行零件操作 提交日期：2016 年 10 月 27 日

10518328US 增材制造系統(tǒng)和方法 提交日期：2016 年 10 月 27 日（已授予）

20170120334US 用于增材制造的腔室系統(tǒng) 提交日期：2016 年 10 月 27 日

20170120537US 增材制造室系統(tǒng) 提交日期：2016 年 10 月 27 日

20170120335US 用于粉末床熔融增材制造的可變打印室壁 提交日期：2016 年 10 月 27 日

10596626US 增材制造系統(tǒng)和方法 提交日期：2016 年 10 月 27 日（已授予）

20170120332US 增材制造系統(tǒng)和方法 提交日期：2016 年 10 月 27 日

10583484US 用于增材制造的多功能攝取系統(tǒng) 提交日期：2016 年 10 月 27 日（已授予）

20170120333US 封閉式增材制造系統(tǒng) 提交日期：2016 年 10 月 27 日

20170120530US 用于基于激光的增材制造的動態(tài)光學(xué)組件 提交日期：2016 年 10 月 28 日

20170123222US 增材制造中的極化復(fù)合系統(tǒng) 提交日期：2016 年 10 月 28 日

20170120336US 通過增材制造技術(shù)形成的長分辨率和高分辨率結(jié)構(gòu) 提交日期：2016 年 10 月 28 日

20170123237US 用于增材制造優(yōu)化的光回收 提交日期：2016 年 10 月 28 日

20170120538US 用于增材制造的回收粉末材料 提交日期：2016 年 10 月 28 日

20170232515US 增材制造仿真系統(tǒng)和方法 提交日期：2017 年 1 月 25 日

20170232557US 增材制造，空間熱處理系統(tǒng)和方法 提交日期：2017 年 1 月 30 日

20170232637US 增材制造，鍵合改性系統(tǒng)和方法 提交日期：2017 年 1 月 30 日

20180326664US 用于增材制造優(yōu)化的圖案光固態(tài)路由 提交日期：2018 年 5 月 11 日

20180326663US Switchyard Beam Routing of Patterned Light for Additive Manufacturing 提交日期：2018 年 5 月 11 日

20200189038US 增材制造系統(tǒng)，用于使用高通量激光二維打印粉末創(chuàng)建物體 提交日期：2019 年 12 月 12 日

20200198060US 增材制造系統(tǒng)使用脈沖調(diào)制激光器進行二維打印 提交日期：2019 年 12 月 19 日

20200164438US 用于增材制造的多功能攝取系統(tǒng) 提交日期：2020 年 1 月 31 日

△Seurat 專利 20180326663 描述了一種奇怪的“開關(guān)場光束路由”系統(tǒng)，其中激光能量通過多級變換和轉(zhuǎn)向單元級聯(lián)。這可能是一種使用單個強大的激光，然后分成大量獨立可控光束的方法。這可以實現(xiàn)提升高度，然后讓激光并行曝光，從而極大地加快打印速度。

這家神秘公司，名字也很神秘?！靶蘩笔欠▏囆g(shù)家喬治修拉的名字。他開創(chuàng)了一種新的藝術(shù)風(fēng)格，稱為“點彩畫”或“色光畫”。這種風(fēng)格涉及通過放置一系列復(fù)雜的單個色點來描繪圖像，當(dāng)從遠處觀看時，這些色點在總體上融合成一幅連貫的畫面。這就像“點陣”繪畫。下面是一個例子：

難道 Seurat Technologies 的金屬 PBF 3D 打印系統(tǒng)是同樣的邏輯？一個系統(tǒng)，它能夠同時向粉末床上的像素大小的小區(qū)域提供獨立控制的能量！實現(xiàn)面曝光，理論上它可以在一次曝光，完成整個層的打印。

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激光打印的矛盾在于光斑大，就打印速度快，但結(jié)構(gòu)不精細(像素太粗)，而要結(jié)構(gòu)精細，則光斑不能大，打印速度就慢。用多個激光頭并行打印能能部分解決矛盾，但要到達若要求的精細度，激光頭太多，裝置巨大，費用天價。修拉技術(shù)的核心是把原來一個激光頭發(fā)出光量(一個比較大的光斑)利用很多面細小的反光鏡將總光斑細分為很多個小光斑，總的光量不變，但在一個大光斑的區(qū)域中就有明有暗了。明亮的細分區(qū)域的光量足夠燒結(jié)該小區(qū)域的金屬粉末，暗的則不行，這樣，在原大光斑掃過的區(qū)域，需要的精細結(jié)構(gòu)都實現(xiàn)了。

修拉也許還把原激光器發(fā)出的一束光的光斑擴大了，以增加一次掃描路徑的寬度，而在掃描帶寬里選擇經(jīng)過的每一個像素點的明暗，明者燒結(jié)固化，暗者依舊粉末。

這個利用“像素列陣反射鏡”但激光打印頭上的思路是修拉的，但像素陣列反射鏡的技術(shù)不是修拉的，是專業(yè)像素反射鏡公司的常規(guī)產(chǎn)品。修拉的創(chuàng)新在想到用這玩意解決激光打印速度和精度的矛盾。

把多個像素反射鏡排到一起，用一個足夠大(光斑范圍和光量)激光源，照射這個像素反射鏡陣列，反射出2百萬個細小的激光就唾手可得了

每一個像素反射鏡都可以單獨調(diào)整反光量，開關(guān)頻率在250-500kHz，居然還可以有灰度。修拉可能用不上這個調(diào)灰度的功能，3D打印，要么燒結(jié)成型，要么留著粉狀。

這種反射鏡陣列是現(xiàn)成的，麥帝有的賣。但不知道現(xiàn)在是否屬于對華禁售品。另外，不知道修拉是否把應(yīng)用這個陣列的事也列在專利保護范圍內(nèi)了。
革命性的地方是光閥，它能把一束光的投射區(qū)細分出精細的明暗像素來。修拉想到在3D激光打印成型中是一個創(chuàng)新，但在光閥制造商那里，這只是多了一個應(yīng)用領(lǐng)域而已。光閥應(yīng)該不是修拉干的事，術(shù)有專攻，那是光閥廠家的本事，修拉的本事在用好這個光閥。

國內(nèi)或還沒有做這類光閥的(反射、透射的兩大類)，國內(nèi)激光打印成型商與修拉的差距在不知道有光閥這現(xiàn)成的玩意可以用，或者現(xiàn)在知道了也沒法用，一個可能是買不到(禁售)，一個可能是被修拉的專利保護掉了。不過，直接應(yīng)用光閥產(chǎn)品這事應(yīng)該不容易被專利保護掉，具體的用法可能會被保護。

金屬3D打印現(xiàn)在越來越火，但也存在生產(chǎn)率低的問題，并且由于飛濺、缺陷和殘余應(yīng)力而產(chǎn)生的嚴重質(zhì)量問題。

Seurat 的新型3D打印機通過區(qū)域打印進行操作，從而實現(xiàn)激光強度的完全控制。調(diào)整熱作用可以最大限度地減少飛濺、控制微觀結(jié)構(gòu)和降低殘余應(yīng)力。使用高速視頻，材料分析和多物理場建模，來表征激光和粉末之間相互作用的影響并闡明基礎(chǔ)物理。Seurat 區(qū)域3D打印技術(shù)，可以很好應(yīng)用在能源領(lǐng)域，例如輕型車輛、熱交換器、新型高性能部件。

又一個偉大的金屬3D打印技術(shù)即將產(chǎn)業(yè)化了。顛覆性在于：
速度比傳統(tǒng)激光3D打印技術(shù)快1000倍，讓單個零件的制造成本大大降低
更高分辨率和精度，光斑直徑可小至10微米
區(qū)域處理速度突破擴展性的限制

SLM金屬3D打印重大突破，區(qū)域打印速度提升1000倍

今天SLM金屬3D打印技術(shù)越來越火，為了加大打印尺寸和打印速度，激光器的數(shù)量從1個、2個，增加到20個。南極熊獲悉，Seurat新推出了革命性的“區(qū)域3D打印技術(shù)”，讓打印速度提升1000倍，同時打印分辨率精度提升10倍。它用200萬個激光點射向15平方毫米的方形區(qū)域，分辨率達10微米，而且沒有飛濺效應(yīng)、減少殘余應(yīng)力。

Seurat“區(qū)域3D打印技術(shù)”的效率可高于電弧熔絲技術(shù)和粘結(jié)劑噴射技術(shù)，但保持了激光粉末床熔融的精度和分辨率，它的成本已比目前的3D打印工藝降低了一半，而且技術(shù)還在不斷進步，預(yù)計10年后可以擊敗傳統(tǒng)壓鑄工藝，變成主流。

很厲害的技術(shù)

很有創(chuàng)新