揭秘MetShape公司“LMM”新工藝：基于漿料的超精密金屬3D打印技術(shù)

導(dǎo)讀：專業(yè)3D打印風(fēng)險(xiǎn)投資公司AMVentures一直深諳3D 打印行業(yè)的投資前景，該公司投資了 Conflux、DyeMansion、HeadmadeMaterials和許多其他專業(yè)公司。南極熊了解到，近來(lái)AM Ventures 又籌集了價(jià)值1 億歐元的新基金，專門用于投資3D 打印初創(chuàng)公司，這其中就包括精密金屬零件服務(wù)提供商MetShape。

作為一家受到AM Ventures青睞的初創(chuàng)公司，MetShape開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的金屬漿料3D 打印技術(shù)，以低成本生產(chǎn)小尺寸且高精度的組件?；跐{料的金屬3D打印技術(shù)可以稱之為增材制造領(lǐng)域內(nèi)的“另類”，這是一種并不主流卻充滿創(chuàng)意的技術(shù)。此前，南極熊對(duì)此類技術(shù)也有過(guò)專門的介紹：舊瓶裝新酒？解析金屬漿料直寫3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái) (nanjixiong.com)。

金屬漿料3D打印和MetShape的淵源

MetShape的歷史與另一家AMVenture投資的公司——Lithoz密切相關(guān)。Lithoz的陶瓷數(shù)字光處理（DLP）是2006年在維也納大學(xué)發(fā)明的。2015年，普福爾茨海姆應(yīng)用科學(xué)大學(xué)與Lithoz合作，將其技術(shù)移植到金屬上，作為一個(gè)致力于回收磁鐵的研究項(xiàng)目。Lithoz將其技術(shù)適用于金屬，而該大學(xué)則專注于制造高密度金屬部件所需的棘手的排膠和燒結(jié)步驟。磁鐵回收從未成功，但該小組確實(shí)開(kāi)發(fā)了一種稱為基于光刻技術(shù)的金屬制造（LMM）的工藝，用于生產(chǎn)具有非常光滑表面的高精度金屬部件。

△LMM技術(shù)原理。圖片來(lái)源：MetShape

LMM也被我稱為 "漿料立體光刻技術(shù)（SLA）"，它是一種工藝，通過(guò)大桶光聚合系統(tǒng)打印出含有金屬顆粒的樹(shù)脂。然后將產(chǎn)生的生坯部件進(jìn)行脫模，隨后進(jìn)行燒結(jié)。由此產(chǎn)生的金屬部件是精確的，最重要的是，相當(dāng)光滑，包括內(nèi)部特征--這是一個(gè)獨(dú)特的好處。一旦項(xiàng)目被撥入，就可以低成本地進(jìn)行系列化生產(chǎn)。

2019年，Lithoz剝離了Incus3D，將LMM系統(tǒng)商業(yè)化，而MetShape則是作為L(zhǎng)MM服務(wù)提供商，以及其他工藝的燒結(jié)和排膠的外包合作伙伴而創(chuàng)建。

LMM的優(yōu)勢(shì)是什么？

在大桶光聚合步驟中，通常使用DLP和SLA。這意味著商業(yè)上可用的光源、樹(shù)脂和加工技術(shù)可以被納入LMM中。在4立方厘米到0.1立方厘米的范圍內(nèi)，LMM具有特別的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)創(chuàng)新的LMM技術(shù)，精確的小型和微型金屬部件的光譜最終可以被添加制造，這在以前是不可能的。

△由MetShape制造的3D打印醫(yī)療設(shè)備部件。圖片由MetShape公司提供。

未來(lái)，我們可以期待光源、LED和其他投影技術(shù)以及其他機(jī)器配置方面的進(jìn)展，以加速LMM的生產(chǎn)力和采用。此外，與樹(shù)脂有關(guān)的進(jìn)展可以帶來(lái)更好的生產(chǎn)力。就金屬打印技術(shù)而言，大桶光聚合是相對(duì)快速和低成本的。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，處理成本可能會(huì)降低。像許多金屬3D打印技術(shù)一樣，主要障礙是燒結(jié)步驟。然而，LMM可能比其他技術(shù)更好地控制了這一點(diǎn)。

粉末床熔化對(duì)小零件來(lái)說(shuō)非常麻煩，而且成本很高。粘合劑噴射可能是有意義的，但LMM更平滑，并能實(shí)現(xiàn)更大尺寸的細(xì)節(jié)。一些粘結(jié)劑噴射部件在生坯狀態(tài)下也容易塌陷。自動(dòng)化的后處理程序可能會(huì)實(shí)現(xiàn)光滑的表面，但成本更高。

MetShape首席執(zhí)行官AndreasBaum博士說(shuō)："在比較粘結(jié)劑噴射和LMM時(shí)，需要考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素是，用LMM技術(shù)生產(chǎn)的生坯部件更加牢固，即使是非常小的部件也能輕松地從打印機(jī)中提取出來(lái)，可以更容易地處理。因此，LMM技術(shù)特別適用于有效制造小于邊長(zhǎng)為2厘米的立方體的零件。除了LMM技術(shù)外，比這更大的零件也可以用粘合劑噴射技術(shù)經(jīng)濟(jì)地制造。這兩種技術(shù)相互補(bǔ)充，滿足不同的需求。LMM比粘結(jié)劑噴射的分辨率更高，因此，邊緣更清晰，表面質(zhì)量更好?！?/div>

LMM真正發(fā)光的地方是用于非常小的物品，或者光滑度至關(guān)重要的地方。漿料SLA工藝還允許制造具有光滑的內(nèi)部空腔、孔、通道和銷釘結(jié)構(gòu)的部件。對(duì)于某些內(nèi)部幾何形狀，該技術(shù)可能是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)闅埩舻臉?shù)脂可以從結(jié)構(gòu)內(nèi)部沖洗出來(lái)。這意味著，你不必敲打或依賴磨蝕流加工等工藝來(lái)獲得光滑的內(nèi)部通道。由于這個(gè)原因，它可能是制造復(fù)雜部件的最低成本技術(shù)，這些部件小于每條邊2厘米的立方體?？梢月?lián)想一下熱交換器、噴嘴和帶有冷卻通道的部件。

△LMM和其他金屬成形技術(shù)的對(duì)比。圖片來(lái)源：MetShape。

這似乎是一種限制，但它實(shí)際上使公司能夠集中精力。更高的分辨率還自動(dòng)確保，如果有重疊，價(jià)值更高的部件將意味著客戶選擇LMM而不是粘結(jié)劑噴射。此外，這些類型的小部件就其性質(zhì)而言，往往價(jià)值很高。更強(qiáng)的生坯狀態(tài)也可以幫助公司處理比粘結(jié)劑噴射更多的幾何形狀。更重要的是，生坯狀態(tài)的崩潰其實(shí)是不可預(yù)測(cè)的，可能會(huì)阻礙生產(chǎn)力和客戶的選擇。

關(guān)鍵的燒結(jié)步驟

收縮是粘結(jié)劑噴射和所有類似的基于燒結(jié)的技術(shù)的問(wèn)題。鮑姆博士認(rèn)為：“對(duì)于LMM，燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生的收縮是非常可重復(fù)的。根據(jù)材料的不同，它大約是18%。因此，我們?cè)跒榭蛻艚ㄔ焐鞑考r(shí)加入這一比例，在整個(gè)生產(chǎn)鏈的末端提供一個(gè)尺寸精確的成品部件。"

預(yù)測(cè)能力可以成為快速獲得第一個(gè)零件的真正優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，在打印過(guò)程中，不需要額外的支撐物，也不需要隨后的移除，這需要額外的成本。粗糙度高達(dá)Ra 2 μm的光滑表面可以直接從打印機(jī)中實(shí)現(xiàn)，而1μm的表面可以通過(guò)自動(dòng)后處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)，MetShape公司有能力實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果。

AM Ventures高級(jí)合伙人AloisHotter也強(qiáng)調(diào)了控制燒結(jié)過(guò)程的必要性。

掌握間接增材制造工藝的關(guān)鍵是在生坯部件被3D打印后控制基于高溫爐的燒結(jié)過(guò)程。Andreas Baum周圍的團(tuán)隊(duì)結(jié)合了必要的能力，并與機(jī)器制造商Incus、普福爾茨海姆大學(xué)和燒結(jié)爐制造商Carbolite Gero緊密合作，擁有獨(dú)特的燒結(jié)技術(shù)。MetShape不受任何特定技術(shù)的束縛，這意味著公司始終處于技術(shù)的最前沿，可以為客戶提供新的材料開(kāi)發(fā)和高度可擴(kuò)展的工業(yè)項(xiàng)目的合作項(xiàng)目。我們看到的項(xiàng)目是通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳表面，從而使生產(chǎn)速度比傳統(tǒng)的基于工具的制造工藝快三倍，同時(shí)大量減少成本。”

鮑姆博士贊同AM Ventures關(guān)于公司的核心排膠和燒結(jié)知識(shí)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。特別是在燒結(jié)方面，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了成果，可以在不進(jìn)行后期加工的情況下制造零件。

鮑姆博士說(shuō)：”這代表了一個(gè)重大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵诮饘倭慵脑霾闹圃熘?，超過(guò)60%的可能應(yīng)用沒(méi)有超過(guò)原型階段，因?yàn)榕c后處理有關(guān)的成本過(guò)高?！?/div>

這種燒結(jié)技術(shù)和控制力不僅能使公司獲得其他公司無(wú)法獲得的業(yè)務(wù)，而且還能加速其銷售周期。MetShape公司可以更快地制作原型并定價(jià)，然后與客戶開(kāi)展業(yè)務(wù)，而不是為了尋找值得購(gòu)買的客戶而產(chǎn)生滯后和成本。

LMM的機(jī)會(huì)是什么？

AM Ventures的AloisHotter具體說(shuō)明了他預(yù)測(cè)MetShape具有潛在影響的行業(yè)，他說(shuō)："我們目前在醫(yī)療和奢侈品領(lǐng)域看到了大量的需求，這些行業(yè)即將騰飛。MetShape已經(jīng)獲得了將許多項(xiàng)目推向規(guī)?；璧慕?jīng)驗(yàn)。這確實(shí)是為行業(yè)帶來(lái)燒結(jié)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)增材制造的大批量生產(chǎn)所缺少的部分。"

在奢侈品和珠寶行業(yè)，MetShape已經(jīng)制作了戒指、吊墜、手表外殼和耳釘。在那里，更快的迭代和減少浪費(fèi)的能力將加速M(fèi)etShape的采用，即使是通過(guò)一些手工工藝。鮑姆博士還設(shè)想了個(gè)性化或定制產(chǎn)品的潛力。

在醫(yī)療領(lǐng)域，鮑姆博士認(rèn)為大量應(yīng)用于醫(yī)療生產(chǎn)資源和工具，以及手術(shù)設(shè)備，未來(lái)還有植入物，其中質(zhì)量和病人特定的幾何形狀很適合MetShape。薄壁和低表面粗糙度可能是該公司在該行業(yè)的關(guān)鍵差異化因素。他還透露，該公司已經(jīng)生產(chǎn)了廣泛的醫(yī)療設(shè)備，如手術(shù)設(shè)備和植入物的原型。

在小型醫(yī)療儀器、電子產(chǎn)品或小型機(jī)器人部件中，LMM可能是最便宜的技術(shù)，特別是在內(nèi)部紋理、通道或結(jié)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)力的情況下。有數(shù)十億的集成電路、復(fù)雜組件、散熱器、熱交換器、電子產(chǎn)品、奢侈品和機(jī)械組件可以使用LMM零件。其中，數(shù)百萬(wàn)個(gè)SKU可以通過(guò)LMM進(jìn)行3D打印，比其他技術(shù)的成本效益高得多。

鮑姆博士解釋說(shuō)："MetShape可以實(shí)現(xiàn)小型和微型金屬應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)制造，即使是中小規(guī)模的年產(chǎn)量，以及每年高達(dá)10萬(wàn)件甚至更多的大批量生產(chǎn)，因此填補(bǔ)了以往MIM技術(shù)或其他增材制造工藝無(wú)法覆蓋的空白。與基于工具的MIM技術(shù)相比，間接增材制造不涉及高昂的初始成本或所需工具的漫長(zhǎng)等待時(shí)間。此外，必要的調(diào)整可以更快、更容易地進(jìn)行，從而減少開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)、成本和時(shí)間。與MIM相比，MetShape的增材制造工藝正在實(shí)現(xiàn)小批量、高可變性和各自零件譜的靈活性"。

MetShape是醫(yī)療、航空航天、工業(yè)和電子公司的服務(wù)提供商和可擴(kuò)展的生產(chǎn)伙伴，這些公司不想在內(nèi)部操作復(fù)雜的技術(shù)，或者想在將技術(shù)完全整合到他們自己的價(jià)值鏈之前從購(gòu)買零件開(kāi)始。.

此外，MetShape的生產(chǎn)服務(wù)特別適用于無(wú)法通過(guò)銑削經(jīng)濟(jì)地制造的高度復(fù)雜的精密零件。其他增材制造技術(shù)由于缺乏精度和高后處理成本，難以生產(chǎn)一系列小型和微型金屬零件。MetShape為此提供了一個(gè)解決方案，因?yàn)樗麄兡軌蛑圃斐黾从眯土慵恍枰杀久芗暮蠹庸?，可以直接進(jìn)入客戶的應(yīng)用中。在整個(gè)工藝鏈中，這種廣泛的專有技術(shù)，特別是燒結(jié)技術(shù)，對(duì)于成功的批量生產(chǎn)至關(guān)重要。

在排膠、燒結(jié)和增材制造方面擁有深厚經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)并不多見(jiàn)。MetShape有相當(dāng)大的機(jī)會(huì)將其排膠和燒結(jié)服務(wù)和技術(shù)訣竅出售給粘合劑噴射公司。如果有另一種技術(shù)出現(xiàn)，徹底改變了生坯零件的制造，MetShape的知識(shí)對(duì)其仍有價(jià)值。鮑姆博士還指出，該公司是一個(gè)合作伙伴，可以幫助客戶從第一個(gè)零件一直到制造，恰恰是3D打印多年來(lái)一直掙扎的領(lǐng)域。在幫助企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中，MetShape可以幫助自己和行業(yè)加速發(fā)展，成為使用3D打印的制造業(yè)的力量倍增器。

MetShape的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)

MetShape的一個(gè)特別優(yōu)勢(shì)是創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)與Incus、Lithoz、Pforzheim大學(xué)、TU Wien和AM Ventures的緊密關(guān)系。所有這些公司的未來(lái)都圍繞著一項(xiàng)很少有人了解的技術(shù)而展開(kāi)，而且投資的人也很少。

朗格家族（Langer ）是AM風(fēng)險(xiǎn)投資公司的早期投資者和EOS的所有者，他們也擁有Scanlab的一部分股份。這個(gè)光學(xué)器件供應(yīng)商為許多SLA和振鏡掃描系統(tǒng)提供動(dòng)力。在LMM方面進(jìn)行的研究和應(yīng)用工作相對(duì)較少。但是，F(xiàn)raunhofer IFAM正在進(jìn)行的工作是與Incus和公司同步進(jìn)行的。

因此，MetShape發(fā)現(xiàn)自己處于風(fēng)暴的中心，擁有一項(xiàng)鮮為人知但成本效益很高的制造技術(shù)和一個(gè)由相對(duì)本地的同行組成的網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)之外，目前幾乎沒(méi)有對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的廣泛關(guān)注或投資。

這聽(tīng)起來(lái)就像金屬粉末床融合技術(shù)的初期發(fā)展階段，一小群彼此非常接近的人正在開(kāi)發(fā)一項(xiàng)技術(shù)。早在90年代末和21世紀(jì)初，這個(gè)集體由一些Fraunhofers公司、芬蘭伊萊克斯公司和少數(shù)幾家公司組成。其中一家公司后來(lái)被賣給了雷尼紹（MTT），另一家被賣給了DMG Mori（Realizer），另一家（SLM Solutions）被賣給了尼康，另一家被賣給了GE（Concept），還有一家今天仍然是3D打印領(lǐng)域最大的公司，EOS。數(shù)十億的收購(gòu)和收入來(lái)自于歐洲的一個(gè)小型技術(shù)集群，最初可能只有二十幾個(gè)人。也許將來(lái)，朗格家族會(huì)再次這樣做，這將使MetShape的起點(diǎn)位置站的非常高。

MetShape專有金屬打印技術(shù)的出路在哪里？

作為業(yè)務(wù)的合理延伸，MetShape將成為金屬注射成型（MIM）公司的一個(gè)重要收購(gòu)目標(biāo)。金屬注射成型本身是一個(gè)價(jià)值30億美元的產(chǎn)業(yè)，對(duì)于大批量來(lái)說(shuō)是可行的，但啟動(dòng)成本很高。圍繞MIM的其他精密微機(jī)械加工和小部件制造技術(shù)的領(lǐng)域也要大得多。MetShape更加靈活，可以在這個(gè)領(lǐng)域中更多地使用迭代，這可能會(huì)導(dǎo)致其客戶在這里贏得傳統(tǒng)加工，以及在許多量級(jí)的MIM中贏得。在競(jìng)爭(zhēng)非常激烈的市場(chǎng)中，MetShape可以加快上市時(shí)間，降低成本。而且，不需要將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)和規(guī)格從小批量轉(zhuǎn)移到大批量，這應(yīng)該有助于該公司滲透到競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。

醫(yī)療或工業(yè)領(lǐng)域的特定行業(yè)制造公司也會(huì)很適合購(gòu)買它。在某些情況下，奢侈品或半導(dǎo)體領(lǐng)域的公司可以決定收購(gòu)它，以獲得對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的優(yōu)勢(shì)。例如，一些公司在一些精細(xì)的加工過(guò)程中表現(xiàn)出色，并擁有3D打印手表外殼的專利。

MetShape也可以作為一個(gè)獨(dú)立的公司進(jìn)行擴(kuò)展并實(shí)現(xiàn)盈利。Prototek或Protolabs，以及類似的公司，也許可以及時(shí)收購(gòu)它。一個(gè)有規(guī)模的微型加工行業(yè)也可能發(fā)現(xiàn)這是一家接近其工作領(lǐng)域的公司。合同制造公司，特別是醫(yī)療方面的，可能也會(huì)感興趣。

總而言之，我們可以看到，在光滑、高精度的小零件方面，MetShape可以成為工業(yè)、醫(yī)療、航空航天和奢侈品公司的可擴(kuò)展的制造伙伴。南極熊認(rèn)為，其獨(dú)特的定位、知識(shí)和進(jìn)入市場(chǎng)的能力可以成為征服其他公司難以進(jìn)入的市場(chǎng)的巨大優(yōu)勢(shì)。