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AM Ventures 又籌集了價值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開發(fā)了一種獨特的金屬漿料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，南極熊對此類技術(shù)也有過專門的介紹：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 (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，作為一個致力于回收磁鐵的研究項目。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，但該小組確實開發(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，通過大桶光聚合系統(tǒng)打印出含有金屬顆粒的樹脂。然后將產(chǎn)生的生坯部件進行脫模，隨后進行燒結(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--這是一個獨特的好處。一旦項目被撥入，就可以低成本地進行系列化生產(chǎn)。

2019年，Lithoz剝離了Incus3D，將LMM系統(tǒng)商業(yè)化，而MetShape則是作為LMM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。通過創(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，我們可以期待光源、LED和其他投影技術(shù)以及其他機器配置方面的進展，以加速LMM的生產(chǎn)力和采用。此外，與樹脂有關(guān)的進展可以帶來更好的生產(chǎn)力。就金屬打印技術(shù)而言，大桶光聚合是相對快速和低成本的。隨著自動化的發(fā)展，處理成本可能會降低。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。

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

MetShape首席執(zhí)行官AndreasBaum博士說："在比較粘結(jié)劑噴射和LMM時，需要考慮的一個關(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中提取出來，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)濟地制造。這兩種技術(shù)相互補充，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。對于某些內(nèi)部幾何形狀，該技術(shù)可能是獨一無二的，因為殘留的樹脂可以從結(jié)構(gòu)內(nèi)部沖洗出來。這意味著，你不必敲打或依賴磨蝕流加工等工藝來獲得光滑的內(nèi)部通道。由于這個原因，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)的對比。圖片來源：MetShape。

這似乎是一種限制，但它實際上使公司能夠集中精力。更高的分辨率還自動確保，如果有重疊，價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，往往價值很高。更強的生坯狀態(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)的崩潰其實是不可預(yù)測的，可能會阻礙生產(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)的問題。鮑姆博士認為：“對于LMM，燒結(jié)過程中發(fā)生的收縮是非?？芍貜?fù)的。根據(jù)材料的不同，它大約是18%。因此，我們在為客戶建造生坯部件時加入這一比例，在整個生產(chǎn)鏈的末端提供一個尺寸精確的成品部件。"

預(yù)測能力可以成為快速獲得第一個零件的真正優(yōu)勢。另一個優(yōu)勢是，在打印過程中，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Ra 2 μm的光滑表面可以直接從打印機中實現(xiàn)，而1μm的表面可以通過自動后處理技術(shù)實現(xiàn)，MetShape公司有能力實現(xiàn)這一結(jié)果。

AM Ventures高級合伙人AloisHotter也強調(diào)了控制燒結(jié)過程的必要性。

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)過程。Andreas Baum周圍的團隊結(jié)合了必要的能力，并與機器制造商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發(fā)和高度可擴展的工業(yè)項目的合作項目。我們看到的項目是通過優(yōu)化工藝參數(shù)實現(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，同時大量減少成本?！?/div>

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

鮑姆博士說：”這代表了一個重大的優(yōu)勢，因為在金屬零件的增材制造中，超過60%的可能應(yīng)用沒有超過原型階段，因為與后處理有關(guān)的成本過高?！?/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，然后與客戶開展業(yè)務(wù)，而不是為了尋找值得購買的客戶而產(chǎn)生滯后和成本。

LMM的機會是什么？

AM Ventures的AloisHotter具體說明了他預(yù)測MetShape具有潛在影響的行業(yè)，他說："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)獲得了將許多項目推向規(guī)?；璧慕?jīng)驗。這確實是為行業(yè)帶來燒結(jié)技術(shù)并實現(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的能力將加速MetShape的采用，即使是通過一些手工工藝。鮑姆博士還設(shè)想了個性化或定制產(chǎn)品的潛力。

在醫(yī)療領(lǐng)域，鮑姆博士認為大量應(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、奢侈品和機械組件可以使用LMM零件。其中，數(shù)百萬個SKU可以通過LMM進行3D打印，比其他技術(shù)的成本效益高得多。

鮑姆博士解釋說："MetShape可以實現(xiàn)小型和微型金屬應(yīng)用的經(jīng)濟制造，即使是中小規(guī)模的年產(chǎn)量，以及每年高達10萬件甚至更多的大批量生產(chǎn)，因此填補了以往MIM技術(shù)或其他增材制造工藝無法覆蓋的空白。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等待時間。此外，必要的調(diào)整可以更快、更容易地進行，從而減少開發(fā)過程中的風(fēng)險、成本和時間。與MIM相比，MetShape的增材制造工藝正在實現(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值鏈之前從購買零件開始。.

此外，MetShape的生產(chǎn)服務(wù)特別適用于無法通過銑削經(jīng)濟地制造的高度復(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為此提供了一個解決方案，因為他們能夠制造出即用型零件，不需要成本密集的后加工，可以直接進入客戶的應(yīng)用中。在整個工藝鏈中，這種廣泛的專有技術(shù)，特別是燒結(jié)技術(shù)，對于成功的批量生產(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)驗的企業(yè)并不多見。MetShape有相當(dāng)大的機會將其排膠和燒結(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的知識對其仍有價值。鮑姆博士還指出，該公司是一個合作伙伴，可以幫助客戶從第一個零件一直到制造，恰恰是3D打印多年來一直掙扎的領(lǐng)域。在幫助企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的過程中，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)始團隊

MetShape的一個特別優(yōu)勢是創(chuàng)始團隊與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都圍繞著一項很少有人了解的技術(shù)而展開，而且投資的人也很少。

朗格家族（Langer ）是AM風(fēng)險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。這個光學(xué)器件供應(yīng)商為許多SLA和振鏡掃描系統(tǒng)提供動力。在LMM方面進行的研究和應(yīng)用工作相對較少。但是，F(xiàn)raunhofer IFAM正在進行的工作是與Incus和公司同步進行的。

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

這聽起來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發(fā)一項技術(shù)。早在90年代末和21世紀初，這個集體由一些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)十億的收購和收入來自于歐洲的一個小型技術(shù)集群，最初可能只有二十幾個人。也許將來，朗格家族會再次這樣做，這將使MetShape的起點位置站的非常高。

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）公司的一個重要收購目標。金屬注射成型本身是一個價值30億美元的產(chǎn)業(yè)，對于大批量來說是可行的，但啟動成本很高。圍繞MIM的其他精密微機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，可以在這個領(lǐng)域中更多地使用迭代，這可能會導(dǎo)致其客戶在這里贏得傳統(tǒng)加工，以及在許多量級的MIM中贏得。在競爭非常激烈的市場中，MetShape可以加快上市時間，降低成本。而且，不需要將設(shè)計、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爭市場。

醫(yī)療或工業(yè)領(lǐng)域的特定行業(yè)制造公司也會很適合購買它。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它，以獲得對競爭對手的優(yōu)勢。例如，一些公司在一些精細的加工過程中表現(xiàn)出色，并擁有3D打印手表外殼的專利。

MetShape也可以作為一個獨立的公司進行擴展并實現(xiàn)盈利。Prototek或Protolabs，以及類似的公司，也許可以及時收購它。一個有規(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展的制造伙伴。南極熊認為，其獨特的定位、知識和進入市場的能力可以成為征服其他公司難以進入的市場的巨大優(yōu)勢。