惠普的金屬打印

邱月燁

3個月前，在中國的一場發(fā)布會上，媒體追問惠普公司3D打印全球總裁Stephen Nigro關(guān)于金屬3D打印的最新動作，Stephen神秘笑笑說：“這是一個很大的秘密，很快你們就知道了?！?/p>

9月11日，在美國老牌工業(yè)城市芝加哥，Stephen在2018年國際制造技術(shù)展（IMTS）上發(fā)布了專為大批量生產(chǎn)工業(yè)級金屬零件而研發(fā)的3D打印技術(shù)——HP Metal Jet（惠普金屬打印機(jī)）。

幾乎是4年前的同一時(shí)間，惠普發(fā)布了Multi Jet Fusion（多射流熔融）技術(shù)，2016年正式推出產(chǎn)品，可用于生產(chǎn)工業(yè)級塑料3D打印零部件，已為包括寶馬集團(tuán)、耐克、捷普、強(qiáng)生等全球領(lǐng)先企業(yè)的業(yè)務(wù)運(yùn)營提供技術(shù)支持。

在3D打印領(lǐng)域，惠普是一個踩在巨人肩膀上的“新人”。打印技術(shù)一直是惠普擅長的領(lǐng)域，惠普打算把這一優(yōu)勢從2D延續(xù)到3D。

“在過去30年里，我們一直遵循著惠普的‘噴墨摩爾定律，也一直在化學(xué)技術(shù)上持續(xù)積累和鉆研。因此，我們才能有今天的3D打印技術(shù)，并真正將其運(yùn)用到大規(guī)模的批量化生產(chǎn)之中，產(chǎn)生切實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益?！盨tephen說道。

打印黑科技

從原型設(shè)計(jì)升級到規(guī)模生產(chǎn)的主題貫穿著當(dāng)下的3D打印產(chǎn)業(yè)，在IMTS上，有3D打印公司甚至打出了“Stop Prototyping， Star Producing（停止原型設(shè)計(jì)，開始規(guī)模生產(chǎn)）”的口號。

2018年6月，惠普在廣東省佛山市部署了中國第一個工業(yè)級3D打印定制中心，也是亞太及日本地區(qū)規(guī)模最大的。這是一個由10臺Multi Jet Fusion 3D打印系統(tǒng)組成的3D打印工廠，旨在滿足各個行業(yè)對原型生產(chǎn)以及零部件批量生產(chǎn)日益增長的需求。目前，惠普已經(jīng)在全球建立了25個這樣的3D打印工廠。

惠普的目標(biāo)是通過3D打印加速第四次工業(yè)革命的到來。無疑，在全球12萬億美元規(guī)模的制造業(yè)中，金屬3D打印將會打開一個更大的市場，每年僅汽車、工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)就能生產(chǎn)數(shù)十億個金屬零件。

此前惠普稱，相比其他3D打印系統(tǒng)，Multi Jet Fusion能夠以高達(dá)10倍的速度且只有一半的成本來打印高品質(zhì)的塑料零部件。在接受《21CBR》記者采訪時(shí)，Stephen同樣對HP Metal Jet有著絕對自信。當(dāng)HP Metal Jet達(dá)到了以下三個標(biāo)準(zhǔn)，惠普才決定推出：第一，惠普的方法或技術(shù)能為市場帶來顛覆性的改變；第二，降低3D打印金屬零件的生產(chǎn)成本，帶來新的經(jīng)濟(jì)效益；第三，采用金屬作為結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行生產(chǎn)，零件的質(zhì)量必須過硬。

惠普拿出的數(shù)據(jù)是，相比于同類產(chǎn)品中具有競爭力的粘合劑噴射成型（Binder Jetting）和選擇性激光熔融（Selective Laser Melting）金屬3D打印解決方案，HP Metal Jet可將工作效率提升高達(dá)50倍。值得一提的是，惠普使用的是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的金屬粉末，與傳統(tǒng)的金屬粉末注射成型技術(shù)（Metal Injection Molding）相同，相對其他金屬3D打印使用的粉末，成本低很多。

“涂粉末和乳膠粘合劑在整個生產(chǎn)過程中起著決定性作用。在HP Metal Jet中，零件之間能夠以很輕的重量（不到1%）結(jié)合在一起?！?Stephen進(jìn)一步解釋道，這對機(jī)器人制造等行業(yè)至關(guān)重要。

在采訪的過程中，Stephen拿出汽車行業(yè)中常用的一個零件“指形從動滾輪”，“如果你使用傳統(tǒng)的金屬粉末注射成型技術(shù)，單個零件的成本是1.6-2.1美元，但這是基于10萬個的成本。如果你使用選擇性激光熔融技術(shù)（Selective Laser Melting，一種金屬3D打印技術(shù)），成本將是40美元至50美元；而HP Metal Jet技術(shù)，成本是1.9-2.3美元?！?/p>

HP Metal Jet看似與傳統(tǒng)的金屬粉末注射成型技術(shù)相差不大，甚至還高出一點(diǎn)，但工業(yè)生產(chǎn)講究的是規(guī)模效應(yīng)，HP Metal Jet的優(yōu)勢在于此，盈虧平衡點(diǎn)的產(chǎn)量更加靈活?！坝澠胶恻c(diǎn)（相同成本可打印的零部件數(shù)量）在很大程度上取決于零件大小，目前大致上是5萬到10萬件?！盨tehpen告訴《21CBR》記者。

HP Metal Jet同樣會遵循“噴墨摩爾定律”——從1984年惠普第一臺噴墨式打印機(jī)誕生以來，噴墨打印機(jī)的打印速度每18個月就會翻一倍。因此，HP Metal Jet的盈虧平衡點(diǎn)也會飛速提升。

在眾多金屬材料中，HP Metal Jet將首先應(yīng)用于生產(chǎn)不銹鋼零部件。“首先，市場上目前有許多不同的金屬，但不銹鋼和鐵基本占據(jù)了世界各地制造業(yè)的主導(dǎo)地位。其次，我們深入觀察了不同的垂直行業(yè)，尤其是工業(yè)尖端設(shè)備，比如醫(yī)療設(shè)備、泵、發(fā)電機(jī)、汽車等，對3D打印非常感興趣?！盨tephen解釋道。

3D打印工廠

在商業(yè)化路徑上，HP Metal Jet會采取與Multi Jet Fusion類似的3D打印工廠合作模式進(jìn)行早期推廣?；萜胀嘎叮琀P Metal Jet打印設(shè)備的單臺成本不會超過39.9萬美元（約為275萬元人民幣）。

根據(jù)惠普3D打印路線圖，2018年將與上游供應(yīng)鏈合作伙伴一同試水，向部分公司推出HP Metal Jet打印工廠的服務(wù)；2019年起面向全球部分地區(qū)客戶交付工業(yè)級終端零件訂單；商用HP Metal Jet解決方案預(yù)計(jì)將自2020年起向早期用戶推出，于2021年全面上市。

GKN和Parmatech是惠普最早的兩個上游供應(yīng)鏈合作伙伴，其中，GKN是粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)材料和產(chǎn)品制造商，每年制造超過30億個零件，預(yù)計(jì)最早在明年為客戶打印數(shù)百萬個工業(yè)級HP Metal Jet零件；Parmatech已有40多年歷史，是全球金屬注塑成型領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，專注于為醫(yī)療和工業(yè)行業(yè)大批量生產(chǎn)高品質(zhì)、低成本的金屬零件。

具體來說，它們會在工廠部署HP Metal Jet設(shè)備，客戶通過Metal Jet生產(chǎn)服務(wù)應(yīng)用平臺上傳3D設(shè)計(jì)文件并進(jìn)行預(yù)定，接下來就可以生產(chǎn)終端零件。目前，汽車公司大眾、德國威樂泵業(yè)以及醫(yī)療領(lǐng)域的Primo Medical Group和OKAY Industries等公司，已下單采購該項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)的金屬零部件。Parmatech主席Rob Hall在接受《21CBR》等媒體采訪時(shí)表示，已部署3臺HP Metal Jet，如果順利2019年將增加至5臺。

汽車行業(yè)在3D打印的應(yīng)用上一直超前，在IMTS上，大眾展出了用HP Metal Jet制造的鑰匙和汽車變速桿。大眾使用增材制造技術(shù)多年，最開始進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和測試，現(xiàn)在已用于生產(chǎn)一些功能性和結(jié)構(gòu)性的零件，并將其用于實(shí)際生產(chǎn)和裝配流水線中。

大眾汽車技術(shù)規(guī)劃與發(fā)展主管Martin Goede博士在接受《21CBR》等媒體采訪時(shí)表示：“一輛汽車包含6000到8000個不同的零件。HP Metal Jet等增材技術(shù)的一大優(yōu)勢在于，我們無需先構(gòu)建制造模具便可生產(chǎn)符合客戶要求的大量零件。通過縮短零件的生產(chǎn)周期，可快速實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的批量生產(chǎn)。此外，整個物流供應(yīng)鏈也會重塑，我們考慮替代一些傳統(tǒng)步驟生產(chǎn)的產(chǎn)品，比如用輕量金屬或塑料來代替鑄造零件?！?/p>

Martin解釋道，大眾每天可以生產(chǎn)近4萬輛車，不可能在短期內(nèi)將HP Metal Jet引入到所有生產(chǎn)線，但會制定出一個計(jì)劃表，比如從可定制化的、小型零件開始，建立成功案例后再從經(jīng)濟(jì)的角度去推廣。