惠普的金屬打印

邱月燁

3個月前，在中國的一場發布會上，媒體追問惠普公司3D打印全球總裁Stephen Nigro關于金屬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。”

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

幾乎是4年前的同一時間，惠普發布了Multi Jet Fusion（多射流熔融）技術，2016年正式推出產品，可用于生產工業級塑料3D打印零部件，已為包括寶馬集團、耐克、捷普、強生等全球領先企業的業務運營提供技術支持。

在3D打印領域，惠普是一個踩在巨人肩膀上的“新人”。打印技術一直是惠普擅長的領域，惠普打算把這一優勢從2D延續到3D。

“在過去30年里，我們一直遵循著惠普的‘噴墨摩爾定律，也一直在化學技術上持續積累和鉆研。因此，我們才能有今天的3D打印技術，并真正將其運用到大規模的批量化生產之中，產生切實的經濟效益。”Stephen說道。

打印黑科技

從原型設計升級到規模生產的主題貫穿著當下的3D打印產業，在IMTS上，有3D打印公司甚至打出了“Stop Prototyping， Star Producing（停止原型設計，開始規模生產）”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級3D打印定制中心，也是亞太及日本地區規模最大的。這是一個由10臺Multi Jet Fusion 3D打印系統組成的3D打印工廠，旨在滿足各個行業對原型生產以及零部件批量生產日益增長的需求。目前，惠普已經在全球建立了25個這樣的3D打印工廠。

惠普的目標是通過3D打印加速第四次工業革命的到來。無疑，在全球12萬億美元規模的制造業中，金屬3D打印將會打開一個更大的市場，每年僅汽車、工業和醫療行業就能生產數十億個金屬零件。

此前惠普稱，相比其他3D打印系統，Multi Jet Fusion能夠以高達10倍的速度且只有一半的成本來打印高品質的塑料零部件。在接受《21CBR》記者采訪時，Stephen同樣對HP Metal Jet有著絕對自信。當HP Metal Jet達到了以下三個標準，惠普才決定推出：第一，惠普的方法或技術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成本，帶來新的經濟效益；第三，采用金屬作為結構元素進行生產，零件的質量必須過硬。

惠普拿出的數據是，相比于同類產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50倍。值得一提的是，惠普使用的是行業標準的金屬粉末，與傳統的金屬粉末注射成型技術（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%）結合在一起。” Stephen進一步解釋道，這對機器人制造等行業至關重要。

在采訪的過程中，Stephen拿出汽車行業中常用的一個零件“指形從動滾輪”，“如果你使用傳統的金屬粉末注射成型技術，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（Selective Laser Melting，一種金屬3D打印技術），成本將是40美元至50美元；而HP Metal Jet技術，成本是1.9-2.3美元。”

HP Metal Jet看似與傳統的金屬粉末注射成型技術相差不大，甚至還高出一點，但工業生產講究的是規模效應，HP Metal Jet的優勢在于此，盈虧平衡點的產量更加靈活。“盈虧平衡點（相同成本可打印的零部件數量）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。”Stehpen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誕生以來，噴墨打印機的打印速度每18個月就會翻一倍。因此，HP Metal Jet的盈虧平衡點也會飛速提升。

在眾多金屬材料中，HP Metal Jet將首先應用于生產不銹鋼零部件。“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了世界各地制造業的主導地位。其次，我們深入觀察了不同的垂直行業，尤其是工業尖端設備，比如醫療設備、泵、發電機、汽車等，對3D打印非常感興趣。”Stephen解釋道。

3D打印工廠

在商業化路徑上，HP Metal Jet會采取與Multi Jet Fusion類似的3D打印工廠合作模式進行早期推廣。惠普透露，HP Metal Jet打印設備的單臺成本不會超過39.9萬美元（約為275萬元人民幣）。

根據惠普3D打印路線圖，2018年將與上游供應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；2019年起面向全球部分地區客戶交付工業級終端零件訂單；商用HP Metal Jet解決方案預計將自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鏈合作伙伴，其中，GKN是粉末冶金技術生產材料和產品制造商，每年制造超過30億個零件，預計最早在明年為客戶打印數百萬個工業級HP Metal Jet零件；Parmatech已有40多年歷史，是全球金屬注塑成型領域的行業領導者，專注于為醫療和工業行業大批量生產高品質、低成本的金屬零件。

具體來說，它們會在工廠部署HP Metal Jet設備，客戶通過Metal Jet生產服務應用平臺上傳3D設計文件并進行預定，接下來就可以生產終端零件。目前，汽車公司大眾、德國威樂泵業以及醫療領域的Primo Medical Group和OKAY Industries等公司，已下單采購該項技術生產的金屬零部件。Parmatech主席Rob Hall在接受《21CBR》等媒體采訪時表示，已部署3臺HP Metal Jet，如果順利2019年將增加至5臺。

汽車行業在3D打印的應用上一直超前，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多年，最開始進行原型設計和測試，現在已用于生產一些功能性和結構性的零件，并將其用于實際生產和裝配流水線中。

大眾汽車技術規劃與發展主管Martin Goede博士在接受《21CBR》等媒體采訪時表示：“一輛汽車包含6000到8000個不同的零件。HP Metal Jet等增材技術的一大優勢在于，我們無需先構建制造模具便可生產符合客戶要求的大量零件。通過縮短零件的生產周期，可快速實現更大規模的批量生產。此外，整個物流供應鏈也會重塑，我們考慮替代一些傳統步驟生產的產品，比如用輕量金屬或塑料來代替鑄造零件。”

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