惠普的金属打印

来源:二十一世纪商业评论
2018-10-08

HP Metal Jet工厂HP Metal Jet工厂

3个月前,在中国的一场发布会上,媒体追问惠普公司3D打印全球总裁Stephen Nigro关于金属3D打印的最新动作,Stephen神秘笑笑说:“这是一个很大的秘密,很快你们就知道了。”

9月11日,在美国老牌工业城市芝加哥,Stephen在2018年国际制造技术展(IMTS)上发布了专为大批量生产工业级金属零件而研发的3D打印技术——HP Metal Jet(惠普金属打印机)。

几乎是4年前的同一时间,惠普发布了Multi Jet Fusion(多射流熔融)技术,2016年正式推出产品,可用于生产工业级塑料3D打印零部件,已为包括宝马集团、耐克、捷普、强生等全球领先企业的业务运营提供技术支持。

在3D打印领域,惠普是一个踩在巨人肩膀上的“新人”。打印技术一直是惠普擅长的领域,惠普打算把这一优势从2D延续到3D。

“在过去30年里,我们一直遵循着惠普的‘喷墨摩尔定律’,也一直在化学技术上持续积累和钻研。因此,我们才能有今天的3D打印技术,并真正将其运用到大规模的批量化生产之中,产生切实的经济效益。”Stephen说道。

打印黑科技

从原型设计升级到规模生产的主题贯穿着当下的3D打印产业,在IMTS上,有3D打印公司甚至打出了“Stop Prototyping, Star Producing(停止原型设计,开始规模生产)”的口号。

2018年6月,惠普在广东省佛山市部署了中国第一个工业级3D打印定制中心,也是亚太及日本地区规模最大的。这是一个由10台Multi Jet Fusion 3D打印系统组成的3D打印工厂,旨在满足各个行业对原型生产以及零部件批量生产日益增长的需求。目前,惠普已经在全球建立了25个这样的3D打印工厂。

惠普的目标是通过3D打印加速第四次工业革命的到来。无疑,在全球12万亿美元规模的制造业中,金属3D打印将会打开一个更大的市场,每年仅汽车、工业和医疗行业就能生产数十亿个金属零件。

此前惠普称,相比其他3D打印系统,Multi Jet Fusion能够以高达10倍的速度且只有一半的成本来打印高品质的塑料零部件。在接受《21CBR》记者采访时,Stephen同样对HP Metal Jet有着绝对自信。当HP Metal Jet达到了以下三个标准,惠普才决定推出:第一,惠普的方法或技术能为市场带来颠覆性的改变;第二,降低3D打印金属零件的生产成本,带来新的经济效益;第三,采用金属作为结构元素进行生产,零件的质量必须过硬。

惠普拿出的数据是,相比于同类产品中具有竞争力的粘合剂喷射成型(Binder Jetting)和选择性激光熔融(Selective Laser Melting)金属3D打印解决方案,HP Metal Jet可将工作效率提升高达50倍。值得一提的是,惠普使用的是行业标准的金属粉末,与传统的金属粉末注射成型技术(Metal Injection Molding)相同,相对其他金属3D打印使用的粉末,成本低很多。

“涂粉末和乳胶粘合剂在整个生产过程中起着决定性作用。在HP Metal Jet中,零件之间能够以很轻的重量(不到1%)结合在一起。” Stephen进一步解释道,这对机器人制造等行业至关重要。

在采访的过程中,Stephen拿出汽车行业中常用的一个零件“指形从动滚轮”,“如果你使用传统的金属粉末注射成型技术,单个零件的成本是1.6-2.1美元,但这是基于10万个的成本。如果你使用选择性激光熔融技术(Selective Laser Melting,一种金属3D打印技术),成本将是40美元至50美元;而HP Metal Jet技术,成本是1.9-2.3美元。”

HP Metal Jet看似与传统的金属粉末注射成型技术相差不大,甚至还高出一点,但工业生产讲究的是规模效应,HP Metal Jet的优势在于此,盈亏平衡点的产量更加灵活。“盈亏平衡点(相同成本可打印的零部件数量)在很大程度上取决于零件大小,目前大致上是5万到10万件。”Stehpen告诉《21CBR》记者。

HP Metal Jet同样会遵循“喷墨摩尔定律”——从1984年惠普第一台喷墨式打印机诞生以来,喷墨打印机的打印速度每18个月就会翻一倍。因此,HP Metal Jet的盈亏平衡点也会飞速提升。

在众多金属材料中,HP Metal Jet将首先应用于生产不锈钢零部件。“首先,市场上目前有许多不同的金属,但不锈钢和铁基本占据了世界各地制造业的主导地位。其次,我们深入观察了不同的垂直行业,尤其是工业尖端设备,比如医疗设备、泵、发电机、汽车等,对3D打印非常感兴趣。”Stephen解释道。

3D打印工厂

在商业化路径上,HP Metal Jet会采取与Multi Jet Fusion类似的3D打印工厂合作模式进行早期推广。惠普透露,HP Metal Jet打印设备的单台成本不会超过39.9万美元(约为275万元人民币)。

根据惠普3D打印路线图,2018年将与上游供应链合作伙伴一同试水,向部分公司推出HP Metal Jet打印工厂的服务;2019年起面向全球部分地区客户交付工业级终端零件订单;商用HP Metal Jet解决方案预计将自2020年起向早期用户推出,于2021年全面上市。

GKN和Parmatech是惠普最早的两个上游供应链合作伙伴,其中,GKN是粉末冶金技术生产材料和产品制造商,每年制造超过30亿个零件,预计最早在明年为客户打印数百万个工业级HP Metal Jet零件;Parmatech已有40多年历史,是全球金属注塑成型领域的行业领导者,专注于为医疗和工业行业大批量生产高品质、低成本的金属零件。

具体来说,它们会在工厂部署HP Metal Jet设备,客户通过Metal Jet生产服务应用平台上传3D设计文件并进行预定,接下来就可以生产终端零件。目前,汽车公司大众、德国威乐泵业以及医疗领域的Primo Medical Group和OKAY Industries等公司,已下单采购该项技术生产的金属零部件。Parmatech主席Rob Hall在接受《21CBR》等媒体采访时表示,已部署3台HP Metal Jet,如果顺利2019年将增加至5台。

汽车行业在3D打印的应用上一直超前,在IMTS上,大众展出了用HP Metal Jet制造的钥匙和汽车变速杆。大众使用增材制造技术多年,最开始进行原型设计和测试,现在已用于生产一些功能性和结构性的零件,并将其用于实际生产和装配流水线中。

大众汽车技术规划与发展主管Martin Goede博士在接受《21CBR》等媒体采访时表示:“一辆汽车包含6000到8000个不同的零件。HP Metal Jet等增材技术的一大优势在于,我们无需先构建制造模具便可生产符合客户要求的大量零件。通过缩短零件的生产周期,可快速实现更大规模的批量生产。此外,整个物流供应链也会重塑,我们考虑替代一些传统步骤生产的产品,比如用轻量金属或塑料来代替铸造零件。”

Martin解释道,大众每天可以生产近4万辆车,不可能在短期内将HP Metal Jet引入到所有生产线,但会制定出一个计划表,比如从可定制化的、小型零件开始,建立成功案例后再从经济的角度去推广。

题图来源:受访者提供

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