金属3D打印与CNC工法非竞争而是互补

3D 打印领域中，被评估市场成长性最高的就是金属 3D 打印技术，在此领域能跟 GE、HP 巨头们匹敌的一家初创公司，是与麻省理工学院有着深厚渊源的桌面金属（Desktop Metal）。

这家公司成立 2015 年，7 位联合创始人中包括4 名赫赫有名的麻省理工学院教授：材料科学系系主任 Christopher Schuh 和教授 EmanuelSachs 都是该领域中的领军人物，还包括麻省理工学院材料科学系科学家蒋业明教授（Yet-Ming Chiang）和机械工程学院副教授A. John Hart。

图 | 桌面金属 7 名联合创始人，其中4位是麻省理工学院教授（前排左起：CEO Ric Fulop, A. John Hart, Jonah Myerberg; 后排左起：Yet Ming-Chiang,Chris Schuh, Ely Sachs, Rick Chin）

近日，桌面金属联合创始人兼 CTO Jonah Myerberg 在接受 DT 君专访时指出，过去几年金属 3D 打印市场呈现指数性成长，在 Production System 产品第 1 季开始出货的推动下，2019 年业绩将持续上升，“相信公司很快就会获利，”他说。

Jonah Myerberg 甫结束在北京召开的 EmTech China 2019 全球新兴科技峰会的演讲行程后，桌面金属随即宣布了一项重要消息，刚刚完成了由大型私人企业科氏工业公司旗下的创投机构 Koch Disruptive Technologies 领投、金额 1.6 亿美元的 E 轮融资，将用以推动金属 3D 打印技术的持续发展、丰富产品路线图、扩大运营规模，以满足不断增长的订单需求。先前的投资方包括福特、宝马、Alphabet 旗下的风投基金 GV，以及工业巨头通用电器（GE）的 GE Ventures 等。

图 | 桌面金属（Desktop Metal）联合创始人兼 CTO Jonah Myerberg（图片来源：DeepTech）

有了这笔新融资让桌面金属的累计募资金额达到 4.38 亿美元，成为 3D 打印领域有史以来募资金额最高的公司，其估值也达到了 15 亿美元，根据美国时间 1 月 23 日收盘价计算，比 3D 打印上市公司 Stratasys 的市值 11 亿美元（Stratasys 技术及专利以塑料成形为主），3D Systems 市值约 12 亿美元（技术和专利以塑料成形占大宗，在金属粉末制造成形也有相关专利），都要来得高。

值得一提的是，金属 3D 打印技术曾入选《麻省理工科技评论》2018 年“全球十大突破性技术”（10 Breakthrough Technologies）。《麻省理工科技评论》关注到这一技术的原因，正是新型设备让 3D 打印金属零部件成为实用型技术，3D 金属打印机实现了低成本快速金属物体打印，“按需打印大型复杂金属物体的能力将为制造业带来变革”。Markforged、Desktop Metal、GE等是这一技术领域最值得关注的几家公司。

金属 3D 打印与 CNC 工法非竞争而是互补

3D 打印技术强调“加法”的增材制造思维，比传统的减法制造模式有着更快速、成本较低、不浪费资源的优点，随着技术发展超过 20 个年头，使用者从过去的 Maker、爱好者走进了工厂、办公室，应用的场景从打样、原型（Prototyping）设计已经可以实现量产，有一个很重要的风向是打印的材料从塑料，转为更看重具有高商业潜力的金属。

提到金属制造、金属零部件制造领域，传统的工法有许多，包括冲压（Stamping）、锻造（Casting）、金属射出成形（Metal Injection Molding）等，业者采购 CNC 机台设备来进行加工，但 CNC 机台价格昂贵，而且全球可提供高规 CNC 机台的厂商家数并不多。另外，制作的品质其实相当倚赖老师傅的专业及经验值，因此，当金属 3D 打印逐渐成熟，有些人认为有可能取代传统的 CNC 制造工法。

不过，尽管是投身 3D 打印技术的 Jonah Myerberg 并不认同上述看法，他认为，目前在 CNC 领域很多人都有这种紧张的情绪，认为未来金属 3D 打印会代替 CNC，成为业界的主流。实际上，恰恰相反，CNC 等传统金属制造和金属 3D 打印是一种互补合作的关系，CNC 用的是大块金属的切削，为减法制程，金属 3D 打印采用金属粉末，是做加法，两者并用，才能提高未来金属制造业的灵活度。

“我们正处于数字世界和实体世界的交汇点，像是工业 4.0、先进制造，有很多的数字档案，金属 3D 打印可以生产很复杂的零件，再由 CNC 进一步处理完成，让产品达到非常高精度”。

图｜金属 3D 打印除了工厂也走进办公室（图片来源：Desktop Metal 提供）

金属 3D 打印技术繁多，哪种才是主流？

金属 3D 打印领域有很多不同的技术，较常听闻的是金属粉末床熔合（PBF，Powder Bed Fusion）、黏着剂喷射成型（Binder Jetting），其他还有雷射金属沉积（LMD，Laser Metal Deposition）等。

Jonah Myerberg 指出，过去 20 年，金属 3D 打印主流技术为 PBF，铺一层金属粉末，再利用激光烧熔该层图案，铺一层再烧一层，一层一层烧融堆叠成型，过去 PBF 主要是一些大公司和行业在使用，比如航天、大型重机、医疗行业，打印出高质量的金属部件。

“但是，目前来看，行业的技术主流正在发生改变，越来越多人使用 Binder Jetting 及结合金属沉积（BMD，Bound Metal Deposition）技术，有三大原因：这两种技术是业界目前为止速度最快，不使用激光，所以危险系数最小，成本也低的技术，”他强调。

过去金属 3D 打印主要使用激光技术，最开始是单束激光，把图案分层在每一层上，单一激光就会一行一行进行打印。随着技术的发展，激光数量变成双束激光交叉打印，后来有了 4 束、8 束激光，通过多束激光的交叉互补，共同打印这一层的样式或图案，一层打完之后，再打下一层。

但是，现在的 Binder Jetting 不用激光，采用的是喷头，Binder Jetting 设备上有一个喷头，喷头上有喷嘴，就像家用的喷墨打印机一样，而桌面金属基于 Binder Jetting 加以优化开发出一个名为单通道喷射（SPJ，Single Pass Jetting）的技术，在单通道上有多个喷头，每个喷头上又搭建了数千个喷嘴，每一秒会留下数十亿级的金属粉，进而打印出图案，“激光相对来说是以分钟为单位，但 SPJ 则以秒为单位，这就是为什么可以达到更快速的原因”。

BMD 则是通过挤出粉末填充的热塑性介质来构造金属部件，利用蜡和聚合物粘合剂把金属粉末制成金属棒，把金属棒加热，并挤到制作板上，逐层成形。当打印完成后，通过去毛刺工艺除去粘合剂，然后烧结。

他认为，Binder Jetting 和 BMD 正为金属 3D 打印打开更广泛的场景应用，现在不限于付得起大钱的公司才能使用，小的开发公司也负担得起金属 3D 打印的设备。目前桌面金属有两大产品线：Studio System 和 Production System，前者的核心技术为 BMD，适用于办公室、设计桌上的金属 3D 打印系统；后者则是采用 SPJ 技术，锁定高分辨率的金属零部件批量生产。

图｜金属 3D 打印（图片来源：Desktop Metal 提供）

新机会正到来：汽车、消费电子行业

正因为金属 3D 打印不再只是限于航太、医疗，很多新场景现在都可以使用，推升市场需求大幅提高，桌面金属正锁定几个新市场，首先是汽车，“过去汽车行业一直在等待金屬 3D 打印价格下降，且能够量产的一个契机，现在金属 3D 打印行业基本上已经实现了这样的结果。”

另一个行业则是消费电子行业，产品里头其实使用了大量的金属零部件，比如现在高规或高精密的产品电子消费产品会使用一体成型的不锈钢、铝合金等机构件，以往都是使用 CNC 工法，但是成本也非常高，举例来说，苹果就是一家热衷使用 CNC 金属技术的公司，从 Macbook、iPad 的铝合金机壳，到 iPhone 的不锈钢边框，甚至是看不到的轴承等零部件，都是靠 CNC 机台切削金属块、打磨出来的。

图 | 桌面金属打印的螺母和螺栓。这两个零件展示了该公司的 3D 打印技术可以制造具有严格公差要求的零件（领域：桌面金属）

Jonah Myerberg 表示，现在金属 3D 打印价格较低，已经可以大规模量产不锈钢物件，而且对于相当硬的金属材质，使用 CNC 机台切削有时往往伤害到刀具，导致刀具断裂等，金属 3D 打印则没有这种问题。

这其实就是金属 3D 打印的一大优势，它不仅能打印零件，还可以打印制造零件的设备或模具，如 CNC 切削式的金属制造方式，选择金属时往往得较小心，坚硬的金属会对本身的机械造成很大的损伤，那么，对企业来说，内部机械的修补或维修就会造成成本损失。金属 3D 打印使用金属粉末，就不需要考虑这种问题，无论是多硬还有多软的金属都可以做，也可以制作比零部件还要坚硬的金属模具。

既然金属 3D 打印的优点不少，为什么目前仍是相对少数，除了技术本身还在不断进化之外，例如需要速度更快的工法，另一个原因就是金属粉末的价格还是很高，面对这个问题，Jonah Myerberg 倒是乐观看待，“成本高来自于量小，过去没有太多应用的场景，所以价格高。随着未来应用场景越来越多，需求量增加，金属粉的制造也会越来越多，价格自然会降下去。”

目前每一年金属制造业的全球产值高达数万亿（multi-trillion）美元，金属部件也是一个万亿美元级别的市场，在不少国家里金属部件的生产占国内生产总值（GDP）很大的份额。他也预估，金属 3D 打印将占整个金属制造业超过两位数的份额。

桌面金属在 3D 打印领域已具备高知名度，外界对其卖出了多少台设备总是感到很好奇，面对 DT 君提问是否可以分享销量或目标，Jonah Myerberg 以“无法透露”婉拒了回答，但他表示，在 2018 年他们的销售数据非常好，2019 年看到很大成长性，不少客户等着设备交付，“前景非常明朗，相信公司很快就能获利”。

在金属 3D 打印领域除了不少的初创公司，还有一些行业巨头也对此技术兴致勃勃，像是 HP 在去年推出了金属 3D 打印机 HP Metal Jet，采用 Binder Jetting 技术，另外，投资桌面金属的 GE 也利用金属 3D 打印来生产航空零部件。

Jonah Myerberg 认为，行业的竞争不会是个问题，因为市场的前景非常大，“完全可以融下我们三家公司”，GE 在金属 3D 打印方面使用 Binder Jetting 的技术，桌面金属也使用相关技术，但是，随着对市场的调研和技术研发，桌面金属开发出 SPJ 技术，提供更快速、价格更低的优势，而且制造出来的成品分辨率更高，“因此事实上 GE 和 HP 内部也在与桌面金属合作 SPJ 技术”。

“未来会有更多的巨头出现，也会有其他更快、更好的新技术问世，不仅是 PBF、Binder Jetting 或 BDM，但是，金属 3D 打印需求是指数性上升，用户的需求将大于供给量，”他说。

回顾 3D 打印的发展，以前塑料 3D 打印都是由工厂里的大型机械完成的，“在过去 20 年，最成功的一件事情就是将塑料材料的 3D 打印带到了办公室”，塑料 3D 打印机变小，走进商店里就可买到，用户拿回家或办公室进行设计，接着 3D 打印出来。

而桌面金属的愿景就是“希望金属 3D 打印也和塑料打印一样，走进工程师、设计师的家里和办公桌上，让他们即设计即生产，通过我们金属 3D 打印工具所打印出来的金属部件，不仅仅看上去、摸上去像，功能上也跟真正的金属部件一样，”他说。