惠普的金属打印

邱月烨

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，開始规模生产）”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。