洞悉Desktop Metal的增材制造2.0战略中打造的设备、材料、应用的飞轮组合

除了收购带来的战略布局能力提升，粘结剂喷射方面，Desktop Metal的生产系统 P-50取得了重大进展。尽管疫情带来的供应链环境不寻常，但Desktop Metal现在可以开始在个位数的周内发货 P-50 打印机，通过产能的布局，Desktop Metal的产量增加了两倍，并且有能力在2022年加快Desktop Metal的交付设备的速度。

材料将释放3D打印产业化空间，根据3D科学谷的了解，Desktop Metal的生产系统材料库除IN625外，还包括17-4PH不锈钢、316L不锈钢、4140低合金钢，均已通过Desktop Metal认证。该平台还支持多种客户合格材料，包括银和金，此外，Desktop Metal 还在其材料组合中添加更多金属，包括工具钢、不锈钢、高温合金、铜等。

▲ 粘结剂喷射材料

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l 软件

这其中，Desktop Metal有效发展了软件在3D打印工艺控制方面的作用：粘结剂喷射金属3D打印的一大痛点是收缩控制，Desktop Metal的Live Sinter™ 仿真软件通过最大程度地减少对试验和错误的依赖，通过仿真技术来改变游戏规则。据称，有了该软件的加持，用户无需成为粉末冶金专家，也能够制造准确的零件。

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根据3D科学谷的了解，烧结仿真是一个复杂的多物理场问题，涉及建模零件和材料如何响应多种因素，包括重力、收缩率、密度变化、弹性弯曲、塑性变形、摩擦阻力等。此外，在烧结过程中发生的热力学和机械转变是在强烈的热量下发生的，因此，如果不中止烧结过程或观察高温拍摄图像的变形，就很难观察到它们。但这类方式在新产品研发应用中或许能够被接受，但由于严重延迟了生产时间，这类方式在批量生产应用中则难以被接受。

Desktop Metal的Live Sinter™ 软件旨在应对烧结中的挑战，为增材制造工程师提供快速且可预测的烧结结果。根据Desktop Metal的数据，仿真结果可在五分钟内完成，而负偏移几何形状则可在二十分钟内完成。

据Desktop Metal，Live Sinter™ 能够对烧结进行高速仿真预测，与GPU和简化的校准有关。

Live Sinter™ 在GPU加速的多物理引擎上运行，能够对数十万个连接的粒子质量与刚体之间的碰撞和相互作用进行建模。多物理引擎的动态仿真使用集成的无网格有限元分析（FEA）进行了改进，该分析可计算零件几何形状之间的应力、应变和位移，不仅用于预测收缩和变形，还可以预测风险和故障。在开始进行基于烧结的零件增材制造之前，就验证其可行性。

借助这种在速度和精度之间取得平衡的双引擎方法，与使用复杂网格并需要复杂设置和工时才能完成的通用仿真工具相比，据Desktop Metal，Live Sinter™ 可以在五分钟内模拟一个典型的烧结炉周期，并生成负的偏移几何形状，在二十分钟内补偿收缩和变形。此外，该软件可以与新材料和烧结硬件、工艺参数进行校准兼容。

Live Sinter™ 不仅可以纠正烧结过程中通常会遇到的收缩和变形，而且还为将减少粘结剂喷射金属3D打印技术制造复杂几何结构的挑战，通过改善烧结零件的形状和尺寸公差，提高复杂几何形状零件的首次成功率，并复杂几何形状零件的首次成功率。

Live Sinter™ 可以针对多种合金进行校准。它可以预测零件在烧结过程中会发生的收缩和变形，并自动补偿这种变化，从而创建“负偏移”几何形状，打印完成后将烧结到原始预期设计的规格。软件可以在特定方向上以精确的数量主动对零件的几何形状进行预变形，从而使其在烧结时能够达到预期的形状。

Desktop Metal 称，在许多情况下，该软件甚至可以支持在不使用支撑/定位器的情况下进行零件烧结。

l 齿科与生物打印

通过Desktop Metal收购光固化专家EnvisionTEC，Desktop Metal已进入光聚合物规模生产。

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通过收购拥有超过135项已发布和正在申请的基础专利（其中许多Desktop Metal认为对其他光固化企业起到竞争护城河作用的专利）和丰富的一流材料库。

Desktop Metal的新型 Flexcera™ 树脂已用于大批量生产生产具有行业代表性的假牙。Adaptive3D 为Desktop Metal的客户提供弹性体，通过Xtreme 8K打印机上打印的Adaptive3D光电弹性体将加快功能性弹性零件和产品的生产。

牙科是Desktop Metal业务中增长最快的部分之一，2021 年下半年，市场消费了超过 100,000 个 Flexcera义齿，Desktop Metal现在有超过 12,000 名牙医用户，Desktop Metal相信很大一部分用于修复和正畸矫治器将过渡到数字化，到本世纪末制造，从3D打印机制造完毕进入口腔将成为齿科行业的新常态。

l 木材打印

Desktop Metal的新Forrust 工艺通过3D打印木材打造更环保的未来，其材料来自两种木材废料流：锯末和木质素。根据3D科学谷的市场观察，Desktop Metal的核心竞争力-粘结剂材料与Forrust的木材3D打印工艺相关。

根据3D科学谷的市场观察，Desktop Metal的材料库从不到 20 种增加到 250 多种，跨越金属、复合材料、聚合物、陶瓷、生物相容性材料、沙子、木材和弹性体。

典型应用

l 液压

在应用方面，Desktop Metal收购的Aidro正在对高性能液压元件进行 3D 打印例如液压阀门和液压歧管，用于能源和航空航天工业领域，Aidro 现在拥有符合飞行资格的3D打印液压零件。

拿液压阀芯举例，借助3D打印技术，每个液压阀芯都可以作为单个零件而不是多个组件进行整合和打印，由于无需用户输入即可一次打印数千个，从而显着降低了装配劳动力成本。

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根据3D科学谷的市场研究，这使得3D打印技术直接有潜力替代铸造与CNC机加工的组合，根据3D科学谷的了解，当使用传统铸造+CNC机加工制造方法生产时，液压阀芯通常必须由多个机加工部件组装而成。由于需要多个零件组成，制造过程要研究零件加工的每一工序，以确保同轴度、圆跳动和圆柱度的要求，保证零件的合格率。

机加工阀芯的挑战还来自于刀具的选择，在加工难加工材老的时候，刀片的耐磨度要高，这样可以减少更换刀具的次数，否则刀具磨损后加工出的内孔尺寸不稳定，造成不合格的产品，带来进一步的浪费。

此外在上游的铸造过程也充满挑战，根据3D科学谷的了解，铸造阀芯的过程中存在铸造气孔、夹砂和杂质等缺陷挑战，造成阀芯外壁的裂纹和微孔，使得阀芯的生产率低、合格率低。同时砂型铸造精度低及泥芯偏置，导致铸造阀芯的壁厚严重不均匀及加工余量很大，后期CNC机加工的过程中材料消耗多。

当然通过粘结剂喷射制造阀芯如何与后期的机加工精加工进行配合，以达到阀芯与阀孔需要的表面质量？这是值得探讨的粘结剂喷射走向产业化之路面临的挑战之一。不过通过粘结剂喷射金属3D打印技术制造液压元件的基础已经奠定，Desktop Metal通过收购Aidro，正在将粘结剂喷射金属3D打印技术与液压零件制造技术进行跨界结合。

l 齿科与生物打印

Desktop Metal推出 Desktop Health正在加速 3D 打印牙科和生物制造的大规模应用。Desktop Health扩大了其牙科技术应用，不仅提供光固化3D打印，还为牙科实验室提供粘结剂喷射金属3D打印服务。粘结剂喷射Shop系统可应用于牙科的铬钴合金产品打印，可供牙科实验室定购，用于生产定制的牙桥、牙冠、部分假牙和模型。粘结剂喷射Shop系统打印的金属零件具有高产能，简化的后处理特点，据称，有可能使定制牙科应用的金属零件成本降低到与另外一种金属3D打印技术-LPBF激光3D打印系统所生产类似零件成本的三分之一左右。此外，Desktop Health的生物3D打印技术有可能使听力损失患者的听觉组织再生。

突破当前局限，迈向更高的速度，更好的过程控制，更适合的材料，全世界的3D打印玩家无不是向这个方向在发力。增材制造2.0战略与实践将在2022年对行业产生怎样的具体影响，3D科学谷将保持持续关注。