独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 

2020-11-10 10:38 发布

208 0 0
编者按:本文来自微信公众号“靖哥3D打印”(ID:gh_d599e1b42ab3)作者:靖哥,3D打印资源库经授权发布。

从粉末形态到实体结构终有一收缩形变,或在打印过程,或在后处理过程。
以下的分析以Desktop Metal为例,适用于粘结剂金属打印成形的其它公司。

Desktop Metal(以下简称DM)是一个很会讲故事的公司。故事打动了很多人,于是DM获得了约4.4亿美金的融资,和15亿美金的估值。
会讲故事很重要,但得兑现,否则就是事故了。

DM初期产品为Studio系列和Production系列。Studio系列产品基于FDM工艺,聚合物丝材中混合金属粉材,经过烧结得到具有一定致密度的金属样件。Studio系列并不被认为是DM的市场主打,而Production系列才是希望之寄托。

DM 之Production设备技术分析

DM 将Production工艺与激光粉床熔融成形(LPBF)工艺进行对比,并宣称速度是对手100倍;而且打印的过程中不需要支撑,可以层叠多层多件打印。这些都是真相,但不是所有的真相。
因为金属粘结成形与粉床熔融成形(PBF)并不直接具有可比性,PBF所用的材料及其应用场景与粉末粘结技术大多并不重合,它们不是竞争对手。

设备参数
成形空间:330mm x 330mm x 330mm
速度:最高8,200cm3/hr
打印成本:$1-3/cm3
材料:17-4PH等。
价格:~$400K
装机公司:Ford汽车等。

技术看点
1. 振动式撒粉。从图中可以看到,粉末从料斗被撒在成形面,滚轴推平粉末。DM为了降低原材料的成本,可以使用MIM(金属注射成形)的粉末,但引入了流动性差等问题。如果采用PBF普遍使用的技术(不包括Velo3D),则可能会出现由于摩擦及重力刮掉已经打印的层面。
独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 (1).gif
图1 Production系列铺粉的过程(来源:DM)
2. 喷头堵塞的实时监测。粘结剂喷印中喷头的堵塞会造成产品中的缺陷,而实时的检测可以有效的避免这一缺陷的增加。
独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 (2).jpg
图2  粘结剂喷印质量的实时监测(来源:DM)
3. 粘结剂的种类。粘结剂在不同的设备产商中都有自己对应的配方和供货商。DM所述其粘结剂的优势需要在应用中予以验证。

技术限制
DM的技术限制,打印过程中常见可能是喷头堵塞(实时监测可以缓解),其它主要问题则在烧结的工艺中。而烧结对DM的限制,同样适用粘结剂金属成形工艺,包括金属注射成形(MIM)和3D打印金属粘结剂成形中的所有种类。

1. 对于粘结剂污染敏感的材料难以加工(如钛合金)。
粘结剂中包含大量的的氢氧等元素,对于钛合金这类材料,氢氧的污染都会造成机械性能的急剧下降。在烧结的过程中,氧化等问题会导致样品的污染。目前尚未看到3D打印的设备提供商提供钛合金等粉末的成形。

2. 成形件尺寸限制——来自牛顿的诅咒。
金属粉末到实体的烧结过程收缩形变总会有的,尺寸越大,形变越大。如同粉末注射成型技术,金属粘结剂打印的粉末烧结过程中,也会发生收缩,而线性收缩比会在15%~20%之间。与底板接触的部分直接受到接触面摩擦,而表面部分则可以自由变形,因而产生了应力。零件越大,则由于自重引起的摩擦力,就会产生更大的变形,严重者则烧结失败。

独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 (3).jpg
图3 拖曳变形(来源:OPTIMIM)
当然,这些都是牛顿万有引力惹的祸。如果能够在零重力的环境,比如太空中进行后处理,那么多数问题将不复存在。
而实际上,我们看到Production的设备,超过100mm的样品基本为薄片,或者是钻头类的产品。复杂形态所展示出的产品尺寸较小:
独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 (4).jpg
图4. Production打印产品(来源:DM)

行业竞争

在行业竞争方面,DM的对手包括:ExOne,VoxelJet等有数十年从业经验的3D打印公司,以及MIM(金属注射成形)这一传统行业。
MIM,主要应用于批量化的加工简单的零件;DM在这方面积累显然并不比前者更丰富,而成本上当前并不具备可取代性。

2019年7月,DM的投资方Ford得到第一台DM Production设备。除了当时Ford对此设备应用的展望之后,并没有更多的新闻跟进。
2019年11月,ExOne就宣布发布X1 160 Pro,参数直接对比DM,而且速度、成形空间都超过了DM。

X1 160 Pro
速度:最高10,000cm3/hr >(8,200 DM的参数)
成形空间:800mmx 500mm x 400 mm
材料:  单成分金属:17-4PH, 304L, 316L , M2 工具钢;
            多组分金属:316SS渗铜;420 渗铜;钨渗铜。
靖哥同样去查看了ExOne的应用实例,也并没有看到直接打印出来的大型金属器件。
独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 (5).jpg
图5 X1 160 Pro设备(来源:Exone)

发展应对

在2020年初,DM宣布推出Shop和Fiber系列。Shop系列(车间系列)是Production系列的缩小版,而Fiber系列则是能够打印增强纤维的FDM设备。本篇不对这两种型号展开讨论。

Shop系列, 其CTO Jonah Myerberg在接受访问中讲到将于2020年第3、4季度发货:
价格分别为:$150,000  (350 x 220 x 50mm)
可以扩容到:$225,000  (350 x 220 x 200mm)

Fiber系列(纤维增强系列)包括低温和高温两种型号,能够使用碳纤维、玻璃纤维,可以打印的材料包括尼龙、PEEK和PEKK这几种高性能的聚合物材料。
收费模式为租赁模式:
低温型号:$3495/年,3年,材料:PA6;
高温型号:$5495/年,3年,材料:PEEK,PEKK。

【靖哥分析】

DM很可能自我感觉大号练废了,尽快整个小号看看能不能复盘。
DM的宣传是让工业级别的制造可以和粉末冶金一样的便宜,而且对应的客户主要是大客户;但是当前推出的Shop和Fiber系列的举动,在一定程度上说明其对于大客户的服务并未得到行业的认可;在现金流压力的驱动下,转而向车间级别的用户招手。(Shop在此处对应的应该Machine shop和Job shop,指代加工车间)。

DM的现状

行业竞争

DM在其各个产品线上都有着不弱的竞争对手,有一些方向不止一个。
1. 在Production工业级别设备方向,尚未有很积极的新闻释放出来;同期遭遇了ExOne的强势阻击,X1的160Pro在参数上已经向投资人宣布,DM所说的速度优势已不存在;
2. 在Fiber系列,Markforged已经在此领域耕耘多年,其在行业中出名也是以连续纤维打印而出名;
3. 在Studio系列,这并不是DM的首创,其销量更是难以支撑15亿美金的估值;
4. 在Shop系列,它只是Production的缩小版;更何况ExOne在小型机方面早已布局了多年。

投资盈利估算
投资人已经投入了巨资进入,他们的回报预期如何。
Production系列的价格大概$400K,不同的渠道价格说法有一定的差异。
如果按照DM估值$15亿美金来算,那么投资人想得到期望的回报,那么DM需要在2024年全年销售大约300台的Production系列,或者800台的Shop系列,这对于当前DM的销售团队而言,无疑是一个巨大的压力。
如此看来,DM的情况想必会让其董事们寝食难安;而其下一轮的融资难度增加不少。

DM的改进方向

但DM依然可以发挥其技术开发的优势。既然已经有Ford购买了设备,也是其投资人,DM很清楚行业中对大型金属件打印的需求。虽然粉末冶金/粘结剂打印这种工艺的后期烧结收缩为行业的瓶颈,但是依然有路可以去探索:

靖哥试着给DesktopMetal开出一剂药方,用于不同的时期:

1. 尚未解决大尺寸零件的烧结形变问题阶段
在粉末冶金工艺中需要后期拼装,耗费大量人工时间的组装件中寻找机遇。以一件取代几件甚至几十件的工艺优势来实现自己的盈利点。件取代几件甚至几十件的工艺优势来实现自己的盈利点。在这一过程中需要对于烧结过程的形变进行大量的模拟、实验,以确保形变在容错范围之内,且该组装件必须具有很大的需求量。该领域应该在汽车领域。另一方面继续开拓小尺寸零件柔性制造的市场。特别是在当前国际环境下,小批量的生产订单快速的增加;而3D打印无模具的生产模式,正是满足这一需求的绝佳方案。

2. 撒粉技术授权至粉床熔融成形领域
DM的撒粉方式,对于底层粉末的冲击较小,对于球形粉末有可能实现更准确地控制。经过优化,该工艺可以考虑授权给激光粉床熔融成形的设备生产商。毕竟Velo3D融资中很大的一个亮点就是以其独特的送粉方式,降低了对粉床中精细结构扰动;缺点是速度太慢了。DM的这项撒粉技术也是自上而下的方式,并且速度具有明显的优势。

3.加大研发力度,实现其工艺中为生产而设计的能力。
在此阶段,DM已经克服了烧结中的形变问题,能够实现大型的样品的烧结处理。在这个阶段,DM打开了所罗门宝藏之门。至此,DM不用担心生存会有任何的问题了;而汽车等大型制造领域的订单将会向雪花一般飘来。然而,这一工艺的解决非常的困难,不过DM应该在进行吧。

小结

DM的创始团队、导师团队确实很强,用全明星阵容亦不为过。Ely Sachs 教授,DM的共同CTO,就是发明了粘结剂喷印的第一人,而3D打印之名(3D打印在业内是增材制造)也从此而来;而其他的创始人很多也有成功创业的经历。
希望DM能够克服其发展所遇到的困难。毕竟DM讲的这个故事确实很吸引人:和粉末冶金一样便宜。我们希望看到DM不仅突破了粉末冶金在形状复杂度的限制,更会进一步的突破大型尺寸烧结的限制。如果给它加一个限定,靖哥希望在地球上就可以实现。

【讨论】

今天,中国需要芯片,世界需要疫苗,有很多认真做事的人和企业在解决问题,同时在地球的很多地方成立了大量“故事协会”。
这个世界会讲故事的人很多,我们也看到很多故事变成事故。我们的读者都看到过多达十几亿、几十亿美金的大型翻车现场:
硅谷女版乔布斯Elizabeth Holmes的一滴血检测公司Theranos,融资14亿美金,估值90亿美金,而后发现精心编制的谎言。故事无法再续,公司资产几被清零;
Magic Leap用一个合成的影片,实现了迄今约30亿美金的融资。今年4月份刚裁员1000人,同时裁掉了消费者板块的业务。当然伴随着5月份就又获得了3.5亿美金的融资,因而宣布故事将继续。
独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 (1).jpg
图6 Magic Leap的合成图片与折角兽

历史依然在当代演绎着。DM会折角吗?时间将会回答这一切。

本文经授权发布,不代表3D打印资源库立场。如若转载请联系原作者。
声明:3D打印资源库(3dzyk)内网友所发表的所有内容及言论仅代表其本人,无论文章是转载还是原创都不代表3D打印资源库(3dzyk)观点和立场;如有内容和图片的著作权异议,请联系本站作侵删。
  • 独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路

    独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路
  • 3D打印的远大“钱”程在哪里——个性&复杂性征的市场匹配

    3D打印的远大“钱”程在哪里——个性&复杂性征的市场匹配
  • 传统&增材之混合制造|靖哥3D打印

    传统&增材之混合制造|靖哥3D打印
  • 机器学习方法在3D打印中应用浅析

    机器学习方法在3D打印中应用浅析
  • 中国需要有自己的打印机喷头—从3D打印工艺谈起

    中国需要有自己的打印机喷头—从3D打印工艺谈起
  • 骨科植入体的3D打印趋势化—优质产品的高质需求

    骨科植入体的3D打印趋势化—优质产品的高质需求
B Color Smilies
独角兽之窘境——论Desktop Metal的挑战与出路 
快速回复 返回顶部 返回列表