那么合并中有哪些风险？本期，3D科学谷的谷透视栏目的言商论道话题将洞悉极速合并下带来的文化与管理、品牌定位挑战，Stratasys与Desktop Metal合并的风险。

涵盖非金属与金属的从设计到大批量生产的解决方案组合
© Stratasys, Desktop Metal

根据《小米创业思考》，公司的核心业务和核心方向、核心目标一定是一元的，不存在二元甚至多元的可能。无论是创业极端的“单点切入”还是业务扩张，都是围绕一元核心展开飞轮的不同阶段而已。容易实现的增长未必是高质量的增长，可能是资源的不合理消耗；成交金额增加未必是公司体质增强了，也可能是虚胖。

 文化与管理挑战

根据3D科学谷，Stratasys与Desktop Metal均各自在短期内兼并了其他企业，Desktop Metal仅仅在2021年就一口气完成了多项收购，包括2021年4月16日完成了对EnvisionTec的收购，2021年5月7日对Adaptive3D的收购，2021年6月10日对 Beacon Bio的收购，2021年6月24日对Aerosint的收购，2021年7月30日对牙科诊所Dental Arts Labs的收购，2021年9月7日对意大利液压公司A.I.D.R.O的收购，2021年9月9日对Meta Additive的收购，2021年10月14日对Brewer Dental的收购，2021年10月29日对May Dental的收购，2021年11月12日，对Exone的收购。

含有不断收购的因素，在过去的几年中，Desktop Metal的收入激增，2022年报告的总收入为2.09亿美元，其中1630万美元是通过与Shapeways合作产生的，2021年收购的Exone和EnvisionTec在其收入增长中发挥了重要作用，近2020年Exone就创造了5930万美元的收入。不过Desktop Metal最大的挑战仍然是其现金流，尽管收入增长客观，但Desktop Metal的运营费用在2022年达到了近2.5亿美元。

Stratasys自身在过去的三年内收入稳步增长，2022年，该公司的收入达到6.515亿美元，比2021年的6.072亿美元同比增长7.3%,2021年的收入比2020年的5.208亿美元增长了16.6%。2022年Stratasys进行了重大收购，包括以4300万欧元收购COVESTRO 增材制造材料业务，以及收购软件公司RIVEN，此外还宣布了其子公司Makerbot与Ultimaker合并。

如何在文化上融合这些企业？在自身还未在企业文化上融合其他被兼并企业的情况下而合并，这是否对合并带来了更大的企业文化融合方面的挑战？

此前，Desktop Metal在收购过程中所提供的股票大多附加了4年工作期的限制，但目前已尽临近4年工作期的限制，此次合并是否进一步通过新的工作期限制以避免关键员工的大量流失？如果存在此约束条件，那么带有刚性特点的规避员工流失方式是否为未来在约束条件到期后因企业文化冲突造成的流失埋下隐患？

企业的合并最大的风险来自于文化的冲突，而能够成功度过合并带来的文化冲突风险的企业无非要么是双方的企业文化基本吻合，合并相对水到渠成；要么是“东风压倒西风”，一方足够强势，可以消融另一方的“锐角”，从而在中长期走向融合之路。但目前来看，管理上，合并后11名董事会成员中5名将来自Stratasys，5名来自Desktop Metal。Stratasys与Desktop Metal的合并，并不具备以上两个特点。

3D打印主要上市企业市值跨度及市销率情况（2022.12.31）
© AMPower《Investors’ View 2023》

尤其是考虑到合并以股票交易来完成，而根据AMPower的Investors’ View 2023报告，2022年12月31日Stratasys的市销率约为1.21，而Desktop Metal约为2.06。截止到发稿日(2023年6月4日），Desktop Metal目前市值为6.53亿美元，市销率为3.1；Stratasys目前总市值为11.09亿，市销率为1.74。如何平衡市销率带来的股价差异，而建立相对公平基础上的股票交易，这本身就存在极大挑战，并为双方未来的管理在沟通心态上带来巨大的挑战。

 品牌定位挑战

基于增材思维的先进设计与智能制造, 与新一代人工智能技术深度融合，形成高吞吐量、高产品质量控制能力、高产品复杂性的新一代智能制造技术，进而成为第四次工业革命的核心技术引擎。获得过通用电气、宝马、福特以及Google等投资的3D打印界独角兽企业Desktop Metal一度在通往高通量3D打印产业化的道路上吸引业界注意力。此前推出的设备、材料、应用的飞轮组合是Desktop Metal所倡导的增长思路的核心：高通量3D打印机吞吐量、集成的交钥匙解决方案（硬件、软件、后处理）、广泛的产品组合和材料库、全球化的销售体系是Desktop Metal倾力打造的竞争实力。

涵盖非金属与金属的从设计到大批量生产的解决方案组合
© Stratasys, Desktop Metal

合并后，双方的产品线覆盖航空航天、汽车、消费品、医疗保健和牙科等垂直领域。Stratasys作为聚合物3D打印领域的领导者，Desktop Metal以在金属、砂型、陶瓷、齿科、木材的3D打印解决方案与Stratasys形成了互补。

那么合并后的品牌定位是什么？核心竞争力是什么？通常，在企业的核心实力与护城河建立在高度的聚焦，不断的贴近市场，与用户交流，形成正向反馈以快速的进一步不断提升产品的技术水平，而合并后的产品解决方案是否“战线”过长？

根据Stratasys与Desktop Metal的预计，合并后的实体将转向高增长垂直领域，涵盖广泛的产品组合，其中一半以上的收入将来自最终用途零件制造和大规模生产。

那么是否最终用途零件制造将成为新的合并公司的主营业务？而市场将如何定义和看待一家提供设备、材料、软件解决方案，而业务一半以上收入为最终用途零件制造的企业？

品牌的生命力往往建立在强大的专注能力上，建立在克制贪婪，聚焦的能力上。3D科学谷认为一个品牌能够获得其用户的共鸣，否则很难生存下去，品牌需有“情”有“调”，品牌的“情”在于企业的价值主张，品牌的“调”在于企业的核心实力。品牌的影响力并非依靠大而全就可以建立，而需要建立在由内向外而生的价值坚守，在此基础上，以尽量少的产品满足用户需求，在这方面苹果与特斯拉是典型代表。

Stratasys与Desktop Metal的合并，品牌定位将是一个巨大的挑战。

最后，预祝合并成功克服风险，为3D打印行业的生态圈前行之路打开更大的上升空间。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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Desktop Metal第三季度财务情况

 增长动力飞轮组合

Desktop Metal的核心战略围绕“AM 2.0（增材制造2.0）”展开，在这一战略下的三大支柱包含打印机（Printers）、材料（Materials）以及尖端应用（Killer Apps）。根据3D科学谷《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》一文，在2021 年前三个季度，Desktop Metal锁定了重要资产，Desktop Metal在重点领域方面三管齐下：一是在可以提供速度组合的 3D 打印平台中获得优势，提高公差、表面光洁度和材料特性，真正符合大批量生产的要求；二是垂直整合Desktop Metal打印机的耗材，以加强高利润经常性收入流，获得高性能零件制造业客户。三是推进新的典型市场应用的应用程序，旨在推动大规模采用3D打印。

设备、材料、应用的飞轮组合是Desktop Metal的增长思路的核心：高通量3D打印机吞吐量、集成的交钥匙解决方案（硬件、软件、后处理）、广泛的产品组合和材料库、全球化的销售体系是Desktop Metal倾力打造的竞争实力。

 财务

先来了解Desktop Metal的财务状况：

Desktop Metal的当前市值6.95亿美金，营业收人在2022年有显著增长，2022年三季度营收4710万美金（比2021年第三季度增长85%）。根据雪球网，2022年三季度报总营业收入1.48亿美金，同比增长166%，净利润-4.28亿美金（2021年净亏损2.4亿美金，2020年净亏损3400万美金）。

Desktop Metal第三季度财务情况

预计2022年的收入将比2021年增长78-87%，约达2亿美元。

作为可以预见的销售收入增长，Desktop Metal宣布了光固化领域在齿科行业与Align建立合作，在粘结剂喷射领域与几家最大的车企关于P-50的合作探索。

© Desktop Metal

此外，Desktop Metal还于IMTS芝加哥国际机床工具展览会上推出了推出革新钣金成型的数字钣金成型 (DSF) 技术。

 旗舰产品销售情况

再来看一下Desktop Metal的飞轮组合中重要的一环，其旗舰产品P-50粘结剂喷射金属3D打印系统的销售情况。

2022年2月28日，Desktop Metal公布其最新设备P-50系统开始出货给首个客户——大型工具公司Stanley Black & Decker。根据Desktop Metal首席执行官Ric Fulop，P-50能在大约三秒内打印一层，从而能够在几个小时内批量生产数十万个零件。和激光粉末床熔融金属3D打印技术相比，P-50的速度快了100倍。

© Desktop Metal

据悉，P-50打印头最小液滴的体积为2.4pl，这代表在技术的不断改进下，有关粘结剂喷射金属3D打印精确度的问题将可能被逐渐攻克。在迈向产业化生产方面，P-50具备给汽车企业生产带来更大经济性和稳定性的可能。例如，Desktop Metal公布的针对汽车行业的ESP转向传动轴金属零件，每年每个P-50设备套件的产能为110万个，综合单位成本2.5美元/件。据悉，Desktop Metal的股东之一福特已经对P-50表现出了兴趣。

粘结剂喷射3D打印技术
© 3D科学谷白皮书

除了3D科学谷此前分享的若干被收购企业情况，最后来看一下Desktop Metal的飞轮组合中2021年所收购的企业：

2021年4月16日对EnvisionTec的收购，收购方式为现金及股票组合。EnvisionTec的旗舰技术为DLP光固化3D打印技术，在牙科和珠宝行业具有一定的用户基础。

2021年5月7日对Adaptive3D的收购，收购方式为现金及股票组合。3D科学谷在《Desktop Metal宣布推出一种名为 DuraChain的全新3D打印树脂类别》一文中提到过Adaptive3D开发的DuraChain光聚合物。

2021年6月10日对 Beacon Bio的收购，收购方式为现金及股票组合。据悉，Beacon Bio是哈佛大学孵化的企业，这家企业开发可生物降解的植入物。

2021年6月24日对Aerosint的收购，收购方式为现金及股票组合。据悉Aerosint提供基于专有数字工艺的独特粉末沉积系统，该系统选择性地沉积两种或多种粉末，以形成包含多种材料的单个薄粉末层。

2021年7月30日对牙科诊所Dental Arts Labs的收购，收购方式为现金及股票组合。

2021年9月7日对意大利液压公司A.I.D.R.O的收购，收购方式为现金及股票组合。3D科学谷在《生产耐极端环境的坚固零件，阀芯3D打印案例洞悉粘结剂喷射颠覆制造的潜力》一文中提到过Desktop Metal与Aidro开发的镍铬高温合金液压阀芯。

© 3D科学谷白皮书

2021年9月9日对Meta Additive的收购，收购方式为现金及股票组合。Meta Additive拥有革命性的粘结剂专利，可以减少烧结过程中的零件收缩，从而制造更大的零件、改善误差并提高生产率。

2021年10月14日，对Brewer Dental的收购，收购方式为现金及股票组合。

2021年10月29日，对May Dental的收购，收购方式为现金及股票组合。

2021年11月12日，对Exone的收购，收购价格为6.1亿美金，其中现金支付2亿美金，其余为作价4.1亿美金的股票。

 言商论道之思考

在本期3D科学谷谷透视栏目，作为言商论道话题的结尾，通过提出一系列的问题，与行业共同思考，并持续关注Desktop Metal的发展。

第一个问题：战略

通常，在企业的创业初期，需要高度的聚焦，不断的贴近市场，与用户交流，形成反馈以进一步提升产品的技术水平，需要集中在“杀手级”的产品服务方案的打造上，而涵盖金属、塑料、砂子、木材、碳纤维、生物3D打印等等不同材料，不同3D打印技术的Desktop Metal的产品解决方案是否“战线”过长？将为今后的顾此失彼买下隐患？

第二个问题：核心竞争力与现金流

看似合情合理的飞轮组合是否缺乏最核心的竞争力？造成不同的3D打印技术之间难以相互借力，反而稀释了Desktop Metal原先在粘结剂喷射3D打印领域建立的品牌定位？此外，主要以贷款或稀释股权的方式支付收购费用，导致Desktop Metal的需要支付大量的贷款利息。而被收购公司大多处于亏损状态，目前根据2022年3季度报，Desktop Metal的现金、现金等价物及短期投资的总金额为2.17亿美金，如何在年度亏损需要“填补”而现金并不充裕，自身“造血”能力不足的情况下，为这些被收购企业持续“输血”？

第三个问题：品牌定位

Desktop Metal在财报上的商誉资产作价3.6亿美金，这一资产价格是否合理？Desktop Metal的品牌战略是将保留其收购的所有品牌单独运作？还是以后将过渡到corporate brand(mother brand)与son brand的组合，以Desktop Metal品牌背书的各个子品牌的模式？通常多品牌运作将消耗大量的营销成本，抑或是将进一步整合，未来将逐步去掉部分单独品牌，直接冠以Desktop Metal品牌？在这种情况下，商誉资产将如何评估？

第四个问题：竞争

随着具有天然的制造基因的GE商业化其粘结剂喷射3D打印技术，将为尚缺乏足够制造经验的Desktop Metal的粘结剂喷射3D打印技术带来怎样的竞争影响？

第五个问题：企业文化

Desktop Metal短期内兼并了大量的其他创业型企业，如何在文化上融合这些企业？Desktop Metal自身的文化基因是否支持得了与这些被兼并企业的融合？虽然Desktop Metal在收购过程中所提供的股票大多附加了4年工作期的限制，但从中长期来看，文化的摩擦过程中是否会导致关键员工的大量流失？

3D科学谷谷透视栏目之言商论道话题仅甄选行业代表性企业，提出中立的有价值的洞见与思考，不代表任何明确性观点，不做为任何投资建议。

欢迎给3D科学谷留言建议您所感兴趣的企业并发表您的思考。

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然而，冲压是需要模具存在的，那么有没有一种可能？可以直接从数字设计文件中按需成型标准钣金 – 无需冲压工具、模具、冲模或压力机。根据3D科学谷的市场了解，以颠覆性创新著称的Desktop Metal正在将这一“不可能”变为可能。

数字钣金成型
© Desktop Metal

 革新钣金成型工艺

传统的钣金成型是一个资本和时间密集型过程，需要昂贵的冲压机，通常成本约为 100 万美元，以及需要数月才能生产的定制冲压工具、模具和模具。

根据百度百科，冲压工艺是一种 金属 加工方法，它是建立在 金属塑性 变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料施加压力，使 板料 产生塑性变形或分离，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件 (冲压件)。冲压 成形工艺在汽车 车身 制造工艺中占有重要的地位，特别是汽车车身的大型覆盖件，因大多形状复杂，结构尺寸大，有的还是空间曲面，并且表面质量要求高，所以用冲压加工方法来制作这些零件是用其它加工方法所不能比拟的。

Desktop Metal推出的Figur 的突破性和正在申请专利的 DSF 技术已准备好为钣金制造商释放数字化的好处，使他们更加灵活，并使钣金形式更容易进入新市场。

© Desktop Metal

Figur 正在申请专利的数字钣金成型 (DSF) 技术消除了对传统冲压机或定制工具、模具和冲模的需求——即使在小批量时也能提供易于使用、灵活且具有成本效益的钣金成型。

© Desktop Metal

Figur G15 的 XY 成型面积为 1450 x 1000 mm，可在 Z 方向加工最大 400 mm 的成型。 还可以加工各种金属和板材厚度——包括最厚 2.0 毫米的钢和最厚 2.5 毫米的铝。

© Desktop Metal

根据《锻造与冲压》发布的《中国冲压行业“十四五”发展纲要》一文，冲压行业是我国制造业的基础，涵盖了汽车、家电、农机、工程机械、电子电气、通讯、轨道交通、航空航天、医疗装备、能源化工以及相关的装备制造等行业。目前，汽车冲压企业仍是我国冲压行业的主体，但冲压行业的新发展，已更多地外延至其他行业领域。冲压行业的规模发展和产品质量支撑了我国汽车行业以及家电、电子通讯、航空航天等相关行业的发展，且整个行业绝大部分产品实现国产化，对我国基础制造业发展起到了应有的支撑作用。
根据3D科学谷的市场研究，或许冲压行业所积累的多年竞争优势将要面临数字化钣金成型的挑战。

© Desktop Metal

根据Desktop Metal的描述，无需模具，与3D打印层层成型的原理类似，数字钣金成型过程中的“球型刀具”一层一层的根据三维建模切片的路径施加对钣金的压力，从而层层获得需要实现的金属型腔形状，避免了模具的需要。

 颠覆者的小趋势

根据《变量》，小趋势的特点是：必须足够小，才能显示其锋芒，但又必须足够大，才能彰显其力量。

Desktop Metal发力打造具颠覆潜力的小趋势，根据3D科学谷的市场观察，3D打印正在突破原型制造的应用范围，而进入到吞吐量更高的真正的规模化制造领域，这其中，Desktop Metal的增材制造2.0战略中打造的设备、材料、应用的飞轮组合可以清晰的解读吞吐量对3D打印打开上升天花板意味着什么，也可以清晰的解读3D打印对制造的可持续发展意味着什么。

目前，在推出数字钣金成型-DSF技术之前，Desktop Metal在金属3D打印方面已经站稳了一席之地，获得了包括SpaceX这样的用户，P-50生产级粘结剂喷射金属3D打印设备已发货交付，并在波士顿布局产能，其收购的光固化业务也取得市场进展，这得益于齿科市场将快速切换到大规模使用3D打印技术的时代。

根据3D科学谷，基于增材思维的先进设计与智能制造, 与新一代人工智能技术深度融合，形成高吞吐量、高产品质量控制能力、高产品复杂性的新一代智能制造技术，进而成为第四次工业革命的核心技术引擎。

让小趋势具备足够的“锋芒”，这是Desktop Metal的品牌调性，而对于万亿规模的制造业来说，“锋芒”无疑就是面向数字化量产。

根据3D科学谷的市场研究，当前Desktop Metal在重点领域方面三管齐下：一是在可以提供速度组合的 3D 打印平台中获得优势，提高公差、表面光洁度和材料特性，真正符合大批量生产的要求；二是垂直整合Desktop Metal打印机的耗材，以加强高利润经常性收入流，获得高性能零件制造业客户。三是推进新的典型市场应用的应用程序，旨在推动大规模采用3D打印。

从推出钣金成型的数字钣金成型DSF技术来看，不难理解，Desktop Metal并没有将其业务局限在3D打印领域，而是抓住了打造“锋芒”所蕴含的市场战略：面向量产的数字化制造。

目前，根据3D科学谷的市场研究，Desktop Metal的三大系列制造技术对传统制造业具备了不容忽视的“锋芒”挑战：

1: Binder Jetting粘结剂喷射3D打印技术，挑战传统的MIM，粉末冶金 , 铸造工艺

2. DSF 数字钣金成型技术，挑战传统的钣金冲压技术

3. 光固化技术，挑战传统的注塑工艺。

正如3D科学谷在《3D打印与第四次工业革命-第二版》白皮书中所提到的，智能制造作为新一代的物质生产技术，与新一代人工智能技术深度融合，形成真正的新一代智能制造技术，进而成为第四次工业革命的核心技术引擎。以精微材料为起点、以数字化控制为手段，创造性地实现了在零件制造过程的同时在制备材料、制备材料的同时在制造零件，将传统上材料选择制备和工艺加工的串行过程转变为成性和成形的并行过程。

三维科学.全球视野，3D科学谷关注基于三维的数字化制造技术，Desktop Metal所打造的小趋势将走向何方？3D科学谷将保持持续关注与分析！

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*DuraChain 光聚合物通过光聚合诱导相分离 (PIPS) 工艺为数字光处理 (DLP) 打印提供突破性的弹性和坚韧材料特性；

*ETEC Xtreme 8K 自上而下的 DLP 系统将独家提供多种 DuraChain 材料——Elastic ToughRubber™ Black 和 Blanc

使用当今 DLP 3D 打印中使用的标准丙烯酸酯树脂生产的零件在撞击时容易破碎或断裂。几十年来，3D 打印行业一直致力于逐步改善这些材料特性，并提供更耐用和弹性的特性。

DuraChain 光聚合物通过一种突破性的方法解决了这一挑战，该方法利用 Photo PIP 工艺生产坚韧且有弹性的最终用途部件，同时消除了对两部分树脂的需求。在 DLP 打印过程中被照射时，DuraChain 材料在纳米级别上相分离成两部分，然后固化成具有多种优势的弹性、高性能网络。DuraChain 由总部位于德克萨斯州的 Adaptive3D 开发，该公司于 2021 年被 Desktop Metal 收购。

与两部分树脂不同，DuraChain 光聚合物具有大约一年的长适用期，具体取决于环境条件，使其更适合批量生产并减少因变质、未使用材料而产生的浪费。

Desktop Metal 联合创始人兼首席执行官 Ric Fulop 表示：“DuraChain 光聚合物标志着 DLP 打印的新时代，它提供的材料特性可与热固性材料在长适用期材料中竞争。” “使用 DuraChain 树脂打印的部件在很宽的温度范围内都表现出色，并具有一些重要优势，这些优势将迅速导致 DLP 打印中的新材料创新。”

研究人员多年来一直在研究使用Photo PIP工艺 固化的光聚合物，但尚未广泛商业化——主要是因为 DLP 3D 打印硬件一直难以打印使用该工艺所需的高粘度树脂。

大多数 DLP 系统具有自下而上的打印过程，其中投影仪放置在构建区域下方，并通过透明托盘照亮每个零件层，而部件向上悬挂到构建托盘上。由于 Photo PIPS 树脂需要更多的能量来固化并且与标准树脂相比相对较重，因此在自下而上的 DLP 打印期间将它们从构建板上悬挂起来具有挑战性。

Desktop Metal 的 DuraChain 材料将可在增材制造行业唯一的自上而下 DLP 系统之一 ETEC Xtreme 8K 上打印。

新的 DuraChain 光聚合物系列：

几种 DuraChain 材料将在 ETEC Xtreme 8K 上独家提供：弹性 ToughRubber (ETR) 70 和 90，这两种材料都是今天提供的，它们的肖氏 A 硬度值不同。ETR 70 有黑色可供选择，而 ETR 90 有黑色和白色两种颜色可供选择，它生产的白色部件可以染成任何颜色进行生产。

ETR 已被用于 3D 打印最终用途零件。一个案例研究展示了位于犹他州的建筑和工业真空系统制造商 Dustless Tools 如何使用坚固的 ETR 材料在国内生产其用于爆破锤的 DustBuddie。坚固的应用要求材料具有高能量回馈、撕裂强度、回弹性和其他耐久性能。

此外，一段新视频还展示了 Aerosport Additive 对 ETR 70 Black 的使用，这是一家在俄亥俄州哥伦布市以外为 3D 打印原型和生产零件提供优质服务的机构。Aerosport 购买了多台 ETEC Xtreme 8K 打印机，服务于航空、汽车、医疗、电子和军事等行业。

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谷专栏是3D科学谷内容板块：谷前沿、谷透视、谷研究、谷专栏这四大板块之一。谷专栏基于3D科学谷愿景：贡献于制造业附加值创造，贡献于人类可持续发展。其目的是通过携手科研机构、科学家、企业研发与应用团队，与业界分享对推动增材制造发展起关键作用的共性基础科研与应用成果。

根据3D科学谷的市场观察，3D打印正在突破原型制造的应用范围，而进入到吞吐量更高的真正的规模化制造领域，这其中，Desktop Metal的的增材制造2.0战略中打造的设备、材料、应用的飞轮组合。围绕着飞轮战略组合，Desktop Metal进行了一系列的专利布局。

根据3D科学谷的市场研究，Desktop Metal至今的典型专利包括：确定三维（3D）打印中挤出物流动的方法和装置；软件定义冶金方法及系统；脱脂；锁模修复；用于三维 (3D) 打印的棒式进料器；增材制造校准反馈的系统和方法；3D打印系统中使用推动器移动构建材料棒的系统和方法\混合器；通过计算机视觉对3D 打印机进行校准；烧结炉；自适应3D 打印；使用可变构建材料进料速率的增材制造；3D打印粉床密度控制系统及方法；管理用于增材制造的粘结剂喷射中的粉末流动性；减少3D打印过程中层偏移的方法；磁流体动力金属制造的润湿控制；金属制造的磁流体动力学沉积速率控制；金属制造支撑结构的磁流体动力学形成；用于增材制造的金属气动喷射；增材制造校准反馈的全文系统和方法；浸液自动脱粉；机器人控制真空自动除粉；管理用于增材制造的粘结剂喷射中的粉末流动性；可收缩支撑结构；嵌套自动脱粉；软件定义冶金方法及系统；增材制造复合原料；可分离支撑等等。

本期谷.专栏，将选取Desktop Metal的部分典型专利进行进一步的剖析。

根据3D科学谷，基于增材思维的先进设计与智能制造, 与新一代人工智能技术深度融合，形成高吞吐量、高产品质量控制能力、高产品复杂性的新一代智能制造技术，进而成为第四次工业革命的核心技术引擎。3D打印企业将围绕着高吞吐量、提高质量一致性、数字化材料与流程布局一系列的专利，从而上升为企业护城河战略。

进入2022年，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。

Desktop Metal P-50

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。

根据3D科学谷的市场研究，围绕着增材制造2.0飞轮战略，Desktop Metal从设备、材料、后处理、流程与工艺控制等等多方面进行了专利布局。

Desktop Metal增材制造2.0飞轮战略

 用于软件定义冶金的方法和系统

用于用户可调节的烧结炉软件系统，包括配置为从用户接收一个或多个材料特性的用户界面、处理器和其上存储有计算机代码指令的存储器。

专利：US 11237529B2

存储器可操作地耦合到处理器，使得当由处理器执行时，计算机代码指令使系统实现与熔炉的通信以确定与熔炉相关联的一个或多个热处理过程，识别与熔炉相关联的一个或多个对象特征。

专利：US 11237529B2

基于(i)一种或多种部件特性和(ii)一种或多种材料，确定与每个热处理对应的至少一个热处理参数的热处理参数分布特性，热处理参数曲线表征一个或多个热处理的循环。

 脱脂剂

专利：US 11235386B2

脱脂剂用于在增材制造系统中对3D打印的生坯部件进行脱脂。脱脂剂的配套环境包括储存室、处理室、蒸馏室、废物室和冷凝器。

专利：US 11235386B2

储存室储存用于脱胶生坯的液体溶剂。处理室使用从储存室转移的一定体积的液体溶剂来去除生坯部分。蒸馏室收集从处理室排出的溶液并从溶液中产生溶剂蒸气。冷凝器将溶剂蒸气冷凝成液体溶剂并将液体溶剂转移到储存室。废物室收集溶液的废物成分。

 用于增材制造的校准反馈系统和方法

在增材制造中使用相机组件来提高打印对象的保真度。相机可以在打印时扫描 3D 打印机的构建板和对象的表面以生成图像数据。

专利：US 11117192B2

处理图像数据以检测构建板或打印对象中的错误。打印机补偿检测到的错误，这可以包括修改打印机配置和/或修改用于打印给定对象的指令。使用更新的配置，随后的对象可以在更正的过程下被打印，以产生与原始对象模型保真度的对象。

专利：US 11117192B2

生产需要高一致性的产品，能够根据反馈来克服这样的挑战，以使得能够保真地产生最终产品。

专利：US 10589467B2

反馈可以是根据与打印对象的处理之后的打印对象的至少一个特性相关联的值。

专利：US 10589467B2

 3D打印过程中减少层偏移的方法

使用 3D 打印系统打印牺牲组件，该系统包括用于散布未结合粉末以形成粉末床层的散布机构和用于将粘结剂流体喷射到未结合粉末中以形成牺牲品的打印机构零件。该系统形成了具有在铺展期间对由铺展机构施加的剪切力提供抵抗力特征的牺牲部件。

专利：US 10906249B2

该系统使用 3D 打印系统以与牺牲组件耦合的方式打印零件。与阻力相结合的耦合布置足以固定部件的每个打印层，以抵抗在未结合的粉末在部件的每个印刷层上方散布期间由散布机构施加的剪切力。在打印之后，以及在后处理之前或之后，将零件和牺牲组件分开。

专利：US 10906249B2

 机器人控制真空自动除粉

自动除粉包括用于对粉末3D打印床内的一个或多个物体进行脱粉的系统包括构造成容纳粉末打印床的构造盒，以及构造成接合构造盒的脱粉子系统。

专利：US 10500789B2

去粉子系统包括真空装置和机械臂，真空装置构造成抽出由空气喷射装置搅动的松散粉末，机械臂构造成将真空装置传送到粉末床上的一个或多个位置。

专利：US 10500789B2

该系统还可包括设置在机械臂上的空气喷射装置，该空气喷射装置构造成用空气射流搅动粉末床内未结合的粉末。 该系统还可以包括机械搅拌仪器，该机械搅拌仪器被配置为促进粉末床内未结合的粉末的搅拌。 机械搅拌仪器可以与真空装置和喷气装置之一或两者结合使用。

 通过液体浸入自动脱粉

去粉子系统可以包括浴子系统。浴子系统可以包括被配置为容纳液体并接收将被脱粉到液体中的物体的容器，以及被配置为在液体中产生电流的搅拌设备。

专利：US 10543643B2

搅拌器设备可以是：(i) 配置为使液体在储存器内循环的泵，(ii) 配置为在液体中产生对流的加热元件，和 (iii) 通过连杆驱动的搅拌器与发动机。

专利：US 10543643B2

浴子系统可以包括至少一个超声换能器，该超声换能器被配置为向储液器内的液体施加超声振动。

 可分离支撑技术

通常在增材制造中通过支撑结构来扩展所制造的产品的几何特征，例如通过为悬伸结构提供底层支撑来实现更复杂的几何结构。

然而，当使用需要额外处理的支撑材料的时候（如需要额外的脱粘和烧结加工以获得最终的零部件），常规的支撑策略和技术会导致零部件加工的失败，例如支撑结构发生变形或收缩的时候会影响到零部件的结构，这时候就需要十分匹配的策略使得支撑结构不仅仅能起到加工过程中的支撑作用，还在随后的后处理中不影响零件的精度。

专利：US 10350682B2

对于Desktop Metal的设备来说，专利中提到了一种在零部件和支撑结构之间制造界面层，以便在烧结期间抑制支撑结构和相邻的零部件表面之间的结合。

根据3D科学谷的市场研究，Desktop Metal的专利布局围绕着自动化、智能化的主线，从3D打印设备到工艺控制及后处理，其核心为软件、材料、机械的跨学科技术组合。

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Evove 的 Separonics 产品线（精密工程 3D 打印陶瓷膜）开发计划的一部分是创建一个蓝图，以支持全球推广和建立区域制造中心。

© Evove

新技术诞生新可能

根据3D科学谷，为使陶瓷增材制造领域成熟，陶瓷的研发应着眼于扩大材料选择，改进3D打印和后处理控制，以及多材料和混合加工等独特能力。

陶瓷3D打印技术分类及品牌

© 3D科学谷白皮书

 粘结剂的先进，成就复杂的产品

根据Evove首席执行官 Chris Wyres，与总部位于英国的 Meta Additive 签署这项合作协议是Evove的Separonics 产品线商业化的一个重要里程碑， 通过Meta Additive专有的粘结剂喷射和材料技术，凭借可扩展且具有成本效益的制造能力，Evove的Separonics产品线用作做气体、液体、悬浮物、甚至微生物的过滤、隔离和提取，通过粘结剂喷射3D打印技术制造Separonics陶瓷膜产品以显着降低的成本提供性能提升和实用性增强的陶瓷膜。

据了解，陶瓷的基底材料通过传统制造工艺要经过可能近 2000 度的烧制，如此高的温度自然会带来烧结中出现的各种挑战。并且为了提高液体/气体的流通率，产品设计上要尽量薄，如果孔隙无法微观控制，这些都会影响陶瓷膜的性能。

Evove 的通过粘结剂喷射3D打印制造的陶瓷膜新产品，借助 CFD（计算流体动力学）和 AI 设计出可以精确控制的微观孔隙结构和分布，而且可能根据产品的使用场景，设计和制造不同的方案，从而让产品的过滤隔离和提取达到最理想的性能。

根据3D科学谷的了解，Meta Additive已经成为 Desktop Metal 旗下的一部分，在2021 年前三个季度，Desktop Metal锁定了重要资产，Desktop Metal在重点领域方面三管齐下：一是在可以提供速度组合的 3D 打印平台中获得优势，提高公差、表面光洁度和材料特性，真正符合大批量生产的要求；二是垂直整合Desktop Metal打印机的耗材，以加强高利润经常性收入流，获得高性能零件制造业客户。三是推进新的典型市场应用的应用程序，旨在推动大规模采用3D打印。

管理和补偿烧结阶段发生的大量收缩是Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术面临的最大挑战之一。零件在炉内收缩30-40％，线性收缩15-20％。如果零件很小并且壁厚均匀，那么收缩是可以预测的。然而，不同厚度的大型零部件的烧结过程会对几何形状产生非常复杂的问题。根据3D科学谷的市场研究，烧结收缩目前严重限制了Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术适用的几何形状和应用类型。

根据3D科学谷的《深潜 l 粘结剂喷射金属3D打印技术的后处理挑战》一文，Meta Additive的非牺牲性粘结剂解决方案使得烧结收缩从20%降到了2%，不仅消除了脱脂步骤的需要，而且还降低了后处理阶段所需的热量水平。在正常打印后，做300℃的热处理即可，热处理是为了巩固和优化一些微结构。

据悉Meta Additive的粘结剂在使用过程中，主要是化学反应，而不仅是物理反应。这是在基于70年代就发明的原子层沉积 (ALD)与化学气相沉积 (CVD)的科技树和相关产业成果基础上，进行的化学技术的研发。这种由分子成分、纳米成分和微成分组成的粘结剂，纳米颗粒填充在粉末间隙来实现颗粒间结合和渗透，相当于在3D打印过程中将粘结剂均匀无孔地沉积在金属粉末床颗粒的空隙之间。

根据Meta Additive 首席执行官 Simon Scott，利用Meta Additive的粘结剂喷射技术和新型功能粘结剂来提供先进的增材制造解决方案，将使 Evove 能够消除与传统陶瓷制造技术相关的问题，包括收缩、能源密集型热处理和生产速度慢等问题。

Meta Additive的解决方案在生产陶瓷膜具有明显的优势，尤其是在具有高温和酸性流体的恶劣环境中，采用Meta Additive3D 打印Separonics 陶瓷膜意味着Evove可以有效地消除与传统陶瓷制造工艺相关的挑战、高成本和碳足迹。此外，3D 打印使得Evove能够生产新颖的精密工程架构，优化膜的流体动力学和完整性，提供真正改变游戏规则的性能，减少过滤和分离的能源消耗，并延长膜的使用寿命。

Evove 的目标是在 2022 年底之前在英格兰西北部建立第一个全面的制造工艺，以促进此后不久在客户现场对陶瓷 Separonics 进行工业测试。

 粘结剂喷射金属3D打印技术加速发展

金属3D打印领域，以Binder Jetting-粘结剂喷射金属3D打印技术为代表的间接金属3D打印以高速，低成本获得了业界的高度关注。

根据3D科学谷全球市场研究合作伙伴AMPOWER，到2025年，AMPOWER预计粉末床系统的市场份额将减少，例如金属中的粘接剂喷射（BJT）将加速上升。

▲ 不同类型的金属3D打印技术市场份额（2020年，2025年-预测）
© AMPower

粘结剂喷射金属3D打印技术，从生产效率、经济性的角度看充分的满足了面向量产的应用。

▲ 粘结剂喷射3D打印材料

© 3D科学谷白皮书

而可打印材料的丰富多样（从金属到陶瓷，金属与金属的复合材料，陶瓷与金属的复合材料…)，使得粘结剂喷射这项技术的适用场景获得了进一步的延伸。

未来的生产解决方案将需要能够生产优化、多功能、低成本和可持续的组件的制造技术，Meta Additive的技术旨在彻底改变增材制造行业。Meta Additive为各行各业的智能部件制造提供创新的喷射技术。

利用粘结剂喷射技术以及Meta Additive的新型功能粘结剂来提供先进的增材制造解决方案，以应对Meta Additive当前和未来的挑战，同时消除孔隙率、收缩、零件尺寸限制和生产速度慢等问题。

在所有当前的粘结剂喷射工艺中，构成最终组件的材料几乎完全来自粉末床，而粘结剂是牺牲品。这意味着，一旦通过脱脂步骤去除了牺牲粘结剂，最终产品需要漫长的热处理步骤来加固零件，这通常会导致残留孔隙率和高度收缩。

为了克服这些问题，Meta Additive的工艺改为使用非牺牲粘结剂，该粘结剂可以同时结合和渗透粉末床与功能性构建材料。Meta Additive的愿景是，Meta Additive的革命性过程将缩短开发时间；减少零件的残余孔隙率；并实现真正定制的智能多材料组件的大规模制造。

l 孔隙率和结构多样性

Meta Additive在化学层面重新设计了粘结剂喷射工艺。传统上，3D 打印部件只能由单一材料以一种均匀的密度制成。Meta Additive 工艺使制造商能够同时使用多种材料打印单个零件，甚至允许定制材料的机械和结构特性，从而实现真正的设计灵活性。

通过Meta Additive的流程，制造商将能够真正定制其组件的功能元素，解锁大量以前未曾想到的设计选项。

© Meta Additive

© Meta Additive

l 节能、节约材料

据3D科学谷的了解，Meta Additive的工艺中使用的材料不仅消除了脱脂步骤的需要，而且还降低了后处理阶段所需的热量水平。这意味着后处理温度既缩短又显着降低多达 300 °C，从而显着降低热预算。Meta Additive工艺中使用的粉末和粘结剂均由 100% 构建材料制成，无需脱脂步骤，并将收缩率从 20% 降低到仅 2%。

没有脱脂阶段、更短的热处理以及后处理温度的降低显着减少了制造每个组件所需的时间和能量。最重要的是，Meta Additive的工艺使用 100% 的构建材料而不是传统的牺牲粘合剂，从而减少了产生的物理浪费。

使用Meta Additive的工艺的制造商将受益于更快、更经济、更可持续地打印的零件，但仍然可以获得更高的质量和大量的定制选项。

© Meta Additive

l 更大、更强

由于Meta Additive的粉末和粘结剂是由 100% 的构建材料制成的，因此生坯部件强度更高并且消除了脱脂步骤，使得能够打印出比以前更大、更复杂的组件，所有这些都不需要支撑结构。

© Meta Additive

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正如Ray Dalio在他风靡全世界的《原则》一书中提到过，“进化”是宇宙中最强大的力量，是唯一永恒的东西，是一切的驱动力。尽管所有的东西似乎都会死亡或者消失，但真相是，他们只是以“进化”的形式重新组合了。

本期，结合案例，3D科学谷与谷友一起来洞悉3D打印技术家族中的粘结剂喷射3D打印技术是如何推动制造的进化，成就更好的燃烧混合的。

© JZHC

以进化的形式重新组合

根据3D科学谷，动力装备的发展要求可以简要概括为亮点：爆发力强、安全性高。而3D打印释放了设计与制造的自由度，通过优化燃料与空气的混合比，提升动力装备的动能；另一方面，通过3D打印冷却通道或者是铜金属，提升了动力装备的快速散热性能，获得更高的安全性。

 应对重工业严苛挑战

本期案例中的John Zink Hamworthy Combustion（简称JZHC)公司专注于设计和制造排放控制和清洁空气燃烧系统。JZHC总部位于俄克拉荷马州，为能源、石油和天然气以及石化等众多行业的客户提供服务，生产从燃烧器到气体回收的控制系统。

重工业是一个独特的行业，包括化工、石油和天然气、造船、铁路和采矿等。为重工业生产的零件通常是少量制造的，并且按订单设计以适合特定的应用和客户，其小批量生产的特点通常也导致交货时间长和成本高。

尤其是能源石化行业的设备运行环境普遍是恶劣且充满挑战的，而且有些产品的形状比较复杂，不难想象当需要配合研发制造一个复杂的燃烧器的时候，是多么令人头疼的事情。这时候需要考虑太多的环节，包括如何去制造铸造所需要的模具，铸造完成后，还需要考虑后续的CNC机加工环节中夹具，刀具的配置，CAM编程等等。

由于重工业机械庞大且资本密集，因此预期使用寿命较长。这意味着零件可能在首次制造后数年就需要更换，从而迫使公司跟踪和维护模具，以便可以根据需要生产零件。另一种选择是将大量的备件库存入库，不过这样带来巨大的资源占用和大量的后勤挑战。

由于重工业中使用的许多零件都是定制的，因此其制造通常需要定制的夹具和CNC数控加工编程，这增加了本来就很长的交货时间和高昂的非经常性工程（NRE）成本。

不过，3D打印正在改变制造复杂零件的各种挑战，通过3D打印技术，不仅仅可以用来制造更为复杂的产品，还可以加快设计迭代，实现一站式的研发与制造。当需要少量高度定制的零件时，无需模具即可大大简化生产。无论需要一个还是100个零件，每件成本和交货时间都保持不变。用户只需将设计上传到3D打印机，金属零件就可以在几天内制造出来并安装完毕。

在这个案例中，目前，JZHC通过Desktop Metal的设备所实现的快速生产3D打印零件的能力减轻了对JZHC内部机加工车间的需求，并使操作员能够探索创造性的方法来改进他们的工作流程。Desktop Metal的Studio System™ 的易用性和办公室友好型设计 ‑ 因为该系统不使用松散的金属粉末或危险的激光，操作员不需要个人防护设备 ‑ 使其成为JZHC实现快速零件制造的有吸引力的选择。

粘结剂喷射3D打印广泛的材料

© 3D科学谷白皮书

 进化中的产品与制造

© Desktop Metal

作为排放控制和清洁空气燃烧系统的领先供应商，JZHC重新设计用于液化天然气（LNG）油轮的UHT雾化器。

最初的简单雾化器在低负荷时燃烧器的调节比为15：1。为了创建新的雾化器，JZHC的工程师和设计师立即转向了增材制造。通过使用Desktop Metal的Studio 3D打印系统，3D科学谷了解到他们能够快速生产具有新型功能的雾化器设计原型，这些设计具有复杂的通道和不规则形状的孔等特征，而这些特征在传统制造中是不可能生产的，但却非常易于通过3D打印来实现。

3D打印燃油喷嘴的应用与技术逻辑

© 3D科学谷白皮书

这极大地改善了燃烧器中的燃料-空气混合物，使船舶减少了燃烧的燃料量。最终结果是新的雾化器，燃烧器的调节比从25：1显著提高，与早期设计相比提高了67％。由此，John Zink Hamworthy Combustion的客户每年可节省90,000美元至160,000美元的燃料。

金属增材制造允许在选择最终设计之前对UHT雾化器进行多次迭代设计。

© Desktop Metal

作为工业燃烧器高效运行的关键部件，燃烧器的燃油喷嘴用于控制燃料注入燃烧室，或作为雾化器，将燃料与蒸汽等雾化介质混合以提高燃烧器效率。

此处显示的燃烧器尖端‑最初通过CNC加工铸造和后处理‑是30年前首次制造的，用于生产它的工具已不再可用。由于零件过于复杂，无法作为单个部件进行加工，因此使用传统技术制造备件需要大量的时间和金钱投资。

JZHC工程师寻求3D打印来生产具有成本效益的替代燃烧器燃油喷嘴。使用原始工程图纸，JZHC工程师对燃烧器尖端进行建模，并将零件通过 Studio System™ 制造出来。材料为17‑4 PH不锈钢，节约了72%的成本。

© Desktop Metal

激光切割机是许多机械车间中的一种有用工具，可以对各种材料进行精确切割。JZHC工程师面临的问题是切割器的喷嘴可能会堵塞，或者切割部件的边缘可能会积聚熔渣，这需要劳动密集型的后处理。他们找到的解决方案是使用 Studio System™ 设计和打印全新的喷嘴，该喷嘴包含一系列内部通道，可引导高压氮气穿过切口并吹走熔渣，防止堵塞并确保切口更清洁。

© 3D科学谷白皮书

除了安全且易于使用之外，粘结剂喷射金属3D打印技术还提供了进入金属 3D 打印世界的经济实惠的切入点。

对于JZHC来说，粘结剂喷射金属3D打印技术取得了成功——使用 3D 打印，该公司能够比以往更快地生产针对客户应用量身定制的定制零件。对于JZHC的客户而言，回报来自于更少的停机时间——打印部件可以在几天内而不是几周或几个月内安装在他们手中——并且由于3D打印实现的创新设计不仅节省大量的零件成本，并且节省燃料。

知之既深，行之则远，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察，有关3D打印技术在细分应用市场深潜，请关注3D科学谷白皮书系列。

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根据3D科学谷的市场观察，Desktop Metal在金属3D打印方面获得了包括SpaceX这样的用户，P-50生产级粘结剂喷射金属3D打印设备已发货交付，并在波士顿布局产能，其收购的光固化业务也取得市场进展，这得益于齿科市场将快速切换到大规模使用3D打印技术的时代。

本期，3D科学谷将结合Desktop Metal的增材制造2.0战略，与谷友一起进一步洞悉增材制造2.0时代的发展逻辑，并感受3D打印生态圈中这些酝酿中的布局将为2022年及未来带来怎样的变化。

© Desktop Metal

高吞吐量3D打印时代逼近

根据3D科学谷，基于增材思维的先进设计与智能制造, 与新一代人工智能技术深度融合，形成高吞吐量、高产品质量控制能力、高产品复杂性的新一代智能制造技术，进而成为第四次工业革命的核心技术引擎。

Desktop Metal增材制造2.0战略

© Desktop Metal

在ASTM划分的七种3D打印工艺分类中，Desktop Metal主要只关注两类工艺：粘结剂喷射和数字光处理。目前这两者都以实现高吞吐量区域范围内的技术进步，并随着时间的推移而获得不断的优化改进。

根据Desktop Metal的创始人Ric的年度回顾，2021年，通过收购和自身发展，Desktop Metal的知识产权组合从一年前的 120 项增加到 650 多项，全球制造客户群从大约 400 增加到 6,000 多个。

Desktop Metal增材制造2.0战略：设备、材料、应用的飞轮组合

© Desktop Metal

 增材制造2.0战略

在2021 年前三个季度，Desktop Metal锁定了重要资产，Desktop Metal在重点领域方面三管齐下：一是在可以提供速度组合的 3D 打印平台中获得优势，提高公差、表面光洁度和材料特性，真正符合大批量生产的要求；二是垂直整合Desktop Metal打印机的耗材，以加强高利润经常性收入流，获得高性能零件制造业客户。三是推进新的典型市场应用的应用程序，旨在推动大规模采用3D打印。

Desktop Metal关键用户© Desktop Metal

 制造技术与更广泛范围的材料组合

通过收购 ExOne，Desktop Metal现在拥有最广泛的粘结剂选择，除了获得更广泛的金属材料和IP专利，其中，在应用方面，根据雪球洞藏专栏的分析，ExOne更早就实现的钛合金打印，包括航天航空、医疗等高利润客户行业。采用惰性气体保护活泼金属钛，批量制造钛合金产品将非常容易。Desktop Metal可能将逐渐长驱直入航空航天业的中小尺寸钛合金零部件打印市场。

以下视频来源于
ProCAST

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© 3D科学谷

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。

© Desktop Metal

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。

© Desktop Metal

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。

© Desktop Metal

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。

知之既深，行之则远，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察，有关3D打印在增材制造领域的更多分析，请持续关注3D科学谷的谷透视系列。

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不过这种阀芯的加工充满挑战，本期，3D科学谷结合Desktop Metal通过粘结剂喷射3D打印技术来制造液压阀芯方面的探索，与谷友一起来洞悉粘结剂喷射颠覆制造的潜力。

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

©Desktop Metal

实现精密制造

 突破传统加工挑战

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。

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

©3D科学谷《上篇-3D打印与液压白皮书2.0》，《下篇-3D打印与液压白皮书2.0》

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。

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。

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

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Desktop Metal P1设备技术参数©Desktop Metal

根据3D科学谷的市场了解，液压阀的阀芯主要有滑阀和锥阀两种，阀芯在阀体内需要运动，因此间隙的大小需要保证良好的密封性和较小的运动阻力。加工过程是充满挑战的，其中在液压比例阀的加工中，譬如如果阀芯的圆柱度变形误差跳动，阀芯与阀孔的配合中，两者之间控制间隙量沿圆周分布不均匀，易造成润滑膜破坏，产生阀芯磨损和运动卡滞力干扰，这个问题在液压加工工艺方面一直是一大挑战。

液压阀体与阀芯的公差与配合mm© 《液压阀与阀芯的加工》

阀芯与阀孔的配合表面一般要求表面粗糙度Ra值为0.1~0.2μm。考虑到孔的加工比外圆困难，一般规定阀芯外圆的表面粗糙度Ra值为0.1μm，阀孔内圆表面的Ra值为0.2μm。

根据3D科学谷的市场观察，2021 年 10 月 14 日，大规模生产和增材制造解决方案商Desktop Metal宣布已批准将镍合金IN625 (IN625)用于其制造系统（Production System）平台，该平台利用正在申请专利的 Single Pass JettingTM (SPJ) 技术旨在实现金属增材制造行业的快速构建速度。

IN625 是一种镍铬高温合金，具有高强度、抗腐蚀和抗氧化性、具有出色的可焊性以及承受载荷部件的极端高温的能力。IN625 是一种广泛用于高温航空航天应用的关键材料，同时其在一系列温度和压力下的耐腐蚀性也使其成为船舶、发电和化学加工应用的绝佳选择。

根据3D科学谷的市场观察，收购exone后，Desktop Metal 预计在未来几个月内其的材料组合将继续快速扩展，以此加快部署Desktop Metal的增材制造AM 2.0 解决方案，以在越来越多的行业和应用中大规模生产最终用途的金属零件。

Desktop Metal 的材料科学团队根据 ASTM 测试要求在Desktop Metal的生产系统上打印了合格且完全表征的 IN625。在Desktop Metal的生产系统平台上打印IN625 零件不仅使得多个零件作为结构一体化零件制造出来，而且最大限度地减少了材料浪费，与传统制造方法相比，生产时间和零件成本也显着降低。

Desktop Metal的生产型3D打印机

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。

此外，我们很容易好奇IN625镍铬高温合金作为难加工材料，通过粘结剂喷射3D打印技术制造将给制造业带来怎样的颠覆？

 突破更多

除了液压阀芯，IN625镍铬高温合金的应用场景很多，根据3D科学谷的了解，包括如下：

Desktop Metal的生产型3D打印机

涡轮叶片

涡轮叶片是航空航天工业燃气轮机或蒸汽轮机中使用的关键部件。由于其复杂的几何形状，包括优化空气动力学的有机曲线和确保叶片保持最佳温度的复杂冷却通道，这些叶片是批量生产中最具挑战性的部件之一。Desktop Metal的生产系统可以 3D 打印此类几何形状，否则使用传统制造方法进行生产将具有挑战性，并且需要先进的铸造和机械加工技术。IN625 是这些叶片的理想材料，因为它具有高拉伸、蠕变和断裂强度、疲劳和热疲劳强度以及耐腐蚀性。

阀体

阀塞用于调节化学加工环境中的强腐蚀性流体，在这些环境中，IN625 在一定温度范围内的耐腐蚀性使 IN625 成为绝佳的材料选择。传统上，这些零件将使用铸造生产，然后是为了得到关键尺寸精度的CNC后加工步骤。由于 IN625 是一种难以加工的材料，并且零件具有复杂的几何形状和有机曲线，因此传统的制造工艺将非常昂贵，而且模具交货时间长。Desktop Metal的生产系统可以按需生产多种配置的阀体，而无需为每种配置配备独特、昂贵的铸造工具，从而大大降低了生产成本。

内部燃烧区零件

飞机发动机中使用的燃烧区零件通常具有极其复杂的几何形状，这超出了大多数机加工车间的能力，并且需要多种加工设置和高级 CAM 编程。使用Desktop Metal的生产系统，该部件无需任何模具即可打印成近净形状，并且只需最少的加工设置即可在短短几个小时内修改关键的内部尺寸。此外，由于该燃烧部件在燃烧阶段承受极高的力和温度，因此 IN625 是理想的材料选择，因为它在这些环境中具有令人难以置信的材料特性。

四通阀壳

发电厂中用于处理腐蚀性流体的阀体通常具有复杂的内部特征，这使得它们难以或不可能使用传统制造工艺作为单个组件进行制造。IN625 是这些外壳的关键材料，因为它具有耐用性和耐腐蚀性。Desktop Metal的生产系统的SPJ 技术喷射使得该组件可实现结构一体化，减少零件数量、组装劳动时间和生产外壳的成本。

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 计划在其产品组合中添加更多金属，包括工具钢、不锈钢、高温合金、铜等。

关于3D打印在液压领域的应用前景剖析，请参考3D科学谷发布的《上篇-3D打印与液压白皮书2.0》，《下篇-3D打印与液压白皮书2.0》，关于3D打印在高温合金领域的剖析，请参考3D科学谷发布的《3D打印高温合金白皮书》。

Additive Manufacturing Conference增材制造国际会议 (ICAM) 是 ASTM AM CoE 的旗舰活动，每年举行一次。这是一个交流关于增材制造材料和组件的想法的论坛，重点是行业标准、设计原则以及资格和认证标准。ICAM国际会议设计有多个专题讨论会，吸引了来自增材制造所有适用领域的利益相关者。2021年ICAM召开在即-11月1-5日，（该活动可通过https://amcoe.org/ewd选择Additive Manufacturing Conference，或直接访问https://amcoe.org/icam2021，注册付费成功后在线播放。

l 备注：

- 选择您计划参加的以上项目，在Discount Code区域输入优惠码3DSV可享受官方给予的折扣优惠。在线付费为美元。（国内信用卡可用）。

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根据3D科学谷的市场观察，弗劳恩霍夫Fraunhofer IFAM 与 ExOne 在金属粘结剂喷射开发方面的关系跨越了二十多年。他们自 1998 年左右开始合作，当时 ExOne 是 Extrude Hone 的一部分，推出了世界上第一个商用金属粘结剂喷射系统 RTS-300。近年来，他们共同改进和优化了 CleanFuse，这是一种基于 Fraunhofer IFAM 开发的 ExOne 粘结剂。结果是一种清洁燃烧的粘结剂，用于不锈钢和优质金属的最佳 3D 打印。

© 德国不来梅Fraunhofer IFAM

快速升级产品

CleanFuse™ 金属粘结剂是一种清洁燃烧粘结剂，用于优化不锈钢和优质金属的 3D 打印。

弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所（Fraunhofer IFAM），是最先进的制造技术和先进材料研究所之一。近日，Fraunhofer IFAM这家欧洲重要的独立研究机构宣布，在 CleanFuse™ 金属粘结剂取得成功之后，他们正在深化在粘结剂和材料开发项目上与Exone的合作伙伴关系。

根据3D科学谷的深度了解，当Fraunhofer IFAM开始在 Innovent 上进行开发后，很快意识到取得了重大突破。ExOne 立即对Fraunhofer IFAM的开发充满热情，因为打印结果具有出色的生坯强度和低固化温度下的清洁烧损。Fraunhofer与 ExOne 一起改进了粘结剂，即现在的 CleanFuse。

Fraunhofer IFAM 和 ExOne 的合作关系继续走向深化，目前正在开发用于处理铝和钛等反应性材料的 CleanFuse 版本。

 协作带来技术快速迭代与创新

根据ExOne，通过Fraunhofer的合作，发现Fraunhofer独特的协作力量——将各种专家和知识聚集在一起——以最好的方式解决复杂的问题。在粘结剂领英，Fraunhofer IFAM 一直是Exone领先的合作伙伴——帮助Exone更好地了解粘结剂、不同类型的粉末，以及如何在从打印到最终烧结的整个工艺链中协同工作以提供优质零件。

Fraunhofer IFAM 在金属和聚合物材料的开发和加工以及增材制造技术（尤其是基于烧结工艺）的全面知识方面拥有强大的基础。该研究所位于德国不来梅的地点配备齐全，可进行基于烧结的增材制造，并提供用于金属零件的打印、脱粉、脱脂和烧结的所有技术。研究人员在金属粉末、粘结剂及其相互作用方面拥有特殊的专业知识。

对于金属粘结剂喷射领域的研究和开发，Fraunhofer IFAM使用一系列 ExOne 打印机（从 Innovent+ 开始）进行材料和工艺开发。三台打印机采用 ExOne 获得专利的三重高级压实技术 (ACT)，可提供行业领先的绿色部件密度。最近，该研究所已将 X1 25Pro 生产速度金属粘结剂喷射系统投入运行，以研究在试生产和试生产环境中的可行性。

根据3D科学谷的了解，Fraunhofer IFAM 是欧洲最重要的粘结剂粘结技术、表面、成型和功能材料独立研究机构之一。研发主要针对对未来可行性具有特殊意义的行业：航空、汽车、能源技术、医疗技术和生命科学以及海事技术。在Fraunhofer IFAM 研究所的五个地点——不来梅、德累斯顿、斯塔德、沃尔夫斯堡和不伦瑞克——以及位于黑尔戈兰的海事技术测试中心——Fraunhofer IFAM将Fraunhofer之道付诸实践：科学卓越、专注于技术应用、可衡量的效用为客户提供最高质量的服务。

而ExOne是业界熟悉的粘结剂喷射 3D 打印技术的先驱。自 1995 年以来，Exone一直致力于解决棘手的问题并实现改变世界的创新。ExOne的 3D 打印系统可将粉末材料（包括金属、陶瓷、复合材料和沙子）快速转化为精密零件、金属铸造模具和型芯以及创新的工具解决方案。工业客户使用Exone的技术来节省时间和金钱，减少浪费，提高他们的制造灵活性，并实现曾经不可能实现的设计和产品。

 跨界合作创造多赢局面

Fraunhofer的研发实力来自于每家研究所独树一帜的建树，还来自于研究所之间的合作，Fraunhofer旗下研究所之间的合作是一种常态，在增材制造领域，Fraunhofer IFAM研究所还参与了位于亚琛的Fraunhofer ILT激光研究所发起的futureAM项目。

futureAM – 新一代增材制造”是于2017年11月推出的，旨在将金属部件的增材制造加速至少10倍。重点呈现从订单到完成金属3D打印组件的数字和物理增值的整体视图，目标是向增材制造的新一代技术迈进。在亚琛Fraunhofer ILT的领导下，另外五个Fraunhofer研究所（IWS，IWU，IAPT，IGD和IFAM）参与该项目。

Fraunhofer的六家研究所于2020年11月结束了futureAM项目，并共同实现了系统技术、材料和过程管理以及连续数字化方面的技术飞跃，从而提高了整个过程链中金属增材制造的效率和成本效益。

futureAM项目© 亚琛Fraunhofer ILT

ACAM亚琛增材制造中心

解锁3D打印潜能，领略ACAM在世界范围内的最前沿的增材制造研发技术与应用案例带到中国市场，共同推动增材制造行业的发展。欢迎莅临2021年9月9日至11日在深圳新落成的深圳国际会展中心举办的formnext + PM South China 深圳国际增材制造、粉末冶金及先进陶瓷展览会上ACAM与主办方共同举办的以“discover 3D printing”为主题的专业研讨会。为方便中国听众理解和现场感知discover3Dprinting-3D打印发现之旅论坛所分享的精华内容，本次大会由ACAM中国董事王晓燕女士（Kitty Wang)全程主持，总结介绍，欢迎扫描报名二维码预定您的参加。

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