专家访谈：增材制造技术首席执行官 Joseph Crabtree，谈为何后处理对 3D 打印至关重要

后处理经常被描述为 3D 打印的“肮脏的小秘密”。作为 3D 打印过程中必要但高度手动且劳动密集型的部分，后处理对于希望扩大增材制造 (AM) 业务的公司来说仍然是一个巨大的挑战。然而，这一切都可能改变，这要归功于后处理自动化的进步。

在本周的专家访谈中，增材制造技术 (AMT) 的首席执行官 Joseph Crabtree 加入了我们，该公司是一家总部位于英国的公司，致力于开发自动化后处理解决方案。我们与 Joseph 一起讨论了为什么后处理很重要、AMT 的后处理技术如何运作以及该行业的未来会怎样。

你能告诉我 AMT Technologies 的情况吗？

我们于 2017 年在英国谢菲尔德成立，我们的设施包括研发运营、技术支持、销售和应用程序开发。

我们在匈牙利拥有一家全资制造工厂，我们在那里进行所有工程、设计工作和制造。这是我们非常独特的销售主张——我们在内部进行所有设计和制造。我们刚刚在德克萨斯州奥斯汀开设了一个占地 20,000 平方英尺的工厂，该工厂将服务于美国市场，我们还刚刚在亚太地区雇用了我们的第一位员工。我们正在全球范围内快速扩张。

该公司的目标是真正实现工业增材制造。因此，到目前为止，公司一直在定期将 AM 用于原型，并过渡到小批量生产应用，但实际上，我们正在尝试做的是帮助将 AM 技术从小批量应用扩展到完整的工业能力。我们想让 3D 打印成为传统制造的可行替代方案。

老实说，作为一个行业，我们离这个目标还有很长的路要走。使用了很多流行语，但实际上，今天最大的问题是 3D 打印机。每个人都专注于开发更大、更快、更好的打印机。这只是谜题的一部分。人们开始更多地关注正在打印的材料，以降低成本并提高材料可用性。

但挑战仍然存在，即在过程结束时从 3D 打印机上取下的零件通常不适合最终用途零件。

当我们谈论最终用途零件时，我们谈论的是可用于医疗行业外科手术或鞋类、航空航天内饰应用、引擎盖下汽车的零件应用，或空间应用，例如。这些示例都不能直接从 3D 打印机使用，除非您对它们进行后期处理或完成。

直到现在，这一点一直被忽视，因为重点一直放在 3D 打印机上。生产少量零件并不是什么大问题。这里的权衡是，虽然手动完成零件增加了成本，但这些零件的利润率更高。

现在公司正在评估生产应用的增材制造，在更高的产量下，利润率绝对是至关重要的。当后处理可以占到零件成本的 60% 时，它就会变得令人望而却步，需要采取一些措施。

我们公司专注于后处理链，以及什么我们的意思是印刷后的一切。因此，对于粉末基增材制造，这包括零件的去粉阶段和表面改性，这意味着平滑、密封、着色和以其他方式增强零件的性能。

最后一步是检验和质量控制。 AMT 将流程链中的所有这些步骤与自动化的端到端解决方案结合在一起。这是一种与技术无关的方法，因为我们使用所有 3D 打印技术。

我们还专注于聚合物，特别是热塑性聚合物，本质上是基于粉末床和挤出的技术。我们的系统验证了超过 95 种聚合物。实际上，我们的目标是为零件提供端到端的自动化系统。

现在有了 DSM Venturing and Foresight Group、Williams Advanced Engineering 的投资，我们实际上可以完成我们的工作称为“聚合物部分生态系统”。所以本质上，我们正在做的是第一次考虑整个生态系统。我们看材料，我们看如何设计用于3D打印的材料，然后根据材料选择优化打印过程。

从根本上说，我们正在做的是材料科学，结合机械工程和自动化。后处理阶段可以定制打印部件的机械性能，与直接从机器上分离的部件相比，整体机械性能得到改善。

将所有这些结合起来对我们来说绝对是至关重要的，这就是为什么我们所有的系统都是工业系统，专门针对工业最终用户。

公司目前在后处理方面面临哪些挑战？

最大的问题是缺乏意识。因此，直到最近，公司不仅不了解 3D 打印，而且他们也不知道一旦获得 3D 打印机，就必须对零件进行一些后处理。

这是一个非常困难的情况，因为 3D 打印机制造商永远不会向您出售打印机并说初始输出质量很差，因此，您将不得不购买额外的部件的设备。

他们从不谈论后处理，但后处理的时间和成本远远超过通过提高打印速度所获得的任何好处。我们希望为打印机制造商提供进一步的市场渗透，让他们能够为客户提供完整的解决方案。

这是没有人真正想谈论的事情。这意味着教育在这方面是一个挑战，特别是对于那些现在进入市场的客户。

因此，第一次购买3D打印机的公司可能对3D打印知之甚少，现在面临着后处理的挑战。因此，它是关于教育最终用户并向他们展示这不是您需要购买的一系列离散的独立机械产品来完成此过程，例如，一键式按钮解决方案，因为也许某些宣传视频会让您思考。

第二个重要方面是市场上没有其他技术，除了我们的，是真正自动化的。是的，有后处理技术，但通常情况下，它们是对非常知名技术的重新组合。它们都不是数字的。

目前，您需要熟练掌握所有需要这种“黑魔法”才能运行的细微操作。所以这确实是一个重大挑战。而且，目前，没有任何真正创新的后处理选项以及数字激励措施。

最大的单一挑战，就我们所见的技术而言，正在去粉。没有人想出一种不需要人工干预的真正自动化的拆包和去粉解决方案。这是一个真正的挑战。这不仅仅是一个去粉和自动化的挑战，它还是一个机器学习、机器分类的挑战，而这些都是我们正在应对的共同挑战。

您认为我们会实现全自动脱粉解决方案吗？

我们正在与合作伙伴合作，为此开发真正的解决方案。这对他们来说是一个很大的解锁，因为同样，如果你有你的粉床并且你需要移除你的零件，目前除了手动之外别无他法。即使是传统的翻滚解决方案仍然需要大量的人工干预，因为人类非常擅长的一件事是精细和困难的操作：识别事物（例如零件上的粉末），在不破坏零件的情况下去除所述粉末以及对零件进行分类等。我们正在努力使这些步骤自动化，以提高时间和成本效率。

您的 PostPro3D 技术如何工作？

PostPro3D 是我们的核心技术。它基于获得谢菲尔德大学许可的知识产权，然后在 Innovate UK 的资助下开发。它在基础研究方面已经发展了大约 8 年，其次是工业研究。

这是一种化学蒸汽平滑工艺，使用专有化学品来平滑 3D 打印聚合物部件的表面。

通过平滑表面，我们不仅仅意味着使其美观，我们实际上是在设计零件的表面。化学溶液密封表面并去除零件的孔隙。它还可以防止进水或进气，实际上提高了机械性能。结果是部件具有高断裂伸长率和更好的疲劳特性。

除此之外，还有我们可以加工的所有弹性材料，例如即使使用机械方法也无法加工的材料。 PostPro3D 可以对使用高度工程化的聚合物（如 ULTEM、尼龙、TPU 和 TPE 等）打印的零件进行后处理。

PostPro3D 是我们推向市场的第一台采用表面改性技术的机器。它是一种为工业最终用户设计的工业设备，其处理室尺寸接近 100 升，以处理更多数量的零件。

我们还推出了 PostPro3D Mini。它的物理尺寸是 PostPro3D 的三分之一，便宜得多，但使用相同的旗舰技术将使用范围扩展到研究机构、较小的服务机构和可能只有一台打印机的人。而且这些人可以使用适当的价格，因此他们可以在承诺进行更大的操作或扩展操作之前尝试该技术。

我们流程的好处是我们所有的零件和加工过程都具有经过循环毒性测试，目前正在通过 FDA 医疗批准等。因此，当我们谈论受监管的工业最终用途应用时，这一点非常重要。

此外，对这项技术的补充是我们的着色技术。我们拥有独特的、正在申请专利的着色技术，这使我们能够同时为零件着色和平滑，因此您可以在平滑的同时添加颜色。然后，这也打开了各种各样的其他应用程序。

另一方面，我们有我们的去粉系统，正如我提到的，我们目前正在与我们的一些生产合作伙伴公司进行试验。这些使我们能够自动打开粉床的包装、脱粉并从粉床 AM 系统中取出零件。

最终，我们必须将它们联系在一起。我们已经与诺丁汉大学合作开发了计量学或检查系统，聪明的部分实际上是在算法和机器学习中，而不是在硬件中。所以它们的成本很低，这意味着我们可以在我们的流程中根据我们的系统和质量检查部件使用它们。

最后一部分是端到端自动化，我们称之为数字制造系统或 DMS，它使我们能够实现整个过程的自动化。

您提到您已经用您的解决方案验证了 95 种聚合物。您是否考虑将来使用金属零件？

很好的问题。我的背景实际上是在冶金。我毕业于谢菲尔德大学金属增材制造领域。

但是，虽然金属是我的背景，但我选择了聚合物，因为它们更容易处理。金属是一个很大的挑战，因为需要工业类型的工艺。

我们已经申请了金属后处理的知识产权，我们已经开发了准金属部件的解决方案。例如，Desktop Metal 的技术是在聚合物载体中基于挤压的工艺，其中夹有一个金属部件。因此，我们实际上拥有 IP 并且能够在桌面金属零件烧结之前对其进行平滑处理，然后我们可以对未固化的部分进行平滑处理。当它出来的时候，你有一个漂亮的光滑金属棒。

您最近的一轮投资对公司未来的发展意味着什么？

这完全是变革性的。从我们存在的第一年起，我们就一直是一家创收公司，这非常重要，因为这意味着产品与市场的契合度很高。所以我们不会开发不需要的东西。

这笔资金使我们能够做的是加速我们的全球增长。它使我们能够完成我们在奥斯汀的工厂并适当地扩展到亚太市场和欧洲。

但更重要的是，与其他公司不同，这笔资金使我们能够保持不可知论。

我们之所以选择帝斯曼作为材料化学公司，是因为我们想保持不可知论。这使我们能够获得他们在传统和增材制造方面享有盛誉的所有材料和化学专业知识，但是，从本质上讲，它还使我们能够推动一个完整的工业 AM 生态系统，这只会使我们受益。

但另一方面，我们有 Foresight Group，威廉姆斯，这是一家价值 10 亿英镑的风投公司。这使我们能够访问他们所有的材料化学、分析专业知识、过去 50 年的一级方程式工程出处，以及所有数据分析、工程成本、产品优化、设计优化等。最后，Foresight Group 使我们能够访问巨大的VC力量资本市场。

另外，通过销售渠道，它为我们提供了一个销售、营销和潜在分配的网络，这是准备好了。因此，它确实加速了我们扩大规模的旅程。

我们已经谈了很多关于后期处理的挑战，以及你如何解决这个问题。抛开话题谈谈 3D 打印，您在该行业中仍然看到哪些仍可能成为潜在进入壁垒的挑战？

对我们来说，同样的挑战。希望采用 3D 打印的公司面临着如此多的选择。这真的是为了打破围绕它的炒作。没有那么多的营销炒作，但仍然有很多。

此外，我仍然认为最大的挑战之一是对于许多公司来说，这项技术还没有准备好押注。例如，如果您今天购买一台 CNC 机器，您明天就可以加工零件——并且加工零件的质量非常高。同样，如果你买了一台注塑机并有一个工具，你也可以这样做。我稍微简化了一点，但从广义上讲，这是增材制造行业面临的挑战。

如果您购买 3D 打印机，材料，所有这些考虑的设备；你仍然无法制造出高质量的零件。我认为这就是问题所在：例如，我们还远未达到可以制造 100 万个零件的流程。

我们在Formnext的展台就是一个完美的例子。我们正在建造超过六个半千个单独的 3D 打印部件，由铝部件连接。该结构为 4 米 x 6 米 x 14 米。这是一个巨大的结构。你突然问自己，为什么以前没有人做过，问题是，因为从可重复性和再现性的角度来看，6000 个相同或合适的组件很难做到。需要一个月的开发时间才能达到稳定流程的程度。

所以说真的，当我们接近过程稳定、具有可重复性和再现性的点时，这就是我们实现工业过程的地方。

另一件事是，我们需要停止将 3D 打印视为批处理。而是将其视为一个连续的过程，具有完整的生产线和端到端的自动化。

我认为部分问题在于，很多人对 3D 打印的关注太久了，看着它长大。然而，我们现在看到了一场新的革命，人们真正将其视为一种工业技术，但为了使其真正发挥作用，需要进行思想转变。这就是我们公司如此幸运的原因，因为并不是每个人都来自 3D 打印。所以我们为这个过程带来了一个非常不同的视角。

您能分享一下您是如何在 Formnext 上搭建展台的吗？

今年我们有一个86平方米的展台，它几乎像一个格子结构。每个节点都是一系列相互连接的 3D 打印部件，我们从这些形成立方体的单独组件构建结构，立方体形成了 4 米高的结构。但关键是，它非常轻巧。整个结构重量不超过120公斤。

我们相信这是第一次有人尝试这样做。如果没有后期处理，实现起来将是极其困难的。显然，我们正在使用我们的公差螺纹接头、复杂的内部几何形状等等。这里的关键是，如果没有我们开发的技术，我们将无法生产这种产品。我们本来可以打印零件，但无法完成它们并使它们达到实际构建某些东西所需的正确质量。

您个人对任何令人兴奋的趋势或发展感到兴奋吗？

我很高兴人们将后处理视为一个问题并希望对此做些什么。很高兴看到后期处理终于得到认真对待。

在 AMFG 的 AM 行业格局中，有趣的是看到有 2 或 3 家后处理公司。对我来说，这是一个很好的视觉表现，即在所有 3D 打印公司中，只有少数公司在进行后期处理。

但是人们肯定会更多地谈论它，而教育在这里确实势在必行。因为如果你不知道它，你就不知道这是一个问题。因此，我们需要在销售之前进行教育，并就用户的需求进行自我教育。

另一个令人兴奋的趋势是，我们现在看到工业参与者进入市场，我指的不是打印机制造商，我指的是该技术的用户。所以公司真正在寻找 3D 打印应用，现在正在认真考虑 3D 打印，这是一个很好的趋势。

最终，我们需要关注现实生活中的应用程序——它们可能不像以公关为重点的高调应用程序那么令人兴奋，但它们表明该行业正在成熟。

我给你打个比方：上一次有人来找你说，“看看这个注塑件，看看它有多棒”是什么时候。你不在乎，没有人在乎，只是无所谓。这就是我们需要摆脱头脑并继续使用新技术的原因。没有人会知道其中的区别的时候会到来。

我们已经开始了，我们向人们展示，“看，这是一个注塑件”，他们甚至不眨眼。然后我们向他们展示我们经过后期处理的 3D 打印部件，他们说，‘天哪，太棒了’。我们需要克服这一点，并能够接受它作为另一种制造技术。

AMT 未来 12 个月会怎样？

在我们的扩张和收入方面，未来 12 个月将出现非常快速的增长。

我们还将在明年底推出我们的端到端 DMS 系统，这将包括去粉、平滑、着色和检查——完全自动化。这确实是我们进入 2020 年的重点——将这些元素联系在一起，因此我们可以真正提供真正意义上的端到端后处理系统。

要了解有关 AMT 的更多信息，请访问：https://amtechnologies.co.uk/