第33期：Ethan Escowitz谈Arris Composites增材模塑创新

在《CW Talks：复合材料播客》本期中，主持人兼《CW》主编Jeff Sloan对话Arris Composites（美国加州伯克利）联合创始人兼CEO Ethan Escowitz。Ethan讲述如何进入复合制造领域、作为Arris业务基石的增材模塑技术、其开发历程、最适合应用场景及公司近期研发进展。

访谈中Jeff和Ethan讨论了Arris在CAMX 2020发表的技术论文“复合材料与拓扑优化的融合，开启飞机轻量化结构新纪元”。论文概述Arris与诺斯罗普·格鲁曼合作开发复合支架替代金属传统支架的工作。

2020年9月30日播客采访Ethan Escowitz实录

Jeff Sloan (JS): 大家好，欢迎收听CW Talks复合材料播客。我是Jeff Sloan，《CompositesWorld》主编。这是第33期，嘉宾是Arris Composites联合创始人兼CEO Ethan Escowitz。将探讨Arris开发的增材模塑技术、目标应用、市场部署情况。Ethan还将分享从地质学家到复合材料领域的职业转型。你好Ethan，欢迎来到CW Talks。

Ethan Escowitz (EE): 你好Jeff，很高兴来到这里。我一直喜欢收听这些节目，今天能亲自参与很开心。

JS: 先谈谈Arris Composites。请简单介绍公司成立时间、初衷。

EE: 好，倒序说。2017年创立。此前我在传统制造领域深耕——模塑、成型、铸造等制造日常产品的技术；再往前十年多专注增材制造，涉足复合/金属/塑料领域。2017年初我寻找桥梁：如何将增材制造与复合制造的优势，结合高效量产日常产品的传统方法。2017年起开发工艺及机器要素。2018年上线早期原型生产系统。2019年构建稳健可重复生产要素。并行推进客户项目规模化。最高层面回答：将连续纤维复合材料的性能能力、此前不可能的几何形状，与复合领域开发的各种材料铺层方法融入自动化生产系统。

JS: 详细谈谈技术。你们称之为增材模塑，虽技术上属增材制造但不同于传统认知。请走一遍工艺流程，后续发布时会附带视频演示。

EE: 面对复合受众解释更易，概念皆熟悉。解析“增材制造”名称：许多方法如ATL本质上虽名异实同。顺此思路：有人称我们增材，有人不。归根结底，我们利用复合材料历史积累的方法。手工铺层铺路，ATL/AFP探索机电控制纤维取向。Fiber Forge等思想领袖探索自动预成型。我们关注如何在复杂部件实现复杂纤维取向。我们的机电系统生产近净形、复杂、连续纤维预成型组件，后续模塑固实步骤巩固。称模塑为后处理步骤。本质是全自动端到端制造单元。若称模塑为后处理可称增材制造；若称预成型为预成型工艺，可称模塑预成型技术——取决于你来自哪个行业。

JS: 后处理具体指什么？

EE: 两步：预成型步骤、模塑步骤。我们从增材制造预成型组件取名“增材”，从固实预成型组件的模塑步骤取名“模塑”。

JS: 预成型是将干法或预浸纤维直接沉积进模具？

EE: 我们使用热塑性预浸料。

JS: 自动沉积进模具再转入压缩工艺？

EE: 正是。

JS: 能否共模或家族模？取决于预成型件尺寸和零件大小？

EE: 注塑演化出的多腔模快速热循环为我们方法规模化经济性铺路。取决于项目量产规模决定腔数，零件尺寸也影响。我们许多零件原为多部件装配，无注塑树脂流动流道浇口复杂性、流动平衡问题，也无树脂传递法树脂富集区质量设计考量。预成型件在型腔内分布材料赋予全区域复合材料极佳均匀性，大幅降低新品模具压力和建立成本。这也凸显大尺寸零件实用性：可跨大面积分布材料，或通过多腔并行。

JS: 什么叫小、什么叫大？

EE: 我们为消费电子客户制造特征尺寸0.35-0.45 mm的对齐连续纤维零件，也制造8英尺长桁架。

JS: 材料是热塑性预浸料。预浸是自制还是采购已预浸原料？

EE: 两者兼有。自主浸渍适配多种应用，也与优秀供应商生态合作。材料公司功不可没：提供广泛成本性能材料，从低成本消费品树脂到航空航天级飞行认证树脂；纤维性能同样跨度大。

JS: 提到整合原多部件结构。这是甜点应用还是量产也适配？如何匹配？

EE: 好问题，无标准答案。实则涉及产品架构与新制造方法。原则上，替代件若按原设计为直接替换，最佳制造方式是同步制造相邻所有部件，消除离散制造步骤及装配成本。我们有客户成功案例。但有时客户无此纬度，尤其产品生命周期长、变更慢的领域。这也是我们从消费电子切入的原因——产品架构变更快，可探索部件整合偏离。并行推进车辆领域各资质认证步骤。理解我们在受监管行业主要做直接替换件。尺寸方面：大多腔模并行高速生产小件，比钛强得多且轻得多。大架构产品整合原装配线步骤，虽单件大复杂但常能显著推动复杂产品架构。不同部件类别对应不同策略。

JS: 客户视角如何寻找适配应用？客户是穷尽选项求助，还是主动寻找适配？

EE: 更多是客户看向复合材料，多数替代金属。也有替代复合材料案例。客户基于现有能力设计制造，遵循成熟的设计制造规则。我们与许多财富100强合作，他们拥有极精炼成熟的金属成型技术。我们引入复合材料可能性——实现此前复合材料未关联的形状和产率，开启“从哪开始”的有趣对话。此类对话多于“这是仅你能解决的问题”。常探讨：哪里能基于产品解锁显著竞争优势？功能需求何在？要更小？形状不同？天线窗口？嵌入电子？热管理？纯强度？对终端客户产品价值几何？寻找真正移动终端客户渴望度的切入点。

JS: 举例汽车航空航天适配应用。

EE: 汽车航空航天有许多结构支架，本质更复杂，未见如大平板2D/2.5D形状般复合创新。金属3D打印推广了拓扑优化支架形状。3D打印也催生优秀软件赋能OEM端自主设计。许多结构支架正是理想形状。我们沿零件载荷路径对齐纤维穿越3D结构，较金属3D打印大幅减重且具成本竞争力。部分应用减重50-80%。航空航天虽因高关注度令人兴奋，但汽车领域实现低成本门槛同时受益拓扑优化结构更令我们兴奋。汽车有大量冲压件装配成复杂形状，单件成本极低，但整体装配焊接成本高企，集成化产品架构极具吸引力。汽车利用率上升、车型更迭、电动化自动化驱动产品架构巨变。利用率升高下，汽车追随航空全生命周期成本成关键，利好轻量化架构。长话短说：有良好直接替换件，但最激动人心的汽车应用在几年内。

JS: 确认：你们提供零件结构制造服务，不销售技术本身？

EE: 消费电子领域直接制造。受监管行业另行处理：与多生产合作伙伴洽谈2022年上线资源，但今日在自有设施完成所有概念验证工作。

JS: 抛出几年后日期，假设有稳健融资支撑度过爬坡期？

EE: 消费电子当前已量产出货。受监管行业资质认证爬坡及基于生产环境扩产周期较长。但加州NPI设施活跃，与客户紧密协作发掘可能。内部先进仿真能力助力客户达成功能需求。大量NPI工作并行，已向客户量产出货装入其产品交付终端客户。与风投关系良好，亦接近盈利。

JS: NPI全称？

EE: New Product Introduction（新产品导入）。消费电子常设快速周转NPI设施，快速迭代满足客户需求，再转入高效量产设施。

JS: 回溯早期经历。你曾任职Arevo（加州），连续纤维增材制造先驱之一。Arevo工作内容及如何影响Arris？

EE: 非常关键。2014年金属3D打印股价狂热期遇Arevo联合创始人Hemant、Wiener、Kunal、Riley。Arevo基于“a revolution”命名，致力于结合对齐纤维与3D打印优势，发挥复合材料众所周知优势，聚焦超高性能空间拓展可能性。早期参与应用开发、客户协作，极大巩固我对这些材料可能性的信念。最终如开头所述，Arris旨在让这些材料普及化：如何利用高效量产方法，将对齐纤维能力植入制造方法，让材料广泛应用？

JS: 你非唯一创始人。合伙人是谁？何因促成？

EE: Eric Davidson和Riley Reese对创立至关重要，近四年持续贡献。Riley长期合作，是我验证材料性能、复合特性、规模化路径的首选。Eric 2017年中通过共同熟人识。背景独特：机械功底深厚且懂复合材料，能单枪匹马将实验室台架测试转化为制造优质零件所需精密机构，既懂计算机又懂CNC，成为早期研发向稳健方法规模化的关键人物。

JS: 更早：90年代中期佛蒙特大学地质学学士。非典型复合工程师教育。如何从地质走到复合？

EE: 其实可能典型——我们需要更多复合工程师。听众若纠结学术方向，去积累复合材料机械经验，会有大量工作。地质学有趣：工程起步，科学方法吸引我离开工程。复合材料回顾与地质不谋而合：地球织构、断层、失稳扩展点、层合、分层。有滑稽相似性。无神启。科学引领我进入研发、应用开发、业务开发领域。或许是科学创造力拉离传统工程。两者皆重要。需要精炼工艺的人，也需要创造性思考如何在通常增量推进的产品空间运用新方法。技术创意者与技术增量者皆健康。印证：听闻教育与从业常不一致，我算典型例证。

JS: 首次接触复合材料制造何时？

EE: 80年代末。第一份工作在Specialized自行车店。经销商，记得首款DuPont三辐轮、首款金属基体车架进店。Specialized“创新或死”理念，那时期有很酷创新。自行车店经历引导我读工程。直到2012年研发项目做标志性消费品复合部件初期开发，重燃复合兴趣——一个极小材料件对产品多么关键。几年后发现Arevo，深入学习对齐连续复合材料。

JS: 那标志性消费品不能透露？

EE: 正确。

JS: 谈谈增材制造全景。材料广泛多样，尤其不连续/连续纤维。如何评估当前格局、最大机遇与障碍？

EE: 聚焦复合领域。金属塑料迥异，技术成熟后各有适用工具，预期趋于理性。复合领域看：可回收性首位。若要广泛应用，从化学到加工影响经济性及可用性的能量流全链路、至寿命终结回收，须合理思考。这全周期是其他成熟高效传统技术占据行业份额的原因——非单纯赢应用，而是全生命周期。教育是另一大挑战。推动行业采纳新事物需要受过良好教育、背景扎实、有合适工具的人。这两是我见到的最大挑战。

JS: 回收议题：客户具体表达回收需求？有多大关切？

EE: 应用越大，全生命周期能量评估越重要。小应用或泛化说关注度低。但许多客户积极与我们、材料公司推动改进。公众需求强劲。研究显示可成本效益实现，尤其树脂体系性能显著提升且化学更清洁。方向正确。落地速度取决于诸多因素：苛刻工业/航天应用 vs 手机壳。决策空间大。但消费电子整体情绪倾向快速推进。

JS: 教育议题。高校全球范围培养熟悉复合材料工程师不足，虽在改善但需求巨大。若无法满足，招聘工程师看重何特质？除工程硬技能，复合制造环境中哪些特质最有益、其他学科不那么需要？

EE: 角色差异大，需不同性格。需要极增量条理的工艺开发者——他们是许多关键复合应用资质认证关键人格。也需要被最新炫酷事物吸引的创造者做3D打印新架构。也需要技术项目经理：扎实技术背景（机械/材料科学）加高组织敏感度。变革80%靠人20%靠技术。我们与大公司优秀内部创业者合作，离不开那些技术扎实的优秀沟通者。共同点：能有效沟通，无论处谱系哪端，与谱系另一端有效沟通。

JS: 何为有效沟通？

EE: 好问题。喜欢定义：“沟通是接收者接收的意义”。我如此定义。无论用词/文档/Slack/邮件/短信，若能让接收者获取意义并以此构建你所学，即优秀沟通者。

JS: 将脑中想法转化为他人易接受适配的格式。

EE: 让信息可执行。大公司创新经典挑战：海量优质信息散落各处，若有人串联碎片，创新自发。项目/项目经理将众人聚一室、萃取各自最佳、综合引导对话、产出价值核心。但不止于此：桌旁每人能将基于经验/学科独特洞见封装得极简，让其余者顿悟理解如何影响其他工作认知。

JS: 未来几年，Arris如何演进增长？目标与愿景？

EE: 聚焦助力合作客户制造此前不可想象产品，助其在市场取得大胜。极以客户为中心：客户赢即我们赢。由此形成令人生畏的生产管线，未来几年需大幅扩产。核心聚焦助客户推产品上市。此外，新产品架构蕴含最激动人心可能。部件整合、单件植入不同材料实现不止形状、超越复合常规的性能：连续纤维骨干为理想支撑，可植入金属/陶瓷等赋能超越复合的功能。这些通常不被视为复合部件的产品，是我们展望的方向：不再仅是复合特定公司，而是产品制造平台，将最佳材料置最佳位置，连续纤维复合仅为理想骨干支撑一切。

JS: 早前提到增设设施选址，考量？

EE: 客户在不同地组装产品。需按其供应链要求交付。航空航天、消费电子、汽车供应链截然不同。紧密配合客户确保符合供应链要求与高量产实操性。

JS: 谈谈CAMX 2020论文“复合材料与拓扑优化融合开启飞机轻量化结构新纪元”。论文描述Arris与诺格合作将金属支架重新设计优化制造。此举意义及对Arris未来含义？

EE: 论文中我们在80%减重下匹配3D打印钛合金刚度。飞机上可能有数百支架，如此减重充分说明连续复合材料进入复杂形状能力。清晰阐释飞机制造商/运营商商业价值所在。如前所述，支架非航天独有，减重价值在航天极高，许多形状创新始于此。也令人兴奋：可应用于所有受益于减重提升能效的结构和车辆。

JS: 该诺格支架会商业化上市？还是仅演示技术能力？

EE: 诺格具体支架不便置评。支架总体是我们主要应用，连续复合材料穿越复杂3D形状新能力赋能许多由3D打印/金属3D打印开创的支架设计，用更高比刚度材料减重航天，再用可规模化模塑技术推广至汽车等成本敏感应用。

JS: Ethan，故事精彩且后续更多。祝Arris未来几年一切顺利。感谢今日CW Talks分享。

EE: 我的荣幸。很棒的连接，Jeff。

JS: 再次感谢嘉宾Ethan Escowitz，Arris Composites联合创始人兼CEO。了解更多请访问arriscomposites.com。