Digital Alloys CEO Duncan McCallum谈Joule Printing与金属3D打印未来

过去一年金属3D打印的崛起有目共睹。随着新玩家快速涌入市场，Digital Alloys是推动这一变革的公司之一。成立于2017年，Digital Alloys开发了专利的Joule Printing技术，用于高速金属增材制造。该技术承诺更快的生产速度、更低的成本，以及媲美传统制造的高质量零件。公司今年成功完成1290万美元B轮融资，似乎已做好颠覆金属3D打印市场的准备。

我们采访了Digital Alloys首席执行官Duncan McCallum，深入了解Joule Printing技术及他对金属3D打印未来的看法。

首先，我要谈谈我们要解决的问题：如果你想用3D打印进行生产，目前几乎没有好的选择。因为系统太慢、生产成本太高、工艺太复杂，难以持续获得高质量的金属零件。

我们通过Joule Printing解决这些问题。该技术使用金属丝，相比粉末等材料成本低得多。金属丝被送入精密运动系统并精准送丝。丝尖移动到零件的起始打印位置并接触零件。然后电流通过丝尖进入接触处的零件，使丝尖熔化。物理学上这叫电阻加热或焦耳加热——就像烤面包机的发热丝。

Joule Printing技术有哪些优势？

焦耳加热是从金属内部加热。由于没有热时间常数，金属能极快升温且能耗极低。这意味着没有热力学速度限制；我们能以精密运动的速度打印。我们的目标是年底前达到5-10公斤/小时。极高的速度加上低廉的原材料成本，使整体生产成本大幅降低。

此外，你可以精确监测熔池发生的一切——确切知道熔池位置、投入金属量和施加热量。我们利用这些参数实时闭环控制，并采集工艺数据供离线分析。

结果是：系统能以极快速度、高质量、低成本打印金属，在许多应用中比传统制造更便宜。

Joule Printing与市场上其他金属AM系统相比如何？

需考虑其他三类技术。第一是最流行的粉床熔融（PBF）。PBF铺展金属粉末薄层，用激光或电子束熔化。

PBF的挑战在于：粉末极其昂贵且过程浪费大，导致材料成本极高。熔化速度受限：自上而下加热，需等待热量穿透粉末。就像烤火鸡——总要几小时。火力过大只会烤焦表皮。同理，PBF功率过大只会汽化粉末。总体而言，这是一种昂贵且复杂的制造方式。

第二类是粘结剂喷射。该技术针对速度问题，使用低等级粉末，成本较低，但仍远高于金属丝。系统逐层喷射胶水构建“生坯”，胶水约占20%。随后需化学浴脱胶、烧结炉烧结，期望收缩20%达到全密度金属。

该工艺对小薄壁件（小于棒球大小）效果不错。但壁厚超1厘米时，热量难以传递足够，无法烧结至全密度。且厚壁收缩20%尺寸变化大，难以保证精度。因此该技术不适合壁厚超1厘米或大尺寸零件。

第三类是定向能量沉积（DED），特别是丝材系统。虽也用丝材，但通常是3毫米粗丝，用激光、电子束或电弧熔化，类似电弧焊。

这些系统虽速度较快，但分辨率是挑战。熔融金属滴落或喷射到打印线上，打印线远比丝材粗，只能打印粗糙、低分辨率零件。且熔融金属滴落/喷射使悬垂结构难以打印，几何受限。DED设备通常昂贵，因需大功率熔化金属。因此多用于机身大型零件，不适合高分辨率需求。

所以Joule Printing旨在解决所有这些问题？

是的。解决速度、生产成本和质量三大问题。

除了速度、成本、质量，企业采用金属3D打印生产还面临什么挑战？

关键在于审慎匹配技术与应用。必须明确要解决的问题，选择合适工具。就像传统制造：并非所有金属零件用同一工艺。有的机加工、有的锻造、冲压或铸造。没有放之四海而皆准的方案。金属3D打印同理。

您如何看待未来5年金属3D打印的演变？

若目前金属3D打印约20亿美元规模，我预见5年内将达300亿美元。

这源于3D打印三大核心优势：一、省时——从设计直达零件，无需制模；二、实现传统工艺无法达成的复杂几何；三、选对技术匹配应用，可大幅降低生产成本。

Digital Alloys将在演变中扮演何种角色？

我们将扮演关键角色。对于大类零件，我们比传统制造更便宜。这意味着客户无需重新设计零件或做其他改动，即可用我们的技术降低生产成本。这极具吸引力。

Joule Printing瞄准哪些行业？

我们以打印服务起步，目标2020年初发货打印机。首批应用聚焦于相对传统制造能降本的领域。特别是难加工金属的机加工零件：钛合金、工具钢、镍合金、不锈钢。

Joule Printing可打印近净形零件，消除废料和粗加工，节省巨大。例如航空航天、医疗器械、船舶用钛合金件。第二是工装：工具钢难加工，但3D打印可集成共形冷却通道，如压铸嵌块内置冷却通道，加速冷却缩短周期。客户涵盖汽车、消费品、航空航天。

观察增材制造，有什么趋势最让您兴奋？

从原型走向生产。这无疑是当前最大趋势。

Digital Alloys的未来蓝图？

2019年建首座工厂。生产不仅关乎技术，还需招聘培训操作员、建立供应链、质量保证、认证、法规合规等。我们先行摸索，为客户铺路。之后计划2020年初开始发货打印机。

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