One Click Metal公司让中小型制造商用得起金属3D打印

过去，要想把金属加工成型，需要开动大型的锻造炉，以超高的温度对原矿进行加热，然后通过导管将熔融的合金热液引入硅模具中冷却。而如今，制造商采用激光粉末床熔融（LPBF）工艺，就可以在省去这些麻烦和能源消耗的情况下实现类似的效果。该工艺是一种通过注入纯化金属粉末进行金属增材制造的方法。

尽管3D打印机不论是在学校还是在工厂车间等场所都随处可见，但金属3D打印并不那么普及，部分原因是打印金属的成本实在太高了，可望而不可及。过去十多年来，金属3D打印工艺已经稳步成熟，但使用起来还是比主流的3D打印复杂，而且需要依靠大型复杂的机器。

德国公司One Click Metal（“一键金属”）希望改变这一切，于是开发出一种名为BOLDseries的金属增材打印系统。这个系统不仅不会影响制品质量，而且既经济实惠又便携，并易于使用，One Click Metal的使命是提供快捷实惠的方式，帮助成千上万撑起欧洲经济的中小型制造商为各种高性能产品和零件制作原型，以便在设计系列部件的过程中充分发挥金属3D打印的可能性。

One Click Metal公司原为国际激光器和制造工具巨头通快（Trumpf）集团的研发单位。后来，通快集团的管理层看到了商机，认为可以将该集团在激光领域的专业知识转化为颠覆性的商业黄金，于是把研发单位拆分出来，成立独立的公司。

大多数3D打印机的原材料选自含量丰富的可模塑聚合物，也就是说，材料的组成成分与塑料相同。然而，尼龙、聚碳酸酯、苯乙烯等聚合物形成的多孔材料具有相对较弱的基础化学特性。金属打印就不一样了，像涡轮叶片和汽车发动机之类的重工业产品要求非常坚固的材料。只有金属才有可能提供坚固且可耐受工业级应力、热量和压力的晶状微结构。

One Click Metal的机器就像自动售货机那样大，使用的工业级金属粉末安全地装在标准的粉筒中。插入粉筒后，用户只要把在欧特克Netfabb之类的工具中创建的3D设计文件导入，或对设计文件进行调整，然后点击“打印”就搞定了。

其MPRINT 3D打印机具备200瓦的纤维激光器，可以以高生产力和高精度满足复杂的金属加工要求。MPUREpro机器则集两个功能为一体，一是卸下制品并通过直接接触粉末，从制品上除去任何未使用的粉末，二是通过集成的自动超声波筛网将加工剩余的粉末回收到可重复使用的料筒中。此外，MPRINT打印机也是多用途的，还可以制作打印机内部零件。例如，借助欧特克的Fusion 360软件，One Click Metal得以设计并打印出极为复杂的粉筒开关传动件。

“装配区空间有限，电机制造商规定的规格也有限制，所以我们只能用滑键来传送动力，”One Click Metal公司的首席执行官Gerrit Brueggemann说，“要么是用推压或拉削方法开键槽，要么是把滑键铣削到零件上。在这种情况下，增材制造设计和工艺是更好的选择。”

One Click Metal没有一体打印传动件，而是使用Netfabb来分块堆叠。该传动件经过精心设计，确保各分块可以堆叠起来，不会太难支撑。也正是出于这个原因，所有的分块都是一层层往上堆叠，每一层旋转180度，形成易于支撑的表面。“这样做大大减少了生产时间和成本，”Brueggemann说道。

One Click Metal进入金属增材打印市场的时机或许是恰到好处。去年，市场研究公司Grand View Research对全球金属3D打印市场的估值为35.2亿美元（折合人民币大约250亿元），预计2022年至2030年的年增长率为23.9%。该公司近期的研究报告显示，由于对快速原型制作和先进制造工艺的需求不断增长，金属3D打印从中获益匪浅。

美国航空航天局也加入了进来，表示其打算未来超过80%的火箭发动机将通过金属增材制造系统进行3D打印。埃隆·马斯克领导下的美国太空探索技术公司SpaceX也宣布了对金属3D打印的投资，借以扩大公司的制造能力。

建筑工程或将是下一个兴起的应用领域。2021年，英国伦敦帝国理工学院在荷兰首都阿姆斯特丹安装并启用了世界首座3D打印钢桥。

虽然One Click Metal及时进入市场，但这一路走来不乏重大障碍。该公司的商业模式取决于将金属3D打印的潜力带给中小型企业，使原本买不起的装备不再贵不可及，可以更容易地用来进行小规模生产。

长期以来，金属3D打印的主要障碍在于空间、费用、复杂性和安全性。但One Click Metal克服了这些障碍，通过云端协作工具将母公司的激光专家和供应链合作伙伴聚集起来，一起解决问题并提供互补的设计方案。

Brueggemann说：“我们确定了三个主要阻碍将金属增材打印推向更广阔市场的障碍。首先是金属粉末，这个问题处理起来很棘手，尤其是在小型企业中，其他的传统生产机器就在打印机旁边运行而已。可是出于质量的考虑，粉末是不能弄湿，也不能弄脏的。”

第二个挑战是如何设计出兼具功能性和经济性的金属3D打印机。第三则是开发出不需要大量培训就可以操作的机器。Brueggemann说：“我们知道，这种打印机必须容易使用。许多公司不会一开始就全天候使用，它们会先从最初的想法开始，比如制作可以最终成为产品的原型。站在行业的角度，初始投资成本一直是支持或反对金属3D打印成本的主要原因。”

为了解决上述障碍，One Click Metal的主要创新包括把金属粉末装在标准的粉筒中。如此一来，粉末无需处在暴露的环境下，从而保证质量，同时还可将粉末回收进行重复使用。

Brueggemann说：“整个工艺流程其实与市场上所有的LPBF机器是相似的，但我们知道，光是有个好的机器是不够的。这个工艺还很新，所以我们就把一切整合起来，以一键操作的方法为愿景，满足用户的需求。”

这些打印机给创新者留有很大的创新空间，目前最优的最大打印体积是150*150*150毫米。One Click Metal还使用其MPRINT打印机来制作一台工作无人机。这台无人机将多个飞行组件集成到一个高度复杂的金属形状结构中。

“我们有位员工是无人机飞行员，他想到了使用这台打印机来制作优化的金属无人机，”Brueggemann说道。One Click Metal找到了欧特克的衍生式设计团队咨询如何着手进行设计。“我们研究了无人机的所有组件，并尝试了不同的设计，试图将这些组件整合到一个机架中。Fusion360非常好用，为我们指明了可以优化并有助于控制成本的方法。”

随着公司为又一年繁忙的全球贸易活动和销售业务做准备，Brueggemann表示One Click Metal的成长关键将在于协作。

Brueggemann说：“在销售过程中，我们和我们的销售合作伙伴协助客户找出解决问题的合适解决方案，同时提供成本的计算和增材制造设计的建议。Fusion 360和Netfabb在这方面是理想选择，不仅功能最好，价格也最好，而且功能还会越来越好。”

他补充说，欧特克针对教育机构的计划提供了另一个价值来源。他说：“我们正在与大学和学生合作开展各种项目。如此一来，大家都可以使用相同的设计平台在云端一起作为一个团队工作。”