像“華為造手機”一樣造3D打印機！實(shí)地探訪(fǎng)愛(ài)司凱杭州工廠(chǎng)

導讀：說(shuō)到3D打印領(lǐng)域中的“卡脖子”技術(shù)，核心零部件是首屈一指的，比如SLM選擇性激光熔融金屬3D打印機中使用到的激光器和振鏡系統，BJ粘結劑噴射砂型/金屬3D打印機中使用到的打印噴頭打印機。這些核心技術(shù)起初都掌握在國外企業(yè)手中。近年來(lái)，隨著(zhù)國內極少數企業(yè)在核心零部件領(lǐng)域的持續研發(fā)，終于取得了突破，安裝了國產(chǎn)核心零部件的3D打印機也應運而生，愛(ài)司凱則是取得這一突破的典型代表。

2024年5月，南極熊實(shí)地走訪(fǎng)了砂型3D打印機生產(chǎn)廠(chǎng)商愛(ài)司凱的杭州工廠(chǎng)，深入了解了這家公司是如何走上3D打印之路的打印機。

△愛(ài)司凱董事長(cháng)李明之（左）、南極熊潘學(xué)松（右）打印機，位于愛(ài)司凱杭州工廠(chǎng)

靠CTP設備起家做到全球前三

本次南極熊實(shí)地探訪(fǎng)，受到愛(ài)司凱董事長(cháng)李明之先生的親自接待，他帶領(lǐng)我們參觀(guān)了愛(ài)司凱的研發(fā)和生產(chǎn)大樓打印機。李明之告訴南極熊，其實(shí)愛(ài)司凱最早是做計算機直接制版機（CTP）起家，這是一種將數字化的印前圖文信息直接轉移到印版上的設備，這些設備主要用于報紙、雜志等需要大批量印刷的領(lǐng)域。愛(ài)司凱目前在CTP設備方面已經(jīng)做到全球前三的位置，就連國際大廠(chǎng)日本富士的CTP設備也是由愛(ài)司凱貼牌生產(chǎn)的。CTP設備需要用激光在鋁板吉印通行精密雕刻，因此，愛(ài)司凱掌握了精密運動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)，并且將這套精密運動(dòng)控制技術(shù)應用于砂型3D打印機的開(kāi)發(fā)當中。

△愛(ài)司凱的計算機直接制版機（CTP）生產(chǎn)車(chē)間

△愛(ài)司凱為日本富士貼牌生產(chǎn)的CTP設備

像“華為造手機”一樣造3D打印機

在生產(chǎn)大樓的一樓，我們終于看到了愛(ài)司凱的砂型3D打印機生產(chǎn)線(xiàn)，工人們正在組裝多個(gè)型號的砂型3D打印機， 包括可打印1.*米尺寸的左右雙工作砂箱打印設備S1*00，和集中式清粉的風(fēng)暴T1*00、T2515產(chǎn)線(xiàn)方案，以及出口型博通漢斯BTHS2515、BTHS4025打印機。

△愛(ài)司凱砂型3D打印機生產(chǎn)車(chē)間

△愛(ài)司凱集中式清粉的風(fēng)暴T1*00、T2515產(chǎn)線(xiàn)方案，通過(guò)軌道將打印倉運送到指定位置進(jìn)行清粉，多臺打印設備匹配一套清粉裝備打印機。這是一套真正的3D打印產(chǎn)線(xiàn)全流程方案，而非是傳統鑄造廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)升級方案。

李明之表示：“與國內其他砂型3D打印機廠(chǎng)商不同，愛(ài)司凱砂型3D打印機的核心在于使用了自研的壓電打印噴頭，而其他廠(chǎng)商只能使用進(jìn)口的噴頭打印機。愛(ài)司凱自研打印噴頭就好比華為造手機使用麒麟芯片，奇瑞造車(chē)使用自研發(fā)動(dòng)機一樣，將核心部件掌握在自己手中，我們不能被國外‘卡脖子’” 。

據南極熊了解，愛(ài)司凱從2012年就開(kāi)始立項研發(fā)壓電式噴墨打印頭，前前后后投資了數億元，可謂是十年磨一劍打印機。與到處采購零件，快速組裝銷(xiāo)售賺錢(qián)相比，李明之顯然是選擇了一條更艱難的道路。很多核心零部件之所以沒(méi)有國產(chǎn)化，一方面是其技術(shù)門(mén)檻高研發(fā)投入大，另一方面是國內缺少配套的加工設備。比如想生產(chǎn)芯片，但沒(méi)有光刻機，可謂是“巧婦難為無(wú)米之炊”。

△3D打印壓電噴頭在潔凈房?jì)壬a(chǎn)

愛(ài)司凱為了研發(fā)生產(chǎn)這個(gè)小小的打印噴頭，需要配備一整套的加工設備，這些設備往往也是被國際巨頭壟斷的或者由于國內需求量太小，根本沒(méi)有人造打印機。愛(ài)司凱只能自己去造這些設備，比如噴頭各部件：噴孔板打孔設備、切割設備、涂覆設備、熱壓設備、曝光設備、檢測儀器等。這些設備都被放在四樓2000平米的潔凈房?jì)扔糜谏a(chǎn)打印噴頭。而且，就連打印頭上的主芯片，愛(ài)司凱也給出了自己的解決方案。

△為了研發(fā)壓電式打印噴頭打印機，愛(ài)司凱又造了一批加工設備

△高速相機下拍攝的1滴墨水的噴射過(guò)程

在重重困難之下，經(jīng)過(guò)多年的持續開(kāi)發(fā)愛(ài)司凱終于還是取得了突破，推出了國產(chǎn)的壓電式打印噴頭，打破了國內在這一領(lǐng)域的空白，并大幅降低了這一核心零部件的成本打印機。目前，愛(ài)司凱的噴墨打印頭有512孔和1024孔兩種，分辨率分別為200dpi和400dpi。量產(chǎn)的512噴頭已使用在公司全系列3D砂模和3D陶瓷打印機上，部分MEMS工藝的512噴頭正在細分市場(chǎng)進(jìn)行試用和測試；立式傳統1024噴頭和立式MEMS1024也已進(jìn)入研發(fā)樣品的小批量測試階段。由于采用自研噴頭，可以根據3D打印材料的特性，選擇噴頭流道的材料，從材料兼容性上大大提高噴頭壽命。根據不同打印材料，為客戶(hù)定制不同材質(zhì)噴頭，為多元化材料的在3D上的應用提供支持。

△愛(ài)司凱3D打印壓電噴頭及結構

愛(ài)司凱為什么選擇了一條最艱難的路打印機？

在參觀(guān)完愛(ài)司凱的研發(fā)、生產(chǎn)廠(chǎng)房之后，南極熊為之震驚，沒(méi)想到愛(ài)司凱竟然真的為了制造這個(gè)小小的噴頭，投入了如此巨大的精力和研發(fā)成本打印機。但是，南極熊依然心存疑慮，在其他廠(chǎng)商紛紛想辦法快速推出打印設備，盡快實(shí)現盈利的背景下。愛(ài)司凱卻選擇了苦熬十年，為了年銷(xiāo)售百臺級別的砂型3D打印機，噴頭千個(gè)級別的用量，投資幾個(gè)億去研發(fā)打印噴頭，這到底值不值得？

李明之表示：“這是一項“卡脖子”的技術(shù)，國內總要有人去做，如果我們都不做，那我們將一直被卡脖子打印機?？杀氖?，在我們推出打印噴頭之后，同行并不相信我們能夠做噴頭。而實(shí)際上我們的打印噴頭與進(jìn)口的相比，在性能、兼容性、使用壽命及應用成本方面均具備優(yōu)勢，愛(ài)司凱的噴頭壽命超過(guò)1000億次，而且在砂型機的服務(wù)周期中噴頭的更換成本也更低。而且經(jīng)過(guò)我們的長(cháng)期運行驗證之后，這個(gè)打印噴頭未來(lái)還能用于噴繪等領(lǐng)域，用量級別在數萬(wàn)個(gè)?！?/p>

△愛(ài)司凱董事長(cháng)李明之手持傾盡心血研發(fā)的打印噴頭

由于壓電打印噴頭技術(shù)之前一直掌握在日本富士等極少數國外廠(chǎng)商手中，因此3D打印機設備廠(chǎng)商如果想對噴頭做一些定制化的開(kāi)發(fā)幾乎是不可能的打印機。而如果擁有了自研噴頭，則掌握了完全的主動(dòng)權。

愛(ài)司凱為了適應各種不同的墨水，針對打印噴頭做了很多適應性的開(kāi)發(fā)打印機。以環(huán)氧樹(shù)脂墨水為例，其粘度在200-2000mPa.s，導致流體阻力增加。愛(ài)司凱3D樹(shù)脂類(lèi)專(zhuān)用噴頭通過(guò)增加流道截面積，配備熱循環(huán)系統（保證噴頭在*0-100攝氏度下穩定工作）和高電壓驅動(dòng)系統來(lái)實(shí)現穩定的打印。

△愛(ài)司凱為客戶(hù)提供的砂型3D打印設備

對于有機酸類(lèi)的墨水來(lái)講，其化學(xué)性能較為活潑，對金屬材料有腐蝕、對高分子材料有溶脹現象打印機。為了打印這種材料，AMSKY固化劑專(zhuān)用噴頭更換了流道材料（單晶硅、硅酸鹽），更換了粘結劑（耐強酸），并在液體流過(guò)的界面增加半導體級涂層（耐強堿強酸）。

對于水基墨水來(lái)講，主溶劑為水，容易產(chǎn)生氣泡打印機。溶質(zhì)密度偏大，固含量偏高，容易沉淀。AMSKY陶瓷類(lèi)專(zhuān)用噴頭通過(guò)增加脫氣單元，增加回流流道截面積，更改為正壓供墨系統等方式實(shí)現對水基墨水的噴墨打印。

未來(lái)的路該怎么走

南極熊相信，在SLM 選擇性激光熔融金屬3D打印機開(kāi)始紛紛采用國產(chǎn)激光器一樣，BJ粘結劑噴射3D打印機未來(lái)也會(huì )采用國產(chǎn)打印噴頭，這是一條必經(jīng)之路打印機?，F在BJ粘結劑噴射3D打印技術(shù)正在崛起，未來(lái)的潛力巨大，這項技術(shù)不但能夠打印砂型，還可以打印陶瓷和金屬，甚至尼龍等材料，這些都需要用到打印噴頭。到那時(shí)，愛(ài)司凱的長(cháng)線(xiàn)策略將會(huì )真正的綻放出應有的光芒。

本次愛(ài)司凱的探訪(fǎng)之旅，南極熊除了震驚之外同時(shí)也充滿(mǎn)了期待打印機。因為不但看到壓電打印噴頭這一核心器件的突破之路，李明之還向南極熊展示了另外一項黑科技，是SLM金屬3D打印設備中的一個(gè)核心零部件，這項技術(shù)有望大幅降低*激光金屬機的價(jià)格。在這里先賣(mài)個(gè)關(guān)子，等到產(chǎn)品正式發(fā)布之時(shí)，南極熊再來(lái)揭秘。