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深度對話趙華—惠普的3D打印之路與展望

時間:2023-08-17 10:13 來源:未知 作者:admin 閱讀:
        Formnext + PM South China 團隊邀約到了3D打印行業巨頭之一的惠普3D打印與數字制造集團中國區業務負責人趙華先生為做專訪。本次與趙華先生的對話深入了解了惠普的3D打印發展之路,技術路線的選擇、經典案例的分享以及其BJ技術全面剖析與未來展望等。
        本次專訪將為助力中國3D打印發展以及BJ技術的落地提供重要的參考及啟示,惠普展位號:C127(6號館)。

△惠普在2022德國Formnext 3D打印展展位

Q1:HP從傳統制造轉向3D打印之路

趙華:惠普HP進入中國市場今年正好40年,對于惠普從既有業務到6年前進入3D打印行業特別是國內制造業,我的感受是有幾個出發點。

首先,HP一直對國內市場的獨特性和差異性有所認知。從幾十年前作為首家落地國內的硅谷科技企業,發展到在國內有自己的制造工廠、研發基地、營銷中心,我們的電腦部門、家用打印機、激光產品、工業數碼印刷等專門針對中國市場開發了本地化的產品和生態系統并獲得了很大成功,因此從3D打印部門創立伊始,很容易得到了公司總部的支持而為中國市場制定專門的戰略和目標,HP中國經歷了40年相對而言足夠了解和尊重中國市場的唯一性。

第二個出發點是HP有接近30年的工業打印和數字印刷基因,對于工業3D打印和工業數字印刷的終端客戶而言,關注點很大程度是相通的,特別是產能、質量、可靠性、附加值和成本、應用和技術的長期可擴展性幾個方面。對于HP來講,在這些方面我們有了非常成熟的對于大規模傳統工業制造的理解和積累,以及相應的商業和國內運營以及服務體系支撐。

第三,我們知道需要深入了解國內的垂直行業應用市場,更精準的確定哪些國外的經驗可以借鑒, 哪些不能照搬而需要我們重新開發挖掘驗證, 并在眾多領域與國內外的合作伙伴攜手發展。相對應的,我們決定進入3D打印的時候方向路線比較聚焦和明確,技術積累也比較深厚和集中,無論在聚合物高分子還是金屬打印方面,都是以實現終端產品批量制造作為最終方向。

在國內市場這五六年的時間里我們也是經過了市場拓展方向上的反復驗證,也經歷了很多3D打印品牌經歷過的環節,就是如何去與理論和實際上均有裨益的各個應用行業客戶、專家、機構合作,一起重新創造增量市場,從而推進對于增材制造這一生產方式在制造業的更廣泛采用等。

譬如說,在2019年我們發現能夠帶給整體行業長期受益的,是如何讓更多的零件滲透到終端用戶。為此我們通過與服務商和代工廠的合作,把更多的設計和制造可能性介紹到終端用戶。在初期, 對于類似途徑間接觸及的終端用戶而言,用戶未必一定確認具體交付產品的制造工藝細節,但是用戶會解決了一些固有的痛點, 逐步習慣了在某一個更快交期以某種成本拿到某種質量性能合適的零件,從而會慢慢培育形成終端使用方的標準。如以前的零件一個乃至多個禮拜交付,現在一到兩天就可以交付,相對應的,零件質量滿足性能,交付周期更短,滿足終端組裝使用需求并帶來確定增值的時候,很多用戶會持續使用并主動去了解這是基于什么制造方式技術,是否應該在自己的設計階段也更多基于這種技術去做更合適的調整從而降本增效,乃至解放設計約束發揮產品層面的性能提升。在此基礎之上,我們同時與各方合作深入理解在其中涌現出集中的行業應用, 能夠在更前沿的時候參與到整個方案的生命周期,從而作為可信可靠的合作方參與全程,并在有需要的時候與企業院校等用戶搭建其專有的3D打印設計驗證或者教育中心等。

回顧過去四五年包括疫情期間,我們在整個市場終端用戶實際使用的零件和產品數量都是飛速增長的,月均使用量增長了數十倍,也參與和見證了很多小中大批量產品基于3D打印的落地與成長, 因此我們感覺3D打印的趨勢是實現產品批量化生產的直接應用。


Q2:關于惠普3D打印技術路線的選擇

趙華:就像前面提到,選擇工業級別的3D打印是由HP對市場的展望,在工業制造方面的基因和數十年積累的噴墨打印技術決定的,我們注重的是各個垂直行業制造端的終端產品。當決定進入3D打印市場時,面對數萬億級別的制造業市場,我們適合做什么,最適合的技術路線以及市場空間又是什么?這都是我們當時考量的問題。

基于工業2D數字印刷的基礎以及技術積累上,我們圍繞全輻面高速成型確認了技術方向,對應的產品方案也是基于這種方式衍生的多射流熔融MJF,如4200,5200,5420等,并通過端到端的自動化與軟件數據進行繼續優化和材料的擴展(PA12, PA11, TPU, PP,PA12GB等等)。在非金屬領域的用戶層面,中批量小批量是一個快速增長的切入點。雖然非金屬零件這部分在國內批量生產的傳統工藝非常多,如注塑加工等等,但這也促使了我們和用戶與合作伙伴一起更精準的定義和落實細分價值。

在金屬打印方面,我們在做內部調研的時候幾乎是與非金屬的啟動時間節點同步,選定的技術方向是圍繞在金屬Binder Jetting也就是粘結劑噴射這個方面,我們判斷這是一個中大批量產品直接制造同時解放設計約束并顯著減少碳排放的方向, 從而推出了規模生產級別的S100系列方案,然后再持續更新迭代, 并且從原材料和后處理方向推出更適合國內的全開放合作戰略。

從整個產品解決方案的定位來講,我們通過MJF面向中小批量產品制造和原型驗證的市場,金屬方面MetalJet面向中大批量的直接制造市場,各有機遇和專注。

Q3:HP在醫療行業的主要應用方向以及案例

趙華:目前3D打印涉及的應用行業非常多,醫療行業是3D打印技術應用比較貼合且能夠將3D打印技術的優勢最大化發揮的行業之一。因為這個行業可以用3D打印技術直接做終端產品,高附加值高溢價,同時無論是在醫院診所還是最終用戶端,需求非常符合高頻少量定制化的特點。


HP在醫療行業的應用案例是非常多的,包括全球和國內市場。從我們非金屬產品線來講,目前已經被比較廣泛應用的切入點就是醫療康復相關領域的產品、手術導板、齒科矯正以及醫療設備。在過去幾年里很多HP的國內外醫療客戶開發了通過認證的康復治療類的產品,如脊柱側彎矯形器、手臂術后恢復矯形器、義肢接受腔、定制化鞋墊等。這類產品能夠較為快速的突破進入應用,在完成相應的行業和規定認證后,同時也能快速滿足終端的需求并且給用戶帶來更精準的治療或康復效果以及舒適滿意度等。在這些領域里,除了打印方案本身以外, HP也通過生物相容性的材料和全球的靈活合作模式以及全流程方案來輔助客戶的市場開拓。


而從金屬產品類別來講,在醫療領域我們目前大多的應用案例是醫療器械和耗材類,如手術室的工具和植入輔助等, 因為類似很多器材可能涉及到不同的設計形態可以更好的輔助手術完成度或者器械效能等等。醫療產品的附加值比較高,它整個推廣的周期也相對較完整,現在是一個很好的時間節點, 因為相當部分代表性項目在國內已經原生性落地,有相對較為清晰的發展衍生路徑。

Q4:HP 在汽車行業的主要案例、應用方向及建議

趙華:對于HP在汽車行業的應用,全球范圍內非金屬與金屬方向均較為清晰, 而國內市場我們目前以非金屬落地應用居多, 金屬因為2022年剛在國內發布因此在國內的汽車行業多在開發驗證階段。非金屬領域中設計試制最為常見,如與國內的標桿車企合作的車門和排風管的設計等加快開發周期驗證的產品, 以及基于TPU來制作的軟膠類零件,如動力系統的管路和緩沖類部件等。在金屬方面,目前我們基于Binder Jetting技術的汽車零部件合作, 包括內飾、動力總成和電動汽車的電氣轉換部分等。

國外汽車行業在金屬領域用BJ這種方式進展更早, 部分可能是因為之前MIM金屬注射成型工藝在國外的汽車應用已經很廣泛,相對而言到BJ是一個很直接的互補方式,可以基于同類型材料替換之前MIM不適合的產品,或者對于開發周期迭代要求較高的零件。在我們國內,傳統的金屬注射成型在3C等領域的覆蓋面要更廣于汽車醫療等行業,相對應的我們也在與行業生態鏈攜手加快這幾個領域進程的切入點。

汽車行業的特點是供應鏈比較長和完整,從一級、二級到三級供應商等等,我們國內供應商的基礎制造和成本管控能力是非常強的, 因此從整個3D打印推進的角度會有一個遞進的過程。國內汽車主機廠OEM端大多具備3D打印試制和原型設計等團隊,但是在其中對于通過主機廠的各級供應商將3D打印產品作為一個量產的方式應用到終端產品, 進而帶來整體的系統或分系統性能提升, 就這一場景的終端落地來說,可能是要小于在醫療或者消費電子等行業的終端使用比例。

對于BJ金屬注射成形技術本身,我們也在更精確的驗證有明顯附加值意義的零部件。目前我感覺有兩個明顯發展方向,就是散熱以及電氣轉換相關的子系統, 譬如在新能源汽車行業,它本身重新設計的概率比較大,對于有助于提高能源使用率等設計直接運用的概率也大。譬如圍繞電池和儲能模組的散熱,通過這種新的設計提高整個既定功率下的使用周期進而受益到續航能力。此外因為新能源汽車有很多電源轉換電路,通過3D打印的方式基于易導電的原料開發的零件,在局部進行設計,在加工環節由于減少了觸點環節,因此在電氣上的轉換效率會有提升, 也是對于3D打印的價值一個印證。

整體來講汽車行業的很多終端直接應用還處于爬坡驗證階段,盡管未必在大批量量產,但也為我們指引了大致的發展方向。

Q5:關于HP的BJ技術應用中經典案例分享

趙華:有一個金屬與非金屬在垂直細分行業結合的案例想分享一下。

高爾夫揮球在操作上會有一些重力的分配,球頭設計的優化會直接帶來部分性能的改變。傳統加工技術不是很容易實現, 當通過3D打印的技術去重新設計,前后經歷了數年的時間,經過零件級別的測試、組裝之后的各種可靠性測試,表面效果等等,貫穿了完整的產品生命周期。從最開始設計需求性能反推到原型做多次的迭代,然后到有了產品到組裝,最終到了產品的發布,3D打印在其中的作用就像隱型冠軍的助推器。


這案例的成功給予了我們信心,說明只要有一個完整推動的誘因,其實很多細分產業是可以從頭做到尾的。同樣對于確定性很高的性能提升的追求,是一個多方受益的局面, 而最終用戶也會因此通過比傳統制造高一些溢價的新技術來開發和生產他們產品。

Q6:關于BJ在傳統制造業推廣中面對的挑戰

趙華:關于BJ技術帶來的挑戰和痛點,或者是很多3D打印技術的共同挑戰,其實還是產品質量、制造成本和產出率這三個點。

我的觀點在這三個要素之中最重要的是從端到端的終端良率問題,因為產能在一定程度上是可以不停通過迭代來提升的;成本來講,可以通過與材料的合作與兼容來提升量級從而降低成本。但是端對端的良率控制需要長期來改善,同時也反向要求我們的產品一定是非常工業化的解決方案,要能夠解決每天在不同設備,不同時間段上做出來的產品的超高一致性。

對于BJ來講和其他路線不一樣的地方是它天然面向大批量生產的,因此就要求產品的良率達到傳統規模制造的標準,這個方案才有更廣袤市場。這是在我看來目前最高的優先級,相信我們很多同行也看到了這個挑戰并在持續改善。

Q7:HP 對BJ技術的市場展望
趙華:關于BJ這個技術,我個人的認知也是在一直學習中。我們判斷這個技術很適合做中大批量的產品,所以我們花了大量的資源去實踐中證明這個技術的量產一致性、高良率、自動化方案和成本持續可控,因此用戶可以基于對于量產能力的信心而發揮3D打印所帶來的獨有優勢。

我們目前落地的項目有很多產品數量高達萬到10萬級這個量級,即使在采用傳統生產方式完全一樣的設計下,同樣得到驗證BJ技術生產出來的零件和傳統制造的零件整體全鏈條成本接近,良率接近,同時顯著節省了交付周期和后期加工時間,而且材料利用率更高也更符合全流程降低碳排放的方向, 并且從根本上釋放了通過設計優化來進一步降本增效減碳的可能性。


說到碳排放的問題,未來BJ這項技術路線所生產的零件產品相對于很多傳統制造而言在能耗和原材料使用率是有天然優勢的,在未來碳中和碳指標稅等國內外政策的影響下,BJ技術也是未來生產零件的重要技術儲備方向。

Q8:關于HP 自動化生產的建設

趙華:自動化這個方向以及整套自動化解決方案,從多年前的產品規劃和后期落地階段貫穿始終,無論是金屬或是非金屬方面, 我們都致力于給用戶提供合適的選項,這樣最大化整體解決方案的適配性和規模量產的一致性和經濟型。


Q9:HP 對于國內BJ競爭格局的看法

趙華:與國內的幾個BJ的品牌廠商以及上下游合作方,我們過去幾年持續交流都很多也互相很尊重,大家都有一致的想法和共識,就是為了做規模量產的增量市場。市場足夠大,這個時候需要攜手開創。

(責任編輯:admin)

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