激荡金属制品数十年，再立新潮头：3D打印实现数十万件量级终端零部件应用｜昶联

南极熊导读：从1949年到2010年，中国制造业发展了数十年后，已经成为门类最齐全的第一制造业大国，拥有全球产业门类最齐全、产业体系最完整的制造业。2023年中国制造业总产值占全球总比值的35%，比剩余2-9名加起来还要多，中国成为了全球制造业名副其实的主导力量。
制造业的工艺和技术不断演变。不同时代，有着不同的主流工艺和技术；背后的实体是中国无数的工厂、无数的企业。现在回头来看，那些勇立潮头的企业，早早接受和应用最新的技术，乐于“吃螃蟹”，在特定的细分赛道上引领风骚。

3D打印正在引发新一轮的制造业工艺变革，特别是SLM等金属3D打印技术，在航空航天等领域已经成为刚需 。但是，对于粘结剂喷射金属3D打印技术，业界普遍存在质疑。而有的企业已经使用这项技术实现了几十万件量级的终端零部件应用。不过，不深入到这些企业当中，很难深刻体会到它的价值和趋势。也许现在仍不完美，但机会就在其中，昶联作为先行者之一已经确立了清晰的产业链优势。


△昶联金属材料应用制品（广州）有限公司，拥有自己独立的工业园区

2024年6月，南极熊深入国内MIM金属注射成型的领头羊之一 昶联金属材料应用制品（广州）有限公司（以下简称“昶联”），对总经理廖志雄先生以及惠普3D打印与数字制造集团中国区业务负责人赵华先生进行了特别专访。



△惠普3D打印与数字制造集团中国区业务负责人赵华（左）、南极熊主编黎海雄（中）、昶联总经理廖志雄（右）。廖志雄先生是香港人，祖籍广东潮汕，说着一口浓厚的港式普通话，50多岁，却从事MIM金属注射成形超过30年，资深的制造业前辈，对技术细节了如指掌，平易近人不喜欢论资排辈。桌面上摆放着MIM注射成型金属零件、3D打印金属零件、金属粉末材料、热等静压金属零件等。

MBJ 3D打印“吃螃蟹”的人

最近几年，粘结剂喷射金属3D打印技术（Metal Binder Jetting，简称MBJ），凭借灵活性高、打印速度快等优势，作为最有可能被一般工业大规模应用的新兴工艺，被工业界人士逐渐关注。使用MBJ来制造零件成型阶段依靠3D打印，后续工序的脱脂烧结、热等静压、CNC、定型、抛光、镀膜等，都借鉴成熟的MIM（Metal Injection Molding）金属粉末注射成型技术。而选区激光熔化（SLM）金属3D打印技术虽然没有脱脂烧结的环节，但仍然需要包含去支撑在内一连串的后处理工序。


△三种金属成型工艺MIM、MBJ、SLM的对比图。昶联在金属表面处理和加工方面拥有先进的技术和设备，涵盖了整个金属加工工艺的全流程，包括粉末制造MIM/3D打印、脱脂烧结、热等静压 (HIP) 、渗氮、CNC 加工中心和金属表面处理（包括喷砂、打磨抛光、溜光、电浆抛光、镭射打标、拉丝、真空镀膜 (PVD) 喷油、微弧氧化等)。

年销售额近十亿元的金属制品大厂昶联，核心业务是金属粉末注射成型MIM。昶联曾率先引进国内首条连续脱脂烧结炉（德国克莱默步进梁式连续炉）,最先实现了内地MIM产品量产化，应用于制造3C部件, 医疗部件, 智能家居部件, 传统手表部件, 通信行业和汽车部件 。昶联也是一家拥有原材料开发、模具设计制造、注塑成型生产、表面处理及热等静压综合应用等全产业链的企业，是全球大型的金属粉末注射成型生产与粉末冶金工艺拓展基地之一。在粘结剂喷射金属3D打印技术推出之后，昶联积极布局，如今已经部署了6台HP惠普的金属3D打印系统（价值数千万元）并且实现多领域的应用。


△南极熊实拍：昶联的粘结剂喷射金属3D打印车间，安装了6台惠普金属机

MIM龙头勇立3D打印潮头

创业于1935年的中南集团，1978年在广州南沙投资建立手表厂，并于1992年成立昶联金属材料应用制品（广州）有限公司并引进金属粉末注射成型，1998年开始量产，制造了诺基亚手机的第一个金属注射成型MIM零件，那时候一台手机价格在7000到8000元不等；后来往后的十多年内，一直保持国内MIM龙头老大的地位。三四十年过去了，发展到现在，中国的制造业越来越卷，生产成本也越来越透明，但昶联每年交付的高精密金属零件仍高达500吨左右。


△南极熊实拍：昶联MIM批量生产制造的手表表带和表壳终端产品

▶ 2014年，昶联就开始注重碳排放问题，开始布局3D打印。从研发到生产金属3D打印粉末材料，并于2017年购买了第一台SLM 金属3D打印机（德国SLM solutions）来测试，此后便开始进攻牙科行业。

▶ 2019年，与世界知名终端客戶联合开发及采用粘结剂喷射金属3D打印技术，实现大量生产及交付数十万件数量级的外观零件。


△南极熊实拍：惠普金属3D打印样件 包括高尔夫球头，歧管，医疗部件，汽车部件，工艺测试件。

昶联在 2019 年引入了惠普3D打印设备，与客户共同开发终端应用。

现有量产设备包括惠普S100粘结剂喷射金属3D打印机、 S100固化站和S100构建单元，其中打印平台的大小为 430mm x 309mm x 140mm 。


△南极熊实拍：昶联的惠普金属3D打印机

△南极熊实拍：昶联的惠普金属3D打印固化机

01
大批量制造与后处理问题

南极熊：粘结剂喷射金属3D打印技术，合适多大批量的制造？

惠普赵华：MBJ粘结剂喷射金属3D打印技术，一般用于中大批量的制造，除了设备的装机量，最重要的是装机之后打印出来的用来做终端产品的零件数量。从上下游工艺的完整度，到整个实现在最终产品的中大批量的生产，无论是几千件、几万件、甚至几十万件的真正应用，昶联在全球来说，已经属于顶端的了。惠普的金属3D打印机，和MJF尼龙3D打印机一样，最早是在欧美发布，欧美的装机量总体上要比中国多一些。欧美对3D打印的应用定位有所不同。因为欧美传统的加工技术供应并不像亚洲或者国内这么充足，所以对3D打印的定位，很多时候即便是几百件几千件的一些中小批量，会觉得非常适合使用惠普3D打印。欧美的MetalJet金属客户开发了很多垂直行业应用为他们带来充分的性能和交付成本价值，但是每个应用单次的生产数量更多是数百到数千件量级居多。

惠普和昶联的合作，虽然相比国外应用要晚一点，但是整个3D打印应用生态系统，无论是广度还是深度，都是非常领先的了。

昶联廖志雄：昶联应用粘结剂喷射金属3D打印生产的零件项目中，已经交付的最多的已达几十万量级了。

要想做这种量级的应用，需要一个完善的生态技术系统才能干得了，不光是3D打印，还要涉及原材料开发、打印工艺、烧结工艺、HIP热等静压、抛光打磨、CNC等。需要从头到尾有配套能力，这是为什么我们昶联在国内可能比欧美更容易实现。话又说回来，昶联如此完整的生产配套，即使在国内，其实也是少见。

例如某种零件3D打印并烧结出来后，如果需要达到最顶级磨光效果，就需要非常高的致密度，我们园区内的热等静压设备就可以处理，不需外协，实现闭环。

△南极熊实拍：昶联工模制造中心。要想用MIM技术来生产金属零件，需要先制造模具，昶联独立的工模制造中心有80多台设备，可以制造高精密的模具。

△南极熊实拍：MIM注塑成型车间。不锈钢等金属颗粒原料，送入MIM注塑机，在模具中注射成金属零件。昶联有270台注塑机，应用材料包括不锈钢 (316L, 304L, 17-4PH, 无镍不锈钢)，钛，钨。

△南极熊实拍：连续烧结炉。昶联拥有 9 台连续烧结炉，其中 8 台为步进梁式连续脱脂烧结炉。步进梁式连续脱脂烧结炉主要由进出料段，催化脱脂段（酸脱），低温脱脂，高温烧结段和冷却段组成，通过横向传送带连接，年原料消耗量超过 500 吨，特别适合于大批量产品的生产。


△南极熊实拍：昶联HIP量产炉


△南极熊实拍：昶联HIP试验炉。HIP 是一种先进的制造工艺，利用高温高压同时作用，使金属或陶瓷制品经受各方向同等压力，促进材料的致密化和微结构的优化。最终得到优异的抗疲劳等机械性能，耐腐蚀性和耐磨性。从而使制件得以烧结和致密化的工艺技术。昶联於2014年开始引入设备，并开始工艺技术的应用开发，目前拥有 2 台量产炉和 1 台试验炉。

△南极熊实拍：CNC加工中心。昶联共拥有 500 台机台，机台品牌包括兄弟、津上、精雕等。CNC 加工中心批量性设备的投入，可快速解决复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题。

△南极熊实拍：昶联MIM零件自动尺寸及自动外观检查车间。金属制品零件做好之后，还需要检测尺寸和外观，看看产品是否合格。每年几千万上亿个零件的出货，要检查下来全靠自动化，否则得上数百质检工人。昶联MIM零件自动尺寸及自动外观检查车间共有1044套设备。

02
终端客户不够理解3D打印

南极熊：真正批量应用的终端产品客户，对于用3D打印工艺来做，会不会提出额外的疑问或者要求？

昶联廖志雄：目前来说，多数客户还不太清楚3D打印可以给他们带来什么好处。现在还处于开发阶段。我们需要更多的精力和时间去做沟通工作，客户需要时间来消化，才会出现更多适合3D打印的产品设计。现阶段大部分只是把现有的产品改一下，让它适合3D打印。

现在互动不够，不是我们和客户自己的互动不够，而是在认知层面，客户对3D打印的理解还不够，因此需要我们更多的合作去推广和挖掘。

其实，对比冲压锻造等工艺，把材料变成粉末，然后用3D打印技术来制造零件，从制粉至完成抛光打磨外观处理的整个制程，对于整个ESG（环境、社会和公司治理）的计算，不论是新造粉料或再生粉料，在能耗计算方面，粉体工业（MIM及3D打印）都是更具能耗效益的。

惠普赵华：3D打印用于原型或者小批量，对于多数人来说，是非常简单易懂的概念。一旦到了终端产品上，就涉及到工程师、设计师、ID、采购、供应链等多层次的复杂人员体系，是一个集体行为，不是一两个人就可以决定的，需要时间去影响和为他们带来清晰可见的价值。

03
MBJ 与 MIM 对比

MBJ的设计自由度高，能打印结构复杂的产品，不需要模具，可同时验证不同设计，生产周期短，能快速迭代。适合样板及小批量阶段：虽然MBJ的单件价格较高，但能节省模具费用，在小批量生产的效益较高。

传统MIM工艺，大批量性生产时周期快，适合大单量。虽然模具费用高，但分摊的模具成本所占的比例较低，所以批量性时效益和效率有更大的提升。

△昶联的MIM模具


△南极熊实拍：昶联MIM 样件 - 后工序包括，表面处理 - 喷射，拋光，PVD。组装 – 玻璃，塑料

昶联廖志雄：有一个细节，客户现阶段普遍不理解为什么粘结剂喷射金属3D打印出来的零件表面粗糙度不如MIM的好。其实这是因为3D打印用的粉末粒径比较粗，没有MIM的细。所以多多少少都需要再表面加CNC处理，才能做到好的光滑度、公差。

但是有个问题，MIM技术不容易做太大的零件，而Metal Binder Jetting有自己的优势，例如生产3C数码的中框。

最明显的例子是，有个产品几百克，除了3D打印之外，没有其他办法来减重。打印成空心的，就实现了减重，产品的运费也就减少了。可能用3D打印的生产环节的成本贵15%，但是后续的物流等方面的成本，节省了不止15%。这些后续影响，很多人都还意识不到。

04
MBJ 工艺天花板

南极熊：MBJ 技术目前还有很多不成熟的地方，进步空间很大。但是会有自己本身的天花板吗？

惠普赵华：不同的技术都会有自己的发展，不同3D打印工艺的天花板，一般取决于效率、质量、成本。借用工业2D产业这几十年的发展历史来说，广义上也是按照摩尔定律的发展速度，每18到24个月性能就翻一番。

从速度上说，惠普的3D打印技术，从20多秒一层，到现在的10多秒一层，如果要更快，不是技术达不到，而是需要结合市场来做到一个平衡点，所以说速度上还有很大的提升空间。


从质量上说，现在开放的工艺，针对某一款产品应用来说，你会通过调整不同的因素来改变质量，例如打印的控制算法、粉末的铺设、粉末材料本身等多维度。从成本上说，规模化可以带来很好的成本优势。

昶联廖志雄： SLM金属3D打印技术，完全在同一机台上完成，不能分拆工序。而Metal Binder Jetting打印完了之后，就可以到下一个工序做固化和拆包，不需要占用机台时间。

材料的多样性上，Metal Binder Jetting其实都是验证了可行的，只是市场驱动力没有那么强，如果找到合适的应用，可以规模化应用。

粘结剂，也有很大的提升空间。我们也有团队在与惠普合作研究。


05
如何计算3D打印的价格

南极熊：国内不少3D打印服务商，往往是按照克重来计费。昶联对客户提供Metal Binder Jetting 3D打印服务，是否也是按照重量计价？

昶联廖志雄：这只是一个初步的概念，昶联都是做终端零部件的，关键是要看后工序有多少。在整个产品价值中，后工序所占到的比例往往会远远大于3D打印制备坯料的环节。我们也和不少客户沟通过，看看是否需要打印、后处理等分开报价，因为后处理的要求差别太大。

我们MIM做出来的生坯，或者3D打印出来的生坯，在成本结构里只是改变其中的一两道工艺，分开报价也不是太难。但是对于终端客户来说，不需要自己去找一个个的供应链，层层报价。

南极熊：昶联的6台惠普金属3D打印机，开机率怎么样？

昶联廖志雄：按照3C行业的习惯是以半年来算，开机率大概是50%。做一款产品，需要设计沟通、打样、调整等过程，会占用机台时间。如果是量产几千几万件同一件产品，这个才是连续的生产的有效开机。这样综合算下来，与3C制造行业惯例一样开机率可以说是50%。

如果是一整年都是源源不断生产已经验证好的产品，不需要摸索和测试过程，结合不同行业的季节性混合，那么开机率就会高很多。

06
要想做好应用不容易

南极熊：如果一家制造业公司只拥有MBJ 3D打印机，没有配套设备，发展起来会不会有困难？

昶联廖志雄：我们已经有MIM注塑和烧结、热等静压等，用3D打印来做，只是取代了注塑这个环节，后面的工艺我们都有，都同样需要用。所以做得比较顺利。但是只有3D打印这个环节，其他都需要交给下游的话，做起来的确不容易。



△金属件热等静压处理样品

南极熊：3D打印在昶联内部的地位怎么样？

昶联廖志雄：昶联内部在2024年新成立了单独的3D打印部门，以前是并在大产线里面，虽然做了很多年，但是我们现在特别重视，所以也请你们南极熊来做报道曝光。

我们集团的风格都是稳健发展，不冒进。在江西也有工厂，真正大批量应用的话，可以增加更多的3D打印机。

07
MIM大厂对3D打印的期待

南极熊：作为MIM行业的大厂，你们对3D打印有什么期待？

昶联廖志雄：其实对于整个3D打印的行业，相对于工艺技术，我更期望看到更多适合3D打印的设计，它可以很灵活、很方便得去做有价值的产品。不要有“用3D打印来做让成本便宜点” 这种思维。更应该去充分利用3D打印对产品设计的灵活性、减重（空心、拓扑强化结构））、减少装配（多个零件整合成一个）等，所带来的后期利益最大化。

其实，MIM相对传统的锻造和冲压，有个明显的优势就是可以实现整合，把零件数量减少。3D打印则更进一步，比MIM的整合度更高。

从1988年在中南创发工作开始，我从事这个行业几十年了，需要花时间和客户去沟通解释这些。现在我们的MIM业务收入每年是几亿到10亿左右。

我很期待3D打印可以辅助MIM行业更上一层楼，成为粉体工业的耀眼明珠。

<专访完>


专访完之后，工作人员带南极熊参观了昶联园区里的工厂车间，包括MIM注射成型、连续烧结炉、热等静压炉、CNC 加工中心、自动打磨机、MBJ金属3D打印、镁铝合金注射成型等车间，还有测量室、实验室等。如此大型、完整工艺链条的金属制品工厂，南极熊还是第一次见。3D打印车间在其中占的份额还非常小，但已经逐渐成为一个重要的工艺补充，并且有希望逐渐走向主要地位。

△视频：南极熊实拍昶联厂区内部