美国金属3D打印机制造商大盘点

增材制造正在全球范围内迅速普及，但论起增材制造公司数量，恐怕没有任何地方比它的起源地--美国更多。从1987年Chuck Hull首次提出立体光刻技术到1990年第一批金属增材制造技术的出现，多年来增材制造在美国保持着持续增长，美国一直占据着世界上大型3D打印机安装基地的榜首。

在本期文章中，南极熊主要对位于美国的20家金属3D打印机制造商进行了汇总，以便于读者对这个行业有一个更好的了解。

3D Systems

3D Systems是世界上最早的3D打印机制造商之一。目前，该公司提供DMP Factory 500解决方案、DMP Flex 350和DMP Flex 350 Dual、DMP Flex 200和入门级金属打印机DMP Flex 100，所有这些都使用直接金属激光烧结（DMLS）技术。3D打印机之间的主要区别之一是尺寸，最大的打印机有500 x 500 x 500毫米的构建体积，而最小的只有100 x 100 x 90毫米，但机器之间的功能也有所不同。值得注意的是，在工厂系统中，3D Systems提供了集成的粉末管理、高产量和高重复性以及稳定的低氧环境，以获得更好的零件质量。所有的机器都使用3D Systems自己的3DXpert软件，这是一个多合一的系统，简化了从设计到打印的工作流程。

△照片来源。3D Systems公司

桌面金属（Desktop Metal）

如果你了解增材制造领域有一段时间了，那么你一定听说过Desktop Metal。该公司成立于2015年，其使命是使金属3D打印更容易获得，现在的它已经迅速从一个初创公司上升为该行业的领先公司之一。目前，Desktop Metal提供四种不同的自主研发系统：Fiber、Studio System、Shop System 和 Production System。虽然Studio、Shop和Production系统都是为金属3D打印而设计的，但Fiber，正如它的名字所示，是一台适合于复合材料打印的FDM机器，即连续碳纤维和玻璃纤维带。Studio系统也是一台挤出机，是DM公司最早进入市场的打印机之一。它是一个由两部分组成的系统，整合了打印和烧结，使用绑定的金属棒材。它被提出来作为一种金属、桌面打印机，可以安全地在办公室使用。

Desktop Metal公司还提供两台非挤压式的机器，Shop和Production系统使用金属粘合剂喷射。Shop系统的设计是为了将粘合剂喷射技术引入机械车间，而Production系统则是为了大规模地3D打印金属零件。正如粘结剂喷射所预期的那样，这两台机器拥有高质量、精确的部件，能够廉价而快速地打印出来。虽然从技术上讲，Desktop Metal公司只销售这四种机器，但它实际上有一个更大的产品组合，这也是我们需要提及的地方。这是因为去年它收购了一些能够获得不同技术的3D打印公司。例如，它收购了DLP 3D打印的原始发明者EnvisionTEC，这使它得以进入聚合物市场。当DM宣布收购其竞争对手ExOne时也掀起了波澜，这一举措加强了其在粘合剂喷射市场的地位。

△DesktopMetal的Shop系统是该公司的粘结剂喷射解决方案之一（图片来源：Desktop Metal）

ExOne

另一家从事金属3D打印的美国公司，是ExOne。尽管如上所述，它在去年被其主要竞争对手Desktop Metal收购，但该公司仍在销售自己的金属和沙子粘合剂喷射打印机。目前，ExOne公司提供五种打印机，能够将10多种单合金金属转化为高密度的金属零件。尺寸各不相同，最小的Innovent+的制造箱为6.3 x 2.5 x 2.5英寸（160 x 65 x 65毫米），同时最大的X1 160Pro的尺寸为31.5 x 19.7 x 15.8英寸（800 x 500 x 400毫米）。其他三台可用的机器，X1 25Pro、InnoventPro 3L和M-Flex，其制造体量在这两者之间，其中两台平均为15.75 x 9.84 x 9.84英寸（400 x 250 x 250mm）。对于一家在粘合剂喷射领域工作了20多年的公司来说，可以预料，这些机器很受那些有粘合剂喷射经验的人的欢迎。

△总部位于德国和美国的ExOne公司以粘结剂喷射而闻名，包括其金属3D打印解决方案；X1 160Pro（左）和X125Pro（右）金属3D打印机（图片来源：ExOne)

FormAlloy

下一个美国金属3D打印机制造商是位于加州的FormAlloy，它专门从事定向能沉积（DED）打印机。该公司有两个不同系列的DED打印机，即X和L系列。两者都具有闭环控制、可变波长激光器和用于梯度或双金属结构的FormAlloy PF和ADF送粉器。每台机器都有FormAlloy AX金属沉积头，可实现高达5轴运动的构建量，并具有公认的高粉末效率和内置的快速释放功能。就建造量而言，有各种尺寸可供选择，包括200x200x200mm、500x500x500mm、1x1x1m和定制尺寸。

△L-2（左）和X5（右）3D打印机（图片来源：FormAlloy)

GE Additive

GE Additive是美国著名的跨国企业集团通用电气（GE）的增材制造业务分公司，它被称为金属3D设计和制造的世界领导者。该公司由Concept Laser和Arcam EBM这两个增材制造品牌以及增材制造粉末供应商AP&C组成。正如你可能猜到的，该公司专注于基于粉末的金属增材制造技术。通过ArcamEBM，GE增材公司提供了五种EBM机器，Q10plus、Spectra H、SpectraL、Q20plus和A2X。某些设备是为特定行业设计的，例如，Q10plus特别为骨科植入物的批量生产进行了优化，而Q20plus则是为成本效益高的航空航天部件生产而设计。该公司指出，所有这五种设备都能快速有效地创建尺寸精确的零件。

通过Concept Laser，GEAdditive还提供了使用直接金属激光熔化（DMLM）的3D打印机，这是一种基于激光粉末床融合的技术。目前，这两家公司有M2 5系列、M Line、X Line2000R和Mlab系列，它们提供了不同的构建包络，甚至在一台机器内，可以快速有效地生产复杂的零件。得益于卓越的零件质量以及机器的可用性和可重复性，这些机器甚至可以用于要求极为苛刻的行业，如航空航天和医疗。

△GEAdditive是美国知名的金属3D打印机制造商。照片来源：GEAdditive

惠普（HP）

接下来的这个制造商有点不同，因为它在技术上还没有出现。这家制造商是惠普公司，该公司在增材领域最有名的是他们的专利多射流融合技术，但目前他们也有一个金属工艺，即惠普金属喷射技术，正在进行中。目前已经可以从惠普订购金属零件，该公司声称他们的粘结剂喷射工艺使用户的生产力提高了50倍，由于构建尺寸为430×320×200毫米（16.9×12.6×7.9英寸），可以生产大批量的零件和大型零件，而且在谈到金属粘结剂喷射时，通常是在保持高精度的同时降低成本。惠普在去年年底宣布，该打印机将在2022年投入商业使用，而且在惠普的网站上已经可以预订一台。

Markforged

Markforged成立于2013年，可能最出名的是他们的复合材料3D打印机，包括连续纤维。但是，该公司也有一个金属增材制造解决方案，命名也是恰如其分——MetalX系统。Metal X是一个金属FFF系统，它使用绑定的粉末长丝，兼容的材料包括17-4 PH不锈钢、铜、H13工具钢、Inconel625和A2及D2工具钢。选择使用挤压技术也不足为奇，制造商为自己的安全使用、无障碍机器感到自豪，使用FFF而不是其他金属技术可以大大降低成本。Metal X的构建体积为300 x 220 x 180mm（11.8 x 8.7 x 7.1英寸），具有一个封闭的加热室和一个加热的真空密封打印床，具有自动调平功能，为金属材料提供更好的条件。此外，有两个喷嘴，允许使用金属材料和脱模材料。

△照片来源。马克福特

Optomec

另一家美国金属3D打印机制造商是位于新墨西哥州的Optomec。该公司最初成立于1997年，已经在电子、能源、生命科学、航空航天和国防等广阔的市场上发布了产品。如今，他们声称，由于他们的AM解决方案能够实现大批量的增材制造。Optomec的金属打印机使用LENS定向能量沉积（DED）技术，这种工艺使用高功率激光（400W至3kW）将粉末状金属熔化成完全致密的部件。据该公司称，这一过程是在一个密封室中进行的，该密封室用氩气吹扫，使氧气和水分含量保持在百万分之十以下，防止氧化。精度、速度和较少的环境影响是该技术的一些主要优点，Optomec公司指出，使用LENS可以使打印速度提高10倍，成本降低5倍。目前，有一些不同尺寸的金属AM解决方案，CS 250、CS 600、CS 800、CS 1500、MTS500、MTS 860和LPE。

照片来源。Optomec

Sciaky

这家位于芝加哥的公司（Sciaky）是历史最为古老的公司之一，因为他们成立于1939年，是一家先进焊接系统的供应商。事实上，他们的历史非常悠久，在第二次世界大战期间，他们是用于为美国军队制造战机的电阻焊接系统的主要供应商。而自2009年以来，他们还提供了金属增材制造解决方案。也就是说，他们最初命名为电子束直接制造的工艺是在2009年推出的，然后变成了现在的电子束增材制造。由于他们的金属零件和解决方案，该公司已经与国防和航空航天领域的一些领导者合作，包括国防部、洛克希德-马丁公司、国防高级研究计划局、空中客车公司等等。

该公司指出，他们的电子束增材制造（EBAM）是一种独一无二的金属3D打印，允许用户生产高质量、大规模的金属结构，而且材料浪费非常少。该公司提供5种机器，EBAM 300、EBAM 200、EBAM140、EBAM 110和EBAM 40。而至少通过EBAM 110工业金属3D打印机，用户可以比许多传统的金属工艺更快、更便宜地创建长度达19′的零件。就所使用的技术而言，EBAM类似于DED，即电子束枪通过金属丝送料器在系统的真空室中沉积金属。Sciaky公司声称，该工艺可将交货时间和材料成本减少80%，是世界上最快的金属3D打印工艺。

Velo3D

当Benny Buller创立Velo3D时，他试图解决他认为限制AM采用速度的一个基本缺陷。那就是他注意到，在能够整合该技术之前，工程师不仅要学习一个新的制造工艺，还要学习一个全新的设计工艺，即增材制造设计或更常见的DfAM。布勒决定创建一家公司，"让设计为制造提供信息，而不是相反"。这是由硬件（Sapphire®）和前端及后端的软件（Flow™和Assure™）完成的，使其更容易采用AM，同时仍然受益于其许多优势。

这家美国公司有三台金属3D打印机，Sapphire®打印机（用于小批量和&开发，315mm Ø x 400mm z），Sapphire® 1Mz打印机（用于大型部件，315mm Ø x 1000mm z）和Sapphire® XC打印机（用于大批量和生产规模部件，600mm Ø x 550mmz）。所有的打印机都配备了端到端的制造解决方案，使工程师甚至可以制造关键的零件。所有三台机器都使用相同的软件，运行相同的工艺，使用相同的材料，以确保可重复的一致性。打印机使用金属粉末床融合工艺，并配有非接触式重涂机、每层测绘等，以确保粉末床的均匀性。除其他功能外，零件的质量和性能当然得益于智能融合底层制造工艺。这些打印机在许多领域都有应用，包括航空航天、石油和天然气等。

△照片来源。Velo3D

Xact Metal

Xact Metal公司位于宾夕法尼亚州的州立学院，在宾夕法尼亚州立大学的创新园内运营，它决心以最佳的价格提供高质量金属3D打印的优势，这一观念甚至在他们的座右铭中也有体现——"不要被传统的昂贵技术所束缚"。虽然他们的机器使用的是粉末床工艺，而粉末床工艺并不总是被称为最实惠的金属3D打印技术，但该公司致力于将粉末床融合的精华与创新的新技术相结合，以降低价格，让更多的人可以使用。该公司也在其网站上表示：我们致力于支持由金属3D打印驱动的下一代创新制造解决方案，这表明他们对金属3D打印和创新的承诺。目前，该制造商提供XM200G系列、XM200C和XM300C设备。这些打印机有不同的应用，XM200G系列旨在满足制造业和研发领域的高性能使用案例，而XM200C适合大学、实验室和中小型企业，XM300C适合需要原型设计、工具能力或小批量铸造的应用。所有这三种设备都使用DMLS，并被认为能够生产高度复杂、高质量的零件。

施乐公司（Xerox）

在多数人的印象中，施乐公司（Xerox）主要是以打印机和扫描解决方案供应商的形象出现在大众的日常生活中，但你知道这家美国公司也生产金属3D打印机吗？在2020年收购了初创公司VaderSystems之后，该公司于2021年推出了他们的第一台3D打印机——ElemX。这个系统与许多其他系统有点不同，因为它实际上使用了一种专有的液体金属打印技术。从本质上讲，施乐公司的系统使用的不是许多金属3D工艺中使用的粉末，而是将金属线送入一个罐子，并加热到800℃以上。一旦材料熔化，机器就会利用磁场投射出液滴，这与材料喷射的理念相似。该公司指出，用户可以避免潜在的危险和有毒粉末，这是使用其工艺的主要好处之一。这套打印系统已经在业内掀起了波澜，因为它已被加利福尼亚州的海军研究生院采用，以帮助开发美国海军的3D打印应用。

△图片来源：Xerox

3DEO

3DEO是美国加州的智能分层金属3D打印技术开发商，成立于2016年，是一家按需生产不锈钢零件的公司。智能分层技术（Intelligent Layering®）是3DEO推出的的专利金属3D打印技术。据称，它可以生产出表面质量优良、结构成本低、功能精细的金属部件。该专利工艺被集成到3DEO自家的3D打印机中，并使用金属注射成型（MIM）粉末，降低了最终零件的成本，同时也实现了大批量的金属快速成型制造。Intelleting Layering技术还符合行业基准MPIF标准35，即金属注射成型的标准。2018年，该公司使用其专有工艺3D打印了超过3万个付费零件，分发给了包括医疗、航空航天和消费等不同行业的客户。随后在2019年第一季度，3DEO宣布在获得另外两家生产客户后，将其智能分层产能扩大一倍，分别为24000件和28000件。在扩产时，3DEO解释说，这是为了满足客户更大的需求，公司在2018年，也就是第二个完整的运营年，实现了大幅增长。

△使用智能分层技术制作的3D打印金属零件

ADDere

总部位于威斯康星州Midwest Engineered Systems的增材制造部门ADDere于2020年5月宣布，利用其激光丝增材制造（LWAM）技术，实现了将燃烧室和喷嘴组件无缝合并为一个完全集成的产品。ADDere 金属3D打印机由多个版本组成，从较小规模的便携式系统（如ADDere SYSTEM I）到后来专注于零件生产制造的升级版本。所有配置的金属3D打印系统都是基于激光线3D打印制造技术，采用熔融沉积金属的方式工作。该公司的激光线材增材制造系统能够用不锈钢或Inconel等多种常见或特殊金属基材料制造零件。在氩气环境下，可以扩展为钛金属制造零件，4千瓦的激光器与500安培的热丝焊接组件相结合，为大规模的材料沉积提供了充足的能源。ADDere激光混合焊接系统采用了激光和焊丝电弧焊接系统的独特组合，以及激光焊丝加成制造系统的闭环反馈工艺。与增材制造工艺类似，ADDere系统使用激光将焊缝键孔熔化到金属中，同时使用传统焊丝加热焊丝填充焊缝。该工艺是船舶制造、压力容器、装甲电镀和其他需要使用厚金属板的领域，重型焊接应用的理想选择。ADDere混合式激光焊丝焊接工艺具有极高的可扩展性，结合适当的机器人自动化技术，系统可以支持长达40米的金属3D打印。机器人集成也有助于确保高度的焊接重复性，由于激光加热本身所提供的精细晶粒控制，这已经是非常出色的。

AddiTec

AddiTec是3D打印企业Meltio的创始合作伙伴，近年来率先开发了价格合理的金属3D打印系统。作为北美Meltio产品的主要分销商，AddiTec在多激光金属直接沉积技术的设计和开发方面拥有6年的历史，在北美完成了广泛的客户应用部署，并提供培训和客户应用支持。AddiTec的客户包括知名大学、主要研究中心、技术中心、国家实验室，以及航空航天、核能、汽车、采矿和能源行业的广泛工业客户。AddiTec公司在激光金属沉积方面有着深厚的经验积累，早在2019年，就曾推出了一款名为μPrinter的桌面级金属3D打印机。这款设备可以同时使用金属粉末材料以及金属线，金属线使用起来更实惠，更安全。AddiTec的专利LMD-WP（激光金属沉积线粉末）工艺是一种直接能量沉积（DED）工艺，当金属粉末流被喷射到零件表面时，强大的激光将其熔化，不断重复的一层一层打印。在今年2月中旬，AddiTe还宣布与美国航空航天局(NASA)旗下一家聚焦先进材料供应业务的子公司——Amorphology合作，双方将就利用激光金属沉积技术共同开发定制的3D打印齿轮变速箱部件展开合作。

△μPrinter桌面级金属3D打印机

Plus-Mfg

目前，大部分金属打印机采用的制造工艺都是使用高能激光熔融金属粉末，层层叠加制造出金属物体。不过位于美国卡温顿的Plus-Mfg却另辟蹊径，采用了一种新老结合的工艺。在2015年5月芝加哥举行举办的自动化大会上，Plus-Mfg便推出了他们与众不同的研究成果 —+1000k多材料金属3D打印机。这款机器采用的是早已成熟的电弧焊接技术，在内部惰性气体的保护下，能够使用多种金属材料以逐层叠加的方式进行3D打印作业。这款机器构建尺寸可以达到1200 x 900 x 600 mm，可连续监测部分温度，附带有淬火槽和冷却装置用来加热或冷却部件。基础版的+1000k只带有1个打印头，不过如果需要，它可以再添加最多2个打印头，以实现多材料打印。目前，该机型适用的金属材料有E70钢，300系列不锈钢，钛，以及6000系列的铝，未来还可以使用铜和7000系列的铝。

Virtual Foundry

自从2015年在Kickstarter上推出以来，Virtual Foundry的由铜和青铜制成的金属材料FilametTM已被用于制造了各种令人惊叹的3D打印模型。看起来这些3D打印模型都好像是由铸造工艺制成的，而不是通过3D打印机打印的。据了解，该公司总部设在威斯康星州，客户包括美国能源部、洛克希德马丁公司、美国海军和美能达公司。FilametTM设计之初，是为了满足全金属热端的任何桌面FFF、FDM 3D打印机。FilametYM由金属粉末制成，包裹在环保、可生物降解和碳中性聚合物的粘合剂中，它与塑料PLA的挤出方式相同，但是速度较慢。它允许金属在3D打印过程中充分熔融，并无需进行额外的调整。

使用FilametTM进行3D打印，最终打印完成的物件效果令人满意，并且重量较轻。虽然表面的光泽感有所欠缺，但是抛光之后的效果也是不错的，并且具有典型的金属外观。就从这一方面来说，许多材料就无法做到。随后，将3D打印物件放入窑炉中，并添加Virtual Foundry的“神秘粉末”（该公司表示商业机密不能透露）。在高达989.2摄氏度的温度下，在窑中的3D打印物件的粘合材料可以被去除，最终留下的是几乎100%的金属。事实上， FilametTM是一种新颖和便宜的材料选择。据悉，该团队计划在FilametTM增加新的金属，首先选择的可能是不锈钢。

DM3D

总部位于密歇根州的DM3D公司致力于研究定向能量沉积领域尖端技术，该公司的闭环、多喷嘴DED 3D打印技术已被开发用于航空航天、国防和工业领域实现大型复杂零件的增材制造。DM3D的DED技术依靠包括40项专利在内的大量知识产权资产，依靠高功率激光逐个像素地熔化和沉积金属粉末，以及闭环反馈控制，实现了接近净形状的零件生产。2021年4月，DM3D公司发布了一款带有多个处理头的DMD机器，可以打印直径10英尺、高度10英尺的金属零件，巨大的系统专为处理不易氧化的钢和Inconel合金而设计。

据DM3D公司介绍，他们专有的直接金属沉积（DMD）技术是一种DED类型的工艺，可使用金属粉末和激光能源制造和再制造零件。与大多数其他金属3D打印技术不同，DMD能够在一次构建中处理具有多种材料的中型到大型零件。10英尺立方体的工作范围具有2,000磅的承重能力，并且比其他几种金属打印技术具有更高的制造速度。同年9月，奥本大学与NASA美国宇航局合作的液体火箭发动机项目中就使用了DM3D Technology的定向能量沉积(DED) 3D打印平台，用以提高液体火箭发动机的性能。

△由DM3DTechnologies打印的两吨重的全尺寸RS25喷嘴衬垫

Seurat

金属3D打印初创公司Seurat Technologies公司筹成立于2015年，并于今年1月份筹措了2100万美元，以帮助加速其专有的面积打印技术的推广。面积3D打印诞生于在劳伦斯-利弗莫尔国家实验室，它基本上描述了一个过程，其中包含超过230万个像素的激光被用来在打印床上将金属粉末 "微焊接 "成薄层。根据Seurat技术公司的说法，其方法是独特的，因为它将打印速度和分辨率"脱钩"，使其能够克服3D打印的速度、质量、规模和成本间的制衡。

尽管Seurat Technologies还没有推出这样的商业组合，但它说其即将发布的系统将为用户提供主要的速度和成本效益，特别是与传统生产方法相比。在推出时，该机器将能够以300美元/公斤的成本进行3D打印，但该公司打算到2025年将这一成本降低到150美元/公斤，使其具有与铸造同等水平的能力。在实际应用中，该工艺据说也有各种应用，Seurat技术公司声称，它现在已经从世界上最大的汽车、航空航天、能源、消费电子和工业公司获得了七份加入其商业化计划的意向书，因为它试图首次将其专利技术推向市场。不过当Seurat Technologies将其新机器推向市场时，它也将面临着一些历史悠久的高产量金属3D打印公司的激烈竞争。

Mantle

Mantle公司作为3D打印领域的一家新创业公司，最近才从慢慢走进大众视野，这一点要跟他们公司没有进行较多的的相关产品展览有关。据了解，Mantle的市场定位是工业金属工具，他们的整个系统以及推出的金属3D打印工艺也是围绕这个市场设计的。简而言之，Mantle的工艺特点在于是使用浆料挤出机来精确沉积金属浆料，从而达到成坯的效果。随后对沉积生坯进行加热以去除粘结剂，并将金属颗粒烧结在一起，然后进行数控铣削动作以平滑表面。这样一层一层地重复，直到物体被建造出来。

Mantle与大多数3D打印机制造商不同，他们没有遵循从技术入手后再去寻找市场的模式。相反，他们首先选择了市场，然后才针对性地解决技术问题。Mantleuichude TrueShape™ 工艺的基础是一系列专有的可流动金属浆料(FMP) 材料。在液体中加入金属颗粒，以确保打印过程中的安全性和一致性。浆料中不同的颗粒类型和尺寸可最大限度地减少烧结过程中的尺寸变化，优化材料工艺获得零件的最佳性能。

△技术流程总体分为三步：打印→切割→烧结。

△△Mantle 3D打印机的打印台，图片来自Mantle