Mantle ：金属挤出3D打印+ CNC 铣削，进军450亿美元的模具市场

2022年9月，南极熊获悉，经过六年的发展，Mantle终于发布了其商用金属3D打印系统，该系统将与金属挤压与 CNC 铣削相结合，实现了迄今为止其他粘合剂喷射技术无法实现的功能。然而，比技术更有趣的是 Mantle 的商业模式，因为这家初创公司最先瞄准的是450亿美元的注塑工具市场。


△Mantle的TrueShape工艺，可以制造高精密和表面光洁度的零件

P-200 3D 打印机
Mantle宣布推出其 P-200 3D 打印机的商业版本，该打印机围绕一个可靠的 CNC 平台设计，配备金属浆料挤出头。该机器的构建体积为 200 毫米 x 200 毫米 x 150 毫米，首先打印一层浆料，然后加热蒸发粘合剂材料。打印10层左右后，利用高速 CNC 铣床对零件进行修整，从而获得更高的精度和更光滑的表面光洁度。因为它是加工干燥的糊状物，而不是固体金属，所以切割过程明显更快。


△P-200 金属 3D 打印机与 F-200 。

然后将生坯放入 Mantle 的 F-200 熔炉中，将它们烧结成接近完全致密的工具钢部件。由于一些粘合剂在打印过程中已经蒸发，因此烧结过程中的材料收缩可以被限制在 10% 以下，这与传统的粘合金属部件不同，后者通常会收缩 20% 左右。使用 CNC 还可以实现 1-3μm Ra 的“同类最佳表面光洁度”。即使是预烧结，打印出来的物体也非常光滑。这不仅意味着提高了打印精度，而且几乎没有后处理。

到目前为止，研究人员已经为Mantle工艺开发了工具钢 H13 和 P2X（类似于 P20）。未来的材料会以工具钢为主，因为就目前而言，这家初创公司的目标是注塑成型行业。通过独特地满足精密工具的需求，该公司能够获得该领域的巨大机遇。

牙科工具


△Mantle 的金属 3D 打印插件和使用 Mantle 插件模制的除臭剂部件。

通常，增材制造公司的目标是大规模制造商，但由于他们主要使用3D打印制作终端零件，因此在生活中我们可能看不到增材制造带来的吞吐量方面的优势。然而，通过将增材制造应用于间接制造，存在不可否认的蝴蝶效应。

Invisalign 等公司通过使用 3D 打印间接制造创造了整个行业。通过按照正畸医生开发3D 打印患者牙齿模型，可以使用稳定的生物相容性材料热成型透明矫正器。虽然公司正在开发用于牙科矫正器最终 3D 打印的材料，但它们才刚刚开始进入市场，有无限的潜力。与此同时，热成型模型每年以2亿个单位的速度打印。

价值450亿的3D打印应用技术

通常在增材制造领域，机器销售人员也是应用工程师和顾问。他们不仅试图将 3D 打印机推销到客户身上，还必须帮助客户进行生产指导。Mantle 正在尝试一种完全不同的方法。Mantle 展示的工具看起来都像传统工具，没有格子减重结构或一体组件。但是，它们与 CNC 加工制造的工具一样坚固耐用。它们是客户可以信任的工具，操作起来十分便捷。

为了让 3D 打印进入这个价值 450 亿美元的传统行业，Mantle 并没有试图重新发明轮子。TrueShape 工具与传统制造工具之间的最大区别在于，它们的设计和制造时间是几周而不是几个月，而且成本只有一半。

Mantle 不会将增材制造的几何自由度作为采用其技术的理由。在很多情况下，一提到可以加快注塑模具散热的“随形冷却”，就会让客户感到紧张，对模流软件的恐惧，足以让传统厂商纷纷上门。


△采用随形冷却设计的模具，使用 Mantle 的 TrueShape 工艺进行 3D 打印。

Mantle 首席执行官Sorom 说：“我们确保您可以打印出完全致密、坚固的金属片，因为这是工具制造商所习惯的。你今天在这里（在 Mantle 的 IMTS 展台）看到的绝大多数零件都与工程师的设计完全一样。我们只是打印速度更快，成本更低。对我们来说，随形冷却和新的几何形状是锦上添花，您可以使用这种强大的功能进行随形冷却并提高电能质量或循环时间。”

通常，粉末床融合系统的价格可能超过 50 万美元。相比之下，包括 P-200 打印机和 F-200 熔炉在内的整个 Mantle 系统的价格为 350,000 美元。

TrueShape 3D 打印在更大的市场中
从用户环境来看，Mantle 可以走多条路线，而且它显然正在追求所有这些路线。具体来说，该公司的目标是工具制造商、注塑成型供应商以及在内部进行工具制造和制造的垂直整合企业。

首席商务官DiLaura 说：“我们在 OEM 方面与欧莱雅等公司和其他公司合作过，但从根本上说，如何发挥该技术的潜力，始终取决于制造工具的人，要么是工具制造商，要么是一个专属的内部团队为他们做工具。我们发现，垂直整合的医疗和其他行业的人们，他们制造自己的工具并进行塑料生产，可以从我们的工作中获得很多价值，因为他们知道如何加快这些周期时间。他们获得了更多的价值。他们的工具不仅速度更快，生产速度更快，而且可以得到质量更好的零件。”


△Mantle 制造的用于注塑成型的 3D 打印金属模具。

TrueShape 工艺是对其他 3D 打印技术的补充，包括直接针对工具的技术，例如 Addifab 和 Fortify 的技术。虽然 Addifab 的Freeform Injection Molding用于短期注塑成型的临时工具，但Fortify 的技术旨在使用技术陶瓷材料生产更持久的模具。在制造商转向最终金属模具之前，这些工艺可能用于桥接工具或原型制作。无论它们如何相互竞争，这些公司都可以帮助美国制造业回流。Sorom 估计，美国制造了大约 80 亿美元的模具，而亚洲制造了 260 亿美元。

由于美国的学生、设计师和工程师更关注 CAD 而不是传统工具制造，采用 TrueShape 等技术的 3D 打印可以让美国生产实现数字化。这在 COVID-19 大流行和乌克兰战争期间暴露出来的供应链危机期间尤其有益。