Mantle创新金属3D打印技术革新工模具行业，大幅缩短制造时间

2023年2月9日，南极熊获悉，初创公司Mantle开发了一种能对当今制造业造成冲击的3D打印新方法。他们不是 直接3D 打印数百万个零件，而是先 3D 打印工具，然后制造出数百万个零件。在加利福尼亚州阿纳海姆举行的医疗器械与制造西部会议上，Mantle 展示了两个新客户，他们采用了金属 3D 打印工艺来减少注塑成型操作的时间和劳动力。

△Mantle 3D打印机

总部位于威斯康星州的Nicolet Plastics正在使用 Mantle 的技术来 3D 打印钢制模具，作为全方位塑料注塑成型服务的一部分。Nicolet 的客户中有一家名为Gamber-Johnson的企业，生产模制样品的时间大幅减少。通过3D打印三个完成度达到95%且仅需少量精加工的嵌件，能够将工具制造时间从180小时缩短至仅12.5小时。让Nicolet能够在两周内交付样品，而原来是六周。

△Nicolet的 3D 打印插件

Nicolet Plastics 的Eric Derner 说：“我们打印了嵌件，并且在这里和那里做了一些最终装配，我们能够放入打印机并相对快速地开始成型零件。我们只需要大约 10 个小时的二次操作和最后的装配工作。此前，我们的工具制造商还有点悲观，但当我询问一切进展如何时，他显得非常高兴。”

△Gamber-Johnson的模制零件。图片由 Mantle 提供。

另一家提供全方位服务的注塑成型商Westec Plastics Corporation依靠这项技术来提高模具加工能力，而无需雇用既难找又成本高的模具制造商。通过 3D 打印 75-95% 完整的H13 工具钢刀片，公司现有的工具制造人员可以专注于更重要的任务，如工具维修和保养。此外，据说 Westec 将模具成本降低了一半，因为生产嵌件的有效操作时间从 40 小时减少到 10 小时。  

Westec Plastics Corporation 总裁 Tammy Barras 说：“工具是我们公司的基础，没有高质量的工具，我们就无法生产高质量的零件，但是越来越难找到高质量的工具制造商。使用 Mantle 的技术，我们可以完成高达 70% 的工作，并让我们的工具制造商处理只有人工才能完成的专门步骤。因此，我们需要利用这项新技术。通过 Mantle，我们可以为客户提供他们在其他任何地方都无法获得的服务。”

参加 MD&M West 活动的人可以在 Mantle 的展位#3995 看到案例研究。此外，您有可能很快就会在杂货店看到这样一些。例如，一家主要但未透露姓名的除臭剂制造商依靠使用 Mantle 制作的模具来批量生产除臭剂棒的加捻部件。尽管 Mantle 可能相对较新，但它已经以成熟公司数十年才能完成的方式对一般行业产生影响。

3D 打印可能并不适合所有注塑机，但是，对于任何需要内部工具制造的人来说，它确实是一个理想的工具。Mantle 营销总监 Ethan Rejto 表示，增材制造不一定适合从国内或海外供应商处购买工具的注塑商，因为工具在打印后需要几个小时的后处理。那些购买工具但在内部进行工具维修的人可能希望将工具制造带到现场，因此Mantle的出现可能非常适合。增材制造不一定适合从国内或海外供应商处购买工具的注塑商，因为工具在打印后需要几个小时的润色。那些购买工具但在内部进行工具维修的人可能希望将工具制造带到现场，因此Mantle的技术可能非常适合。

Rejto 说：“拥有完整的内部工具制造能力（即能够构建完整的注塑模具/工具）的模塑商非常适合选择Mantle。大多数仍然进行一些外包，但将提高内部工具制造能力视为战略优势，因此正在努力将更多的工具制造引入内部。然而，他们根本无法聘请工具制造商来做这件事，而 Mantle 恰好可以帮助他们解决问题。”

尽管这些公司可以转向传统的金属 3D 打印技术来生产模具，如激光粉末床熔合 (PBF)技术，甚至是一些聚合物技术，但 Mantle 的上市重点是工具制造。其设备的价格明显低于航空航天公司使用的高端 PBF机器，而且也没有那么复杂。通过瞄准这一细分市场，Mantle 正试图从一个相对被忽视的制造业领域中获利，该领域对后工业社会至关重要，价值在 450 亿美元左右。

SmarTech Analysis 发布的《2020-2029年通用工业和模具行业增材制造市场机遇》报告中并未涵盖 Mantle作为一家新创公司（报告链接：https://www.smartechanalysis.com/reports/market-opportunities-for-additive-manufacturing-in-the-general-industry-and-tooling-sector-2020-2029/）。然而，毫无疑问，它将在通用工业和工具市场的增材制造中发挥越来越大的作用，预计到 2029 年总收入将达到 54.8 亿美元。

技术介绍
塑料注塑成型是指在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型品的方法。该工艺始于20世纪20年代，已有近百年的发展历史，是目前使用非常广泛、非常成熟的工业制造技术。

但是制造这些钢模是极其精确的工作，需要很长时间（多年）才能成为一名工具制造者。另外，培养一名合格的工具制造者，除了需要足够的时间，还需要经验和相应的设计能力。

还有一点，虽然注塑件可以快速制成数万个，但是制造这种工具需要花费数周的时间。对于那些小型模具公司而言，通常需要六到八周或更久。尤其在全球供应链中断期间，有的甚至可以达到12周以上。因此，Mantle抓住这个3D打印模具市场前景。

△TrueShape技术可生产满足工具制造商苛刻要求的精密部件

混合TrueShape技术的工艺流程包括：打印、铣削、烧结。

△TrueShape 3D打印工艺流程

如果更加细致的介绍，混合型TrueShape工艺可以分解为三个关键阶段：首先是打印，系统使用一种专用的可流动金属浆料3D打印出 "粗略的零件几何形状"。值得一提的是，每打印完一层，打印机会对该层进行一次加热烘烤。

△混合TrueShape技术原理视频

与Markforged或Desktop Metal FFF 3D打印机使用的线材很相似，可流动金属浆料在聚合物基体中加入了金属颗粒。目前提供的浆料有两种，包括：P2X，一种P20模具钢类金属，具有更好的耐腐蚀性和耐磨性。H13则是一种标准的H13模具钢，可硬化至至少50洛氏C。

打印一部分之后，就使用集成在机床身上的高速铣刀头进一步成型。这一步可以提高了部件的尺寸精度，同时获得高质量的表面效果。

△铣削过程

最后，零件在熔炉中烧结，使聚合物从金属颗粒中脱出，并将金属烧结成一个致密的固体部件。

△脱脂烧结过程

△最终成品金属件

在摆脱隐身模式之前，Mantle的技术已经被一家不知名的全球家电制造商用于3D打印一种特殊的工具插件，实现了超过20万个洗衣机零件的成型。现在，使用Mantle的3D打印工具已经生产了超过100万个最终使用的零件。