導讀：說到3D打印領域中的“卡脖子”技術，核心零部件是首屈一指的，比如SLM選擇性激光熔融金屬3D打印機中使用到的激光器和振鏡系統，BJ粘結劑噴射砂型/金屬3D打印機中使用到的打印噴頭。這些核心技術起初都掌握在國外企業手中。近年來，隨著國內極少數企業在核心零部件領域的持續研發，終于取得了突破，安裝了國產核心零部件的3D打印機也應運而生，愛司凱則是取得這一突破的典型代表。

2024年5月，南極熊實地走訪了砂型3D打印機生產廠商愛司凱的杭州工廠，深入了解了這家公司是如何走上3D打印之路的。

△愛司凱董事長李明之（左）、南極熊潘學松（右），位于愛司凱杭州工廠

靠CTP設備起家做到全球前三
本次南極熊實地探訪，受到愛司凱董事長李明之先生的親自接待，他帶領我們參觀了愛司凱的研發和生產大樓。李明之告訴南極熊，其實愛司凱最早是做計算機直接制版機（CTP）起家，這是一種將數字化的印前圖文信息直接轉移到印版上的設備，這些設備主要用于報紙、雜志等需要大批量印刷的領域。愛司凱目前在CTP設備方面已經做到全球前三的位置，就連國際大廠日本富士的CTP設備也是由愛司凱貼牌生產的。CTP設備需要用激光在鋁板上進行精密雕刻，因此，愛司凱掌握了精密運動控制的關鍵技術，并且將這套精密運動控制技術應用于砂型3D打印機的開發當中。

△愛司凱的計算機直接制版機（CTP）生產車間

△愛司凱為日本富士貼牌生產的CTP設備

像“華為造手機”一樣造3D打印機
在生產大樓的一樓，我們終于看到了愛司凱的砂型3D打印機生產線，工人們正在組裝多個型號的砂型3D打印機， 包括可打印1.8米尺寸的左右雙工作砂箱打印設備S1800，和集中式清粉的風暴T1800、T2515產線方案，以及出口型博通漢斯BTHS2515、BTHS4025。

△愛司凱砂型3D打印機生產車間

△愛司凱集中式清粉的風暴T1800、T2515產線方案，通過軌道將打印倉運送到指定位置進行清粉，多臺打印設備匹配一套清粉裝備。這是一套真正的3D打印產線全流程方案，而非是傳統鑄造廠產線升級方案。

李明之表示：“與國內其他砂型3D打印機廠商不同，愛司凱砂型3D打印機的核心在于使用了自研的壓電打印噴頭，而其他廠商只能使用進口的噴頭。愛司凱自研打印噴頭就好比華為造手機使用麒麟芯片，奇瑞造車使用自研發動機一樣，將核心部件掌握在自己手中，我們不能被國外‘卡脖子’” 。

據南極熊了解，愛司凱從2012年就開始立項研發壓電式噴墨打印頭，前前后后投資了數億元，可謂是十年磨一劍。與到處采購零件，快速組裝銷售賺錢相比，李明之顯然是選擇了一條更艱難的道路。很多核心零部件之所以沒有國產化，一方面是其技術門檻高研發投入大，另一方面是國內缺少配套的加工設備。比如想生產芯片，但沒有光刻機，可謂是“巧婦難為無米之炊”。

△3D打印壓電噴頭在潔凈房內生產

愛司凱為了研發生產這個小小的打印噴頭，需要配備一整套的加工設備，這些設備往往也是被國際巨頭壟斷的或者由于國內需求量太小，根本沒有人造。愛司凱只能自己去造這些設備，比如噴頭各部件：噴孔板打孔設備、切割設備、涂覆設備、熱壓設備、曝光設備、檢測儀器等。這些設備都被放在四樓2000平米的潔凈房內用于生產打印噴頭。而且，就連打印頭上的主芯片，愛司凱也給出了自己的解決方案。

△為了研發壓電式打印噴頭，愛司凱又造了一批加工設備

△高速相機下拍攝的1滴墨水的噴射過程

在重重困難之下，經過多年的持續開發愛司凱終于還是取得了突破，推出了國產的壓電式打印噴頭，打破了國內在這一領域的空白，并大幅降低了這一核心零部件的成本。目前，愛司凱的噴墨打印頭有512孔和1024孔兩種，分辨率分別為200dpi和400dpi。量產的512噴頭已使用在公司全系列3D砂模和3D陶瓷打印機上，部分MEMS工藝的512噴頭正在細分市場進行試用和測試；立式傳統1024噴頭和立式MEMS1024也已進入研發樣品的小批量測試階段。由于采用自研噴頭，可以根據3D打印材料的特性，選擇噴頭流道的材料，從材料兼容性上大大提高噴頭壽命。根據不同打印材料，為客戶定制不同材質噴頭，為多元化材料的在3D上的應用提供支持。

△愛司凱3D打印壓電噴頭及結構

愛司凱為什么選擇了一條最艱難的路？
在參觀完愛司凱的研發、生產廠房之后，南極熊為之震驚，沒想到愛司凱竟然真的為了制造這個小小的噴頭，投入了如此巨大的精力和研發成本。但是，南極熊依然心存疑慮，在其他廠商紛紛想辦法快速推出打印設備，盡快實現盈利的背景下。愛司凱卻選擇了苦熬十年，為了年銷售百臺級別的砂型3D打印機，噴頭千個級別的用量，投資幾個億去研發打印噴頭，這到底值不值得？
李明之表示：“這是一項“卡脖子”的技術，國內總要有人去做，如果我們都不做，那我們將一直被卡脖子。可悲的是，在我們推出打印噴頭之后，同行并不相信我們能夠做噴頭。而實際上我們的打印噴頭與進口的相比，在性能、兼容性、使用壽命及應用成本方面均具備優勢，愛司凱的噴頭壽命超過1000億次，而且在砂型機的服務周期中噴頭的更換成本也更低。而且經過我們的長期運行驗證之后，這個打印噴頭未來還能用于噴繪等領域，用量級別在數萬個。”

△愛司凱董事長李明之手持傾盡心血研發的打印噴頭

由于壓電打印噴頭技術之前一直掌握在日本富士等極少數國外廠商手中，因此3D打印機設備廠商如果想對噴頭做一些定制化的開發幾乎是不可能的。而如果擁有了自研噴頭，則掌握了完全的主動權。

愛司凱為了適應各種不同的墨水，針對打印噴頭做了很多適應性的開發。以環氧樹脂墨水為例，其粘度在200-2000mPa.s，導致流體阻力增加。愛司凱3D樹脂類專用噴頭通過增加流道截面積，配備熱循環系統（保證噴頭在80-100攝氏度下穩定工作）和高電壓驅動系統來實現穩定的打印。

△愛司凱為客戶提供的砂型3D打印設備

對于有機酸類的墨水來講，其化學性能較為活潑，對金屬材料有腐蝕、對高分子材料有溶脹現象。為了打印這種材料，AMSKY固化劑專用噴頭更換了流道材料（單晶硅、硅酸鹽），更換了粘結劑（耐強酸），并在液體流過的界面增加半導體級涂層（耐強堿強酸）。
對于水基墨水來講，主溶劑為水，容易產生氣泡。溶質密度偏大，固含量偏高，容易沉淀。AMSKY陶瓷類專用噴頭通過增加脫氣單元，增加回流流道截面積，更改為正壓供墨系統等方式實現對水基墨水的噴墨打印。

未來的路該怎么走
南極熊相信，在SLM 選擇性激光熔融金屬3D打印機開始紛紛采用國產激光器一樣，BJ粘結劑噴射3D打印機未來也會采用國產打印噴頭，這是一條必經之路。現在BJ粘結劑噴射3D打印技術正在崛起，未來的潛力巨大，這項技術不但能夠打印砂型，還可以打印陶瓷和金屬，甚至尼龍等材料，這些都需要用到打印噴頭。到那時，愛司凱的長線策略將會真正的綻放出應有的光芒。
本次愛司凱的探訪之旅，南極熊除了震驚之外同時也充滿了期待。因為不但看到壓電打印噴頭這一核心器件的突破之路，李明之還向南極熊展示了另外一項黑科技，是SLM金屬3D打印設備中的一個核心零部件，這項技術有望大幅降低8激光金屬機的價格。在這里先賣個關子，等到產品正式發布之時，南極熊再來揭秘。