导读：说到3D打印领域中的“卡脖子”技术，核心零部件是首屈一指的，比如SLM选择性激光熔融金属3D打印机中使用到的激光器和振镜系统，BJ粘结剂喷射砂型/金属3D打印机中使用到的打印喷头。这些核心技术起初都掌握在国外企业手中。近年来，随着国内极少数企业在核心零部件领域的持续研发，终于取得了突破，安装了国产核心零部件的3D打印机也应运而生，爱司凯则是取得这一突破的典型代表。
2024年5月，南极熊实地走访了砂型3D打印机生产厂商爱司凯的杭州工厂，深入了解了这家公司是如何走上3D打印之路的。
△爱司凯董事长李明之（左）、南极熊潘学松（右），位于爱司凯杭州工厂
靠CTP设备起家做到全球前三
本次南极熊实地探访，受到爱司凯董事长李明之先生的亲自接待，他带领我们参观了爱司凯的研发和生产大楼。李明之告诉南极熊，其实爱司凯最早是做计算机直接制版机（CTP）起家，这是一种将数字化的印前图文信息直接转移到印版上的设备，这些设备主要用于报纸、杂志等需要大批量印刷的领域。爱司凯目前在CTP设备方面已经做到全球前三的位置，就连国际大厂日本富士的CTP设备也是由爱司凯贴牌生产的。CTP设备需要用激光在铝板上进行精密雕刻，因此，爱司凯掌握了精密运动控制的关键技术，并且将这套精密运动控制技术应用于砂型3D打印机的开发当中。
△爱司凯的计算机直接制版机（CTP）生产车间
△爱司凯为日本富士贴牌生产的CTP设备
像“华为造手机”一样造3D打印机
在生产大楼的一楼，我们终于看到了爱司凯的砂型3D打印机生产线，工人们正在组装多个型号的砂型3D打印机， 包括可打印1.8米尺寸的左右双工作砂箱打印设备S1800，和集中式清粉的风暴T1800、T2515产线方案，以及出口型博通汉斯BTHS2515、BTHS4025。
△爱司凯砂型3D打印机生产车间
△爱司凯集中式清粉的风暴T1800、T2515产线方案，通过轨道将打印仓运送到指定位置进行清粉，多台打印设备匹配一套清粉装备。这是一套真正的3D打印产线全流程方案，而非是传统铸造厂产线升级方案。
李明之表示：“与国内其他砂型3D打印机厂商不同，爱司凯砂型3D打印机的核心在于使用了自研的压电打印喷头，而其他厂商只能使用进口的喷头。爱司凯自研打印喷头就好比华为造手机使用麒麟芯片，奇瑞造车使用自研发动机一样，将核心部件掌握在自己手中，我们不能被国外‘卡脖子’” 。
据南极熊了解，爱司凯从2012年就开始立项研发压电式喷墨打印头，前前后后投资了数亿元，可谓是十年磨一剑。与到处采购零件，快速组装销售赚钱相比，李明之显然是选择了一条更艰难的道路。很多核心零部件之所以没有国产化，一方面是其技术门槛高研发投入大，另一方面是国内缺少配套的加工设备。比如想生产芯片，但没有光刻机，可谓是“巧妇难为无米之炊”。
△3D打印压电喷头在洁净房内生产
爱司凯为了研发生产这个小小的打印喷头，需要配备一整套的加工设备，这些设备往往也是被国际巨头垄断的或者由于国内需求量太小，根本没有人造。爱司凯只能自己去造这些设备，比如喷头各部件：喷孔板打孔设备、切割设备、涂覆设备、热压设备、曝光设备、检测仪器等。这些设备都被放在四楼2000平米的洁净房内用于生产打印喷头。而且，就连打印头上的主芯片，爱司凯也给出了自己的解决方案。
△为了研发压电式打印喷头，爱司凯又造了一批加工设备
△高速相机下拍摄的1滴墨水的喷射过程
在重重困难之下，经过多年的持续开发爱司凯终于还是取得了突破，推出了国产的压电式打印喷头，打破了国内在这一领域的空白，并大幅降低了这一核心零部件的成本。目前，爱司凯的喷墨打印头有512孔和1024孔两种，分辨率分别为200dpi和400dpi。量产的512喷头已使用在公司全系列3D砂模和3D陶瓷打印机上，部分MEMS工艺的512喷头正在细分市场进行试用和测试；立式传统1024喷头和立式MEMS1024也已进入研发样品的小批量测试阶段。由于采用自研喷头，可以根据3D打印材料的特性，选择喷头流道的材料，从材料兼容性上大大提高喷头寿命。根据不同打印材料，为客户定制不同材质喷头，为多元化材料的在3D上的应用提供支持。
△爱司凯3D打印压电喷头及结构
爱司凯为什么选择了一条最艰难的路？
在参观完爱司凯的研发、生产厂房之后，南极熊为之震惊，没想到爱司凯竟然真的为了制造这个小小的喷头，投入了如此巨大的精力和研发成本。但是，南极熊依然心存疑虑，在其他厂商纷纷想办法快速推出打印设备，尽快实现盈利的背景下。爱司凯却选择了苦熬十年，为了年销售百台级别的砂型3D打印机，喷头千个级别的用量，投资几个亿去研发打印喷头，这到底值不值得？
李明之表示：“这是一项“卡脖子”的技术，国内总要有人去做，如果我们都不做，那我们将一直被卡脖子。可悲的是，在我们推出打印喷头之后，同行并不相信我们能够做喷头。而实际上我们的打印喷头与进口的相比，在性能、兼容性、使用寿命及应用成本方面均具备优势，爱司凯的喷头寿命超过1000亿次，而且在砂型机的服务周期中喷头的更换成本也更低。而且经过我们的长期运行验证之后，这个打印喷头未来还能用于喷绘等领域，用量级别在数万个。”
△爱司凯董事长李明之手持倾尽心血研发的打印喷头
由于压电打印喷头技术之前一直掌握在日本富士等极少数国外厂商手中，因此3D打印机设备厂商如果想对喷头做一些定制化的开发几乎是不可能的。而如果拥有了自研喷头，则掌握了完全的主动权。
爱司凯为了适应各种不同的墨水，针对打印喷头做了很多适应性的开发。以环氧树脂墨水为例，其粘度在200-2000mPa.s，导致流体阻力增加。爱司凯3D树脂类专用喷头通过增加流道截面积，配备热循环系统（保证喷头在80-100摄氏度下稳定工作）和高电压驱动系统来实现稳定的打印。
△爱司凯为客户提供的砂型3D打印设备
对于有机酸类的墨水来讲，其化学性能较为活泼，对金属材料有腐蚀、对高分子材料有溶胀现象。为了打印这种材料，AMSKY固化剂专用喷头更换了流道材料（单晶硅、硅酸盐），更换了粘结剂（耐强酸），并在液体流过的界面增加半导体级涂层（耐强碱强酸）。
对于水基墨水来讲，主溶剂为水，容易产生气泡。溶质密度偏大，固含量偏高，容易沉淀。AMSKY陶瓷类专用喷头通过增加脱气单元，增加回流流道截面积，更改为正压供墨系统等方式实现对水基墨水的喷墨打印。
未来的路该怎么走
南极熊相信，在SLM 选择性激光熔融金属3D打印机开始纷纷采用国产激光器一样，BJ粘结剂喷射3D打印机未来也会采用国产打印喷头，这是一条必经之路。现在BJ粘结剂喷射3D打印技术正在崛起，未来的潜力巨大，这项技术不但能够打印砂型，还可以打印陶瓷和金属，甚至尼龙等材料，这些都需要用到打印喷头。到那时，爱司凯的长线策略将会真正的绽放出应有的光芒。
本次爱司凯的探访之旅，南极熊除了震惊之外同时也充满了期待。因为不但看到压电打印喷头这一核心器件的突破之路，李明之还向南极熊展示了另外一项黑科技，是SLM金属3D打印设备中的一个核心零部件，这项技术有望大幅降低8激光金属机的价格。在这里先卖个关子，等到产品正式发布之时，南极熊再来揭秘。
