升華三維吳敏：金屬3D打印異見者

來源：《經(jīng)理人》雜志

3D打印將顛覆制造業(yè),，曾成為很多重塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展擁躉的共同信仰,。但是國內(nèi)發(fā)展近十年，3D打印依然存在工業(yè)制造上的成本,、效率難題,。升華三維在尋找3D打印出路的迷途中，堅定地選擇了有別于主流的間接3D打印,，即將3D打印與粉末冶金相結(jié)合的路子,。

3D打印自從2013年在國內(nèi)大火兩三年后，尤其在工業(yè)端的商業(yè)化應(yīng)用方面,，至今仍是“猶抱琵琶半遮面”的狀態(tài),。是什么在掣肘3D打印在制造業(yè)的發(fā)展？在工業(yè)應(yīng)用中備受國內(nèi)企業(yè)青睞的金屬3D打印之外,，是否還有其他路徑能夠撬動這塊市場呢,？

深圳升華三維科技有限公司（簡稱“升華三維”）CEO吳敏正是其中一位主流金屬3D打印技術(shù)外的異見者。

職業(yè)生涯的“救命稻草”

中南大學(xué)粉末冶金研究院,，被譽為國內(nèi)粉末冶金專業(yè)的“黃埔軍�,！薄Ｔ诖送瓿杀敬T連讀學(xué)業(yè)的吳敏,，2013年畢業(yè)后直接進(jìn)入深圳富士康工作,，被應(yīng)聘進(jìn)入材料研發(fā)部門進(jìn)行跟碩士研究方向一致的新材料開發(fā)。那時的他,，萬萬沒有想到,，這個新材料開發(fā)方向還沒開始就在公司內(nèi)部給砍掉了。

2013年左右,，3D打印在中國成為備受業(yè)界矚目的一種新技術(shù)路線,。彼時，吳敏所在部門領(lǐng)導(dǎo)深受啟發(fā),，便提議讓粉末冶金出身的他對金屬3D打印技術(shù)及粉末制備進(jìn)行調(diào)研�,！澳菚r候，我也是看到竟然有金屬3D打�,。ê苷痼@）,，再深入了解這個技術(shù)后,，就像打開了一扇新的窗戶,。”深耕多年,，吳敏總結(jié)道，其實金屬3D打印就是粉末冶金的一個分支,。

剛剛接觸3D打印時，吳敏簡直到了瘋魔的地步,。在網(wǎng)上搜羅繁浩的資料一頁頁研究,，甚至將自己到手的一大半工資都花費在購買研究3D打印的設(shè)備和材料上,，從當(dāng)時最簡單便宜和流行的熔融沉積成形（FDM）熔融擠出技術(shù)入手,�,！�2013年的時候,，這個東西還很貴,，塑料3D打印的材料就需要300500元/卷/公斤�,！钡���,，沉迷于此的吳敏顯然是樂在其中的,，他分享說“經(jīng)常會跟大學(xué)同學(xué)交流，3D打印很神奇,，而金屬3D打印更是我們粉末冶金的未來,，讓他們一定都要來關(guān)注�,！�

沒過多久,，因為部門項目調(diào)整，吳敏已經(jīng)被調(diào)往新的部門,。領(lǐng)導(dǎo)指派他調(diào)研金屬3D打印的命令也有些不了了之,，但是開始沉迷3D打印的吳敏，自己并沒有放棄研究的興趣,，他一邊認(rèn)真做好本職工作,，一邊在業(yè)余時間進(jìn)行鉆研,。受到專業(yè)研究方向被砍的打擊，以及深感不能在新部門充分發(fā)揮自己的專長,，吳敏意識到“機緣巧合下，金屬3D打印就像（自己職業(yè)生涯的）一根救命稻草”,。

恰好2013年2014年,，3D打印概念在中國大火,。而縱觀國內(nèi)，彼時這個行業(yè)尚處于拓荒期,。資本熱錢涌入，掀起一股投資熱，但實際來看,，真正在從事實業(yè)的有技術(shù)沉淀的公司當(dāng)時也尚在發(fā)展初期,。比如至今被資本市場奉為“金屬3D打印龍頭”的科創(chuàng)板上市公司鉑力特才起步發(fā)展兩年，尼龍3D打印引領(lǐng)者華曙高科也還在摸索自己的技術(shù)路線,。

“當(dāng)時從富士康出來后,，我就想著去金屬3D打印的公司積累經(jīng)驗。但是當(dāng)時深圳沒有本土的原創(chuàng)性的金屬3D打印公司,，我只好去了塑料3D打印公司,。”吳敏表示,，“但是當(dāng)時我內(nèi)心非常確定自己的終極目標(biāo)就是金屬3D打印�,！�

當(dāng)時市面上已知的激光金屬3D打印有“三大件”：激光器,、振鏡系統(tǒng)、操作軟件,。“核心都主要在國外,，而且價格都特別貴,。打印尺寸在250mm×250mm×300mm的進(jìn)口設(shè)備要到500多萬人民幣，打印的不銹鋼材料每公斤就需要2000多元,�,！�

從技術(shù)角度來看，吳敏認(rèn)為，金屬3D打印一定存在有區(qū)別于高昂成本的激光束打印路徑的其他技術(shù)路線,。他跟自己粉末冶金專業(yè)的同學(xué)經(jīng)常一起思考,、討論，并且動手打印,、摸索,。在一次頭腦風(fēng)暴中，吳敏意識到,，塑料也屬于一種高分子材料,，是否可以嘗試用塑料與金屬粉末摻雜后，用3D打印先給產(chǎn)品成形,，然后再利用粉末冶金工藝進(jìn)行燒結(jié)呢,？

與主流的產(chǎn)品成形+性能直接一步到位的技術(shù)路線相比,，吳敏提出的這種“兩步走”的方法顯然是“異類”。按照吳敏的說法,，“這是一個新的技術(shù)路線，之前沒有人做過”,。從往后的歷史來看，吳敏團(tuán)隊琢磨出的這套新路徑,，當(dāng)年在國內(nèi)屬于“第一人”，但其實國外也有公司發(fā)現(xiàn)了這條路線,，只是技術(shù)尚未成熟，當(dāng)時并未對外公布,。

最后,，吳敏盡管自己動手配置了材料,，卻沒有燒結(jié)成功,。又是一輪輪的技術(shù)復(fù)盤。這次,，一位做金屬注射成型的同學(xué)提出，金屬注射成型使用的材料就是在一兩百度的溫度使材料擠出成型,，然后再去脫脂燒結(jié)得到金屬制品,。“我們馬上就按注射成型的材料來調(diào)整配方,，那時候很簡陋,，我們自己改裝的原型機，打印了一個生坯,，然后交給同學(xué)去做后端處理,。”

吳敏至今對打印這個原型產(chǎn)品的時間表記憶猶新：2015年11月,，想到這種技術(shù)路線,，并且開始實施；2016年2月底左右真正拿到燒結(jié)成功的樣品,。但是他坦言“做出來的產(chǎn)品性能不好”,。這時，他們第一次認(rèn)真地反思：到底是材料配方原因?qū)е庐a(chǎn)品性能不足,，還是這種技術(shù)路線存在先天缺陷而被其他企業(yè)所拋棄呢,？

經(jīng)過一次次反復(fù)更改配方、調(diào)整打印工藝和脫脂燒結(jié)的溫度等參數(shù),，吳敏團(tuán)隊成功將產(chǎn)品的燒結(jié)致密度從70%上升到80%,，后續(xù)又上升到90%多。致密度是評判3D打印的金屬制件中金屬性能的核心指標(biāo),，一般而言,，其數(shù)值越高，代表其金屬性能越好,。足以媲美傳統(tǒng)機加工零部件的成績,，讓吳敏相信“這條技術(shù)路線是可行的”。

但最后令吳敏下定決心的是其導(dǎo)師熊翔教授的認(rèn)同和鼓勵,�,！靶芾蠋熣f，金屬粉末冶金行業(yè)發(fā)展至今一直沒有找到一個新的創(chuàng)新點,，我們這種路線就是粉末冶金與3D打印的好的結(jié)合,。”

2016年,，吳敏果斷選擇辭職創(chuàng)業(yè),，并且積極尋找天使投資。但是,，國內(nèi)資本界對這種異類的金屬3D打印路線并不買賬,，“在國外都找不到對標(biāo)的企業(yè),。”吳敏以及團(tuán)隊前期只好利用自有資金繼續(xù)研發(fā),。直到2017年4月26日,，他們迎來了轉(zhuǎn)機。這一天,，有國內(nèi)媒體報道,，美國一家名為Desktop Metal （DM）的公司對外推出了兩款產(chǎn)品：DM Studio系統(tǒng)和DM 生產(chǎn)系統(tǒng)。

“其實他們的技術(shù)路線跟我們是完全一樣的,，都是先成形然后再脫脂燒結(jié),。”吳敏興奮地表示,，自己很激動,，因為終于發(fā)現(xiàn)有同行了！也正是這個原因,，吳敏再去找投資就順利多了。2017年5月,，吳敏拿到天使輪,，并于當(dāng)年6月正式注冊公司——升華三維運營。

相同技術(shù)路線,，不同命運

盡管終于正式開張運營了,，但比起同行Desktop Metal (DM)公司來說，升華三維捉襟見肘得多,。

先來簡單了解下兩者主張的技術(shù)路線,。

3D打印按照打印材料分類，主要包括金屬3D打印和非金屬3D打印,。其中,，前者的主流技術(shù)路線是激光選區(qū)熔化（SLM）和電子束選區(qū)熔化（EBSM），后者則以FDM和光固化成形（SLA/DLP/LCD）為主,。在金屬3D打印技術(shù)路線中,，不管企業(yè)選擇何種打印方式，其根本技術(shù)路徑都是一次性實現(xiàn)產(chǎn)品的成形和性能,，都屬于直接3D打印范疇,。缺陷在于激光器等設(shè)備價格高昂，可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的打印材料有限,。

吳敏提到的“新技術(shù)路線”實則是將上述兩種不同技術(shù)路徑的優(yōu)勢互補,，3D打印跟粉末冶金相結(jié)合，升華三維將其命名為“粉末擠出打�,。≒EP）”技術(shù),，是一種間接3D打印路線,。“當(dāng)時在國內(nèi)外,，金屬（3D打�,。�沒有直接跟間接的區(qū)別，也是我們開始提出來�,，F(xiàn)在,，這已經(jīng)變成一個主流認(rèn)可的名詞�,！�

升華三維與DM的相同之處在于,，將金屬3D打印中的“打印”過程分為打印和處理（包括脫脂、燒結(jié),、后表面處理等）兩個環(huán)節(jié),。從這個層面講，3D打印更像粉末冶金環(huán)節(jié)中的一個生產(chǎn)環(huán)節(jié),，主要負(fù)責(zé)將金屬粉末跟塑料,、粘合劑融合的原料逐層打印成形的生坯。真正考驗產(chǎn)品性能的關(guān)鍵在于后續(xù)的處理也就是粉末冶金環(huán)節(jié),。間接3D打印技術(shù)路線,，是一個跨學(xué)科的創(chuàng)新，各工藝流程之間是一個強耦合的關(guān)系,�,！捌渲杏性S多的Know How在里面，很多人認(rèn)為這個技術(shù)路線很簡單,，就沖進(jìn)來,，但后續(xù)往往卡在材料配方和脫脂燒結(jié)方面。這也是為什么我們和DM的團(tuán)隊背景都多在粉末冶金領(lǐng)域,�,！�

目前來看，DM比升華三維在技術(shù)布局上要更全面,，它將創(chuàng)成式設(shè)計,、3D打印、脫脂燒結(jié)及模擬仿真都有機結(jié)合在一起,。但升華三維團(tuán)隊的優(yōu)勢在于對打印材料的研發(fā)和掌控能力,。比如其最新研發(fā)的雙噴嘴3D打印機，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬和陶瓷等兩種不同性能材料的復(fù)合打印,，這是SLM技術(shù)目前達(dá)不到的,。

此外，在發(fā)展速度和規(guī)模上,，升華三維與DM也截然不同,。

公開資料顯示,，DM公司成立于2015年10月，主力團(tuán)隊來自麻省理工學(xué)院（MIT）材料科學(xué)的教授,。這家公司在2017年C輪融資時估值達(dá)到10億美金,，媲美當(dāng)時的Uber，并且不乏名聲顯赫的投資者,，諸如寶馬,、福特、通用電氣,、Alphabet,、勞氏（Lowe's）。目前,，DM累計融資高達(dá)4.38億美金,，用DM金屬3D打印出的零部件已經(jīng)在寶馬電動汽車車型中被應(yīng)用。

2020年8月27日外媒報道稱,，Desktop Metal已經(jīng)同意與Trine Acquisition Corp合并,，將在紐交所上市，股票代碼為“DM”,。上市后,，DM將籌集最多5.75億美元的投資，估值為25億美元左右（約合170億人民幣）,，成為金屬3D打印估值最高的獨角獸企業(yè)。

“現(xiàn)在我們還處于生存階段,�,！眳敲舯硎荆�“DM從創(chuàng)立之初,，他們就是瞄準(zhǔn)工業(yè)制造去的,，產(chǎn)品設(shè)計是一整套非常商業(yè)化的玩法。寶馬,、福特等客戶對產(chǎn)品的應(yīng)用也有利于形成良好的循環(huán),。”但是,，這在當(dāng)下的中國顯然還行不通,。在吳敏看來，制約金屬3D打印在中國發(fā)展速度的最根本原因在于成本,。與傳統(tǒng)的機加工以及人工成本相比,，金屬3D打印的成本在中國遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個成本。這也意味著,，它在中國的應(yīng)用市場局限于對成本不是那么敏感的航空航天,、醫(yī)療等領(lǐng)域,。從國內(nèi)整個金屬3D打印在工業(yè)端應(yīng)用發(fā)展的十年時間來看，亦是如此,。

2020年11月29日,，國家增材制造創(chuàng)新中心主任，中國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會主任,，中國工程院院士盧秉恒在“中國（長沙）增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)應(yīng)用分論壇”上提到,，3D打印的一個優(yōu)勢就是實現(xiàn)輕量化。他表示：“航空航天,、軌道交通,、汽車都需要輕量結(jié)構(gòu)，而3D打印可以優(yōu)化設(shè)計,，也可以用不同的材料做成一個零件,，可以大大減輕重量�,！辈⑶抑赋�,，對太空制造來說，3D打印是非常理想的手段,。

其實從產(chǎn)品性能來看,，SLM類的金屬直接3D打印產(chǎn)品致密度高、硬度及屈服強度高,，但延展性和疲勞強度差,，產(chǎn)品安全性及綜合使用壽命受到嚴(yán)重影響；而金屬間接3D打印產(chǎn)品延展性好,、疲勞強度高,，具有強大的加工硬化能力。此前,，備受詬病的產(chǎn)品強度和燒結(jié)致密度低等問題在近兩年都得到很好的解決,，同時，研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品孔隙率并不對高周疲勞性能造成不利影響,。

以升華三維為例,，其公開發(fā)布的一組產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)在某些方面已經(jīng)處于世界級領(lǐng)先水平（如上圖表所示）。但成本大關(guān)依然是攔路虎,。從國外備受追捧的DM進(jìn)入中國的進(jìn)程也可見一斑,。直到2018年6月7日，DM才聯(lián)合國內(nèi)獨家代理商發(fā)布第一款產(chǎn)品,。兩年多過去,，代理商官網(wǎng)也只有這一款產(chǎn)品，并且它的主要用戶是設(shè)計工程師,，客戶多面向高職類院校,、高等院校,、研究所/院等。

但整體發(fā)展來看,，國外以DM為代表的走間接金屬3D打印路線的企業(yè)數(shù)量在增多,，并且在細(xì)分技術(shù)上也衍生出多條差異化方向。吳敏介紹,，國內(nèi)前兩年也有模仿升華三維的同行,，但現(xiàn)在都消失了。作為國內(nèi)間接金屬3D打印的深度擁躉,，升華三維的確是個金屬3D打印中的異類,。吳敏感慨：“公司的發(fā)展還是偏慢了。目前我們主要還是在做技術(shù)普及跟推廣的工作,�,！�

為什么如此堅持這條孤單之路呢？
吳敏解釋,，這是基于金屬3D打印在未來制造業(yè)中發(fā)展的判斷,。尤其與目前主流的直接金屬3D打印路徑相比，升華三維選擇的技術(shù)路線在單個金屬制件平均成本下降空間大,，而且通過3D打印工藝和效率的提升,，能夠保持產(chǎn)品性能的同時，實現(xiàn)進(jìn)一步成本優(yōu)化,�,！巴瑯哟蛴〕叽绲慕饘�3D打印機，比如說250mm×250mm×250mm,，他們要到180~300萬左右,，但是我們就20萬~30萬；同樣尺寸的金屬制件,，成本只有直接3D打印的五分之一到十分之一�,！�

但是真正要實現(xiàn)工業(yè)端的商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用,，包括升華三維主張的間接3D打印技術(shù)在內(nèi)，整個3D打印尚還需要走很長一段路,。對升華三維來說,，至少目前來看，他們在產(chǎn)品開發(fā)和營收上都走得比較穩(wěn),。

2020年11月和12月,，升華三維為國內(nèi)某些高校研發(fā)定制的大尺寸獨立雙噴頭3D打印設(shè)備陸續(xù)發(fā)貨；與國內(nèi)研究所就軍工領(lǐng)域的合作也正式進(jìn)入軌道,；跟國內(nèi)汽車廠商也在零部件開發(fā)上進(jìn)行深入對接,；2020年營收比前一年翻了兩番
△視頻：國產(chǎn)FDM技術(shù)低成本3D打印金屬/陶瓷,，升華三維

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