3D打印將顛覆製造業(ye) ，曾成為(wei) 很多重塑產(chan) 業(ye) 發展擁躉的共同信仰。但是國內(nei) 發展近十年，3D打印依然存在工業(ye) 製造上的成本、效率難題。升華三維在尋找3D打印出路的迷途中，堅定地選擇了有別於(yu) 主流的間接3D打印，即將3D打印與(yu) 粉末冶金相結合的路子。

3D打印自從(cong) 2013年在國內(nei) 大火兩(liang) 三年後，尤其在工業(ye) 端的商業(ye) 化應用方麵，至今仍是“猶抱琵琶半遮麵”的狀態。是什麽(me) 在掣肘3D打印在製造業(ye) 的發展？在工業(ye) 應用中備受國內(nei) 企業(ye) 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打印技術外的異見者。

職業(ye) 生涯的“救命稻草”中南大學粉末冶金研究院，被譽為(wei) 國內(nei) 粉末冶金專(zhuan) 業(ye) 的“黃埔軍(jun) 校”。在此完成本碩連讀學業(ye) 的吳敏，2013年畢業(ye) 後直接進入深圳富士康工作，被應聘進入材料研發部門進行跟碩士研究方向一致的新材料開發。那時的他，萬(wan) 萬(wan) 沒有想到，這個(ge) 新材料開發方向還沒開始就在公司內(nei) 部給砍掉了。

2013年左右，3D打印在中國成為(wei) 備受業(ye) 界矚目的一種新技術路線。彼時，吳敏所在部門領導深受啟發，便提議讓粉末冶金出身的他對金屬3D打印技術及粉末製備進行調研。“那時候，我也是看到竟然有金屬3D打印（很震驚），再深入了解這個(ge) 技術後，就像打開了一扇新的窗戶。”深耕多年，吳敏總結道，其實金屬3D打印就是粉末冶金的一個(ge) 分支。

剛剛接觸3D打印時，吳敏簡直到了瘋魔的地步。在網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(mai) 研究3D打印的設備和材料上，從(cong) 當時最簡單便宜和流行的熔融沉積成形（FDM）熔融擠出技術入手。“2013年的時候，這個(ge) 東(dong) 西還很貴，塑料3D打印的材料就需要300500元/卷/公斤。”但是，沉迷於(yu) 此的吳敏顯然是樂(le) 在其中的，他分享說“經常會(hui) 跟大學同學交流，3D打印很神奇，而金屬3D打印更是我們(men) 粉末冶金的未來，讓他們(men) 一定都要來關(guan) 注。”

沒過多久，因為(wei) 部門項目調整，吳敏已經被調往新的部門。領導指派他調研金屬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，自己並沒有放棄研究的興(xing) 趣，他一邊認真做好本職工作，一邊在業(ye) 餘(yu) 時間進行鑽研。受到專(zhuan) 業(ye) 研究方向被砍的打擊，以及深感不能在新部門充分發揮自己的專(zhuan) 長，吳敏意識到“機緣巧合下，金屬3D打印就像（自己職業(ye) 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(nei) ，彼時這個(ge) 行業(ye) 尚處於(yu) 拓荒期。資本熱錢湧入，掀起一股投資熱，但實際來看，真正在從(cong) 事實業(ye) 的有技術沉澱的公司當時也尚在發展初期。比如至今被資本市場奉為(wei) “金屬3D打印龍頭”的科創板上市公司鉑力特才起步發展兩(liang) 年，尼龍3D打印引領者華曙高科也還在摸索自己的技術路線。

“當時從(cong) 富士康出來後，我就想著去金屬3D打印的公司積累經驗。但是當時深圳沒有本土的原創性的金屬3D打印公司，我隻好去了塑料3D打印公司。”吳敏表示，“但是當時我內(nei) 心非常確定自己的終極目標就是金屬3D打印。”

當時市麵上已知的激光金屬3D打印有“三大件”：激光器、振鏡係統、操作軟件。“核心都主要在國外，而且價(jia) 格都特別貴。打印尺寸在250mm×250mm×300mm的進口設備要到500多萬(wan) 人民幣，打印的不鏽鋼材料每公斤就需要2000多元。”

從(cong) 技術角度來看，吳敏認為(wei) ，金屬3D打印一定存在有區別於(yu) 高昂成本的激光束打印路徑的其他技術路線。他跟自己粉末冶金專(zhuan) 業(ye) 的同學經常一起思考、討論，並且動手打印、摸索。在一次頭腦風暴中，吳敏意識到，塑料也屬於(yu) 一種高分子材料，是否可以嚐試用塑料與(yu) 金屬粉末摻雜後，用3D打印先給產(chan) 品成形，然後再利用粉末冶金工藝進行燒結呢？

與(yu) 主流的產(chan) 品成形+性能直接一步到位的技術路線相比，吳敏提出的這種“兩(liang) 步走”的方法顯然是“異類”。按照吳敏的說法，“這是一個(ge) 新的技術路線，之前沒有人做過”。從(cong) 往後的曆史來看，吳敏團隊琢磨出的這套新路徑，當年在國內(nei) 屬於(yu) “第一人”，但其實國外也有公司發現了這條路線，隻是技術尚未成熟，當時並未對外公布。

最後，吳敏盡管自己動手配置了材料，卻沒有燒結成功。又是一輪輪的技術複盤。這次，一位做金屬注射成型的同學提出，金屬注射成型使用的材料就是在一兩(liang) 百度的溫度使材料擠出成型，然後再去脫脂燒結得到金屬製品。“我們(men) 馬上就按注射成型的材料來調整配方，那時候很簡陋，我們(men) 自己改裝的原型機，打印了一個(ge) 生坯，然後交給同學去做後端處理。”

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

經過一次次反複更改配方、調整打印工藝和脫脂燒結的溫度等參數，吳敏團隊成功將產(chan) 品的燒結致密度從(cong) 70%上升到80%，後續又上升到90%多。致密度是評判3D打印的金屬製件中金屬性能的核心指標，一般而言，其數值越高，代表其金屬性能越好。足以媲美傳(chuan) 統機加工零部件的成績，讓吳敏相信“這條技術路線是可行的”。

但最後令吳敏下定決(jue) 心的是其導師熊翔教授的認同和鼓勵。“熊老師說，金屬粉末冶金行業(ye) 發展至今一直沒有找到一個(ge) 新的創新點，我們(men) 這種路線就是粉末冶金與(yu) 3D打印的好的結合。”

2016年，吳敏果斷選擇辭職創業(ye) ，並且積極尋找天使投資。但是，國內(nei) 資本界對這種異類的金屬3D打印路線並不買(mai) 賬，“在國外都找不到對標的企業(ye) 。”吳敏以及團隊前期隻好利用自有資金繼續研發。直到2017年4月26日，他們(men) 迎來了轉機。這一天，有國內(nei) 媒體(ti) 報道，美國一家名為(wei) Desktop metal （DM）的公司對外推出了兩(liang) 款產(chan) 品：DM Studio係統和DM 生產(chan) 係統。

“其實他們(men) 的技術路線跟我們(men) 是完全一樣的，都是先成形然後再脫脂燒結。”吳敏興(xing) 奮地表示，自己很激動，因為(wei) 終於(yu) 發現有同行了！也正是這個(ge) 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，並於(yu) 當年6月正式注冊(ce) 公司——升華三維運營。

相同技術路線，不同命運盡管終於(yu) 正式開張運營了，但比起同行DM公司來說，升華三維捉襟見肘得多。

先來簡單了解下兩(liang) 者主張的技術路線。

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，前者的主流技術路線是激光選區熔化（SLM）和電子束選區熔化（EBSM），後者則以FDM和光固化成形（SLA/DLP/LCD）為(wei) 主。在金屬3D打印技術路線中，不管企業(ye) 選擇何種打印方式，其根本技術路徑都是一次性實現產(chan) 品的成形和性能，都屬於(yu) 直接3D打印範疇。缺陷在於(yu) 激光器等設備價(jia) 格高昂，可滿足工業(ye) 化生產(chan) 的打印材料有限。

吳敏提到的“新技術路線”實則是將上述兩(liang) 種不同技術路徑的優(you) 勢互補，3D打印跟粉末冶金相結合，升華三維將其命名為(wei) “粉末擠出打印（PEP）”技術，是一種間接3D打印路線。“當時在國內(nei) 外，金屬（3D打印）沒有直接跟間接的區別，也是我們(men) 開始提出來。現在，這已經變成一個(ge) 主流認可的名詞。”

升華三維與(yu) DM的相同之處在於(yu) ，將金屬3D打印中的“打印”過程分為(wei) 打印和處理（包括脫脂、燒結、後表麵處理等）兩(liang) 個(ge) 環節。從(cong) 這個(ge) 層麵講，3D打印更像粉末冶金環節中的一個(ge) 生產(chan) 環節，主要負責將金屬粉末跟塑料、粘合劑融合的原料逐層打印成形的生坯。真正考驗產(chan) 品性能的關(guan) 鍵在於(yu) 後續的處理也就是粉末冶金環節。間接3D打印技術路線，是一個(ge) 跨學科的創新，各工藝流程之間是一個(ge) 強耦合的關(guan) 係。“其中有許多的Know How在裏麵，很多人認為(wei) 這個(ge) 技術路線很簡單，就衝(chong) 進來，但後續往往卡在材料配方和脫脂燒結方麵。這也是為(wei) 什麽(me) 我們(men) 和DM的團隊背景都多在粉末冶金領域。”

目前來看，DM比升華三維在技術布局上要更全麵，它將創成式設計、3D打印、脫脂燒結及模擬仿真都有機結合在一起。但升華三維團隊的優(you) 勢在於(yu) 對打印材料的研發和掌控能力。比如其最新研發的雙噴嘴3D打印機，能夠實現金屬和陶瓷等兩(liang) 種不同性能材料的複合打印，這是SLM技術目前達不到的。

此外，在發展速度和規模上，升華三維與(yu) DM也截然不同。

公開資料顯示，DM公司成立於(yu) 2015年10月，主力團隊來自麻省理工學院（MIT）材料科學的教授。這家公司在2017年C輪融資時估值達到10億(yi) 美金，媲美當時的Uber，並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4.38億(yi) 美金，用DM金屬3D打印出的零部件已經在寶馬電動汽車車型中被應用。

2020年8月27日外媒報道稱，Desktop metal已經同意與(yu) Trine Acquisition Corp合並，將在紐交所上市，股票代碼為(wei) “DM”。上市後，DM將籌集最多5.75億(yi) 美元的投資，估值為(wei) 25億(yi) 美元左右（約合170億(yi) 人民幣），成為(wei) 金屬3D打印估值最高的獨角獸(shou) 企業(ye) 。

“現在我們(men) 還處於(yu) 生存階段。”吳敏表示，“DM從(cong) 創立之初，他們(men) 就是瞄準工業(ye) 製造去的，產(chan) 品設計是一整套非常商業(ye) 化的玩法。寶馬、福特等客戶對產(chan) 品的應用也有利於(yu) 形成良好的循環。”但是，這在當下的中國顯然還行不通。在吳敏看來，製約金屬3D打印在中國發展速度的最根本原因在於(yu) 成本。與(yu) 傳(chuan) 統的機加工以及人工成本相比，金屬3D打印的成本在中國遠遠高於(yu) 這個(ge) 成本。這也意味著，它在中國的應用市場局限於(yu) 對成本不是那麽(me) 敏感的航空航天、醫療等領域。從(cong) 國內(nei) 整個(ge) 金屬3D打印在工業(ye) 端應用發展的十年時間來看，亦是如此。

2020年11月29日，國家增材製造創新中心主任，中國增材製造標準化技術委員會(hui) 主任，中國工程院院士盧秉恒在“中國（長沙）增材製造產(chan) 業(ye) 發展與(yu) 技術應用分論壇”上提到，3D打印的一個(ge) 優(you) 勢就是實現輕量化。他表示：“航空航天、軌道交通、汽車都需要輕量結構，而3D打印可以優(you) 化設計，也可以用不同的材料做成一個(ge) 零件，可以大大減輕重量。”並且指出，對太空製造來說，3D打印是非常理想的手段。

其實從(cong) 產(chan) 品性能來看，SLM類的金屬直接3D打印產(chan) 品致密度高、硬度及屈服強度高，但延展性和疲勞強度差，產(chan) 品安全性及綜合使用壽命受到嚴(yan) 重影響；而金屬間接3D打印產(chan) 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(chan) 品強度和燒結致密度低等問題在近兩(liang) 年都得到很好的解決(jue) ，同時，研究發現產(chan) 品孔隙率並不對高周疲勞性能造成不利影響。

以升華三維為(wei) 例，其公開發布的一組產(chan) 品性能數據在某些方麵已經處於(yu) 世界級領先水平（如上圖表所示）。但成本大關(guan) 依然是攔路虎。從(cong) 國外備受追捧的DM進入中國的進程也可見一斑。直到2018年6月7日，DM才聯合國內(nei) 獨家代理商發布第一款產(chan) 品。兩(liang) 年多過去，代理商官網也隻有這一款產(chan) 品，並且它的主要用戶是設計工程師，客戶多麵向高職類院校、高等院校、研究所/院等。

但整體(ti) 發展來看，國外以DM為(wei) 代表的走間接金屬3D打印路線的企業(ye) 數量在增多，並且在細分技術上也衍生出多條差異化方向。吳敏介紹，國內(nei) 前兩(liang) 年也有模仿升華三維的同行，但現在都消失了。作為(wei) 國內(nei) 間接金屬3D打印的深度擁躉，升華三維的確是個(ge) 金屬3D打印中的異類。吳敏感慨：“公司的發展還是偏慢了。目前我們(men) 主要還是在做技術普及跟推廣的工作。”

為(wei) 什麽(me) 如此堅持這條孤單之路呢？

吳敏解釋，這是基於(yu) 金屬3D打印在未來製造業(ye) 中發展的判斷。尤其與(yu) 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路線在單個(ge) 金屬製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(chan) 品性能的同時，實現進一步成本優(you) 化。“同樣打印尺寸的金屬3D打印機，比如說250mm×250mm×250mm，他們(men) 要到180~300萬(wan) 左右，但是我們(men) 就20萬(wan) ~30萬(wan) ；同樣尺寸的金屬製件，成本隻有直接3D打印的五分之一到十分之一。”

但是真正要實現工業(ye) 端的商業(ye) 化規模應用，包括升華三維主張的間接3D打印技術在內(nei) ，整個(ge) 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(men) 在產(chan) 品開發和營收上都走得比較穩。

2020年11月和12月，升華三維為(wei) 國內(nei) 某些高校研發定製的大尺寸獨立雙噴頭3D打印設備陸續發貨；與(yu) 國內(nei) 研究所就軍(jun) 工領域的合作也正式進入軌道；跟國內(nei) 汽車廠商也在零部件開發上進行深入對接；2020年營收比前一年翻了兩(liang) 番......