3D打印跨越关键阶段：进入“后风口时代”|3d打印|工业级

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（原标题：3D打印“后风口时代”）

经历了失败也见证了成功，被泼了冷水又能洒上热血，目力所及，既是机遇又是挑战。这是3D打印完成生命周期跨越的关键阶段，也是3D打印的“后风口时代”。

2016年6月，在公司敞亮的会议室中，季新阳和他的团队接到了一项新任务。

这天，中国商飞的研发团队风尘仆仆地赶往无锡，他们告诉季新阳，C919项目遇到了难题，一家供应商的铝合金试验失败，发动机风扇进气入口做不出来了。

当时，这款中国首次自主研发的干线民航客机进入了研制的关键阶段。四个月后，C919将迎来第一次发动机点火试验，为万众瞩目的首飞做准备。一个零部件赶不上进度，能直接影响点火节点，并使首飞时间推迟。

紧急情况下，商飞找到无锡飞而康快速制造科技有限公司，这家3D打印服务商2013年起就开始与商飞合作，此时临危受命。季新阳担任了这个项目的负责人，他那时并不知道需要克服多少困难，一度觉得又要攻克新技术，“很兴奋”。

拿着商飞带来的一堆数模和技术文件，季新阳和他的团队投入到了这个紧急项目中。彼时，飞而康刚刚拿到当时国内最大尺寸的3D打印设备，他们大胆地发挥3D打印的优势，把原来3个段的零件集合到1个上面。

不过，这样打印出的完整零件尺寸相对较大（直径400mm，长500mm），而且壁很薄，对传统的3D打印技术而言是一项不小的挑战。

当第一个样件做出来的时候，所有人都傻眼了：整个件开裂得厉害，完全不能用。样件还没从机器上取下，季新阳便深切地感受到，这项技术的瓶颈远远超出他的想象，所有的工作还要在规定期限内完成，他压力陡增。

后来，他们联合了来自澳大利亚的技术顾问，吸取第一次失败的经验，严格地控制了原材料的配比，并对所有应力集中的地方进行了改进。但最终做出来的零件变形厉害，远远达不到商飞的0.5mm以内的偏差要求。

最后，季新阳和他的团队通过数次的仿真模拟，终于寻找到产生形变的最重要原因，采用一种先进的支撑结构辅助解决成型过程中的应力集中问题，最终生产出形状、尺寸、性能都合格的排气管道零部件，并按时完成了产品交付。同年11月9日，C919发动机点火成功。

这件事在商飞内部引起了轰动，默默无闻的飞而康也在业内一战成名。商飞一位C919项目工程副总经理甚至给飞而康发了一封感谢信，感谢其团队为C919顺利点火做出的“巨大贡献”。

不过，如果不关注飞机制造或是3D打印，很少有人知道这么一家3D打印服务商，更少人知道它们还是A股上市公司银邦股份（300337.SZ）的参股子公司。2017年5月，C919第一架机首飞，大飞机产业链上下游的概念股提前“起飞”，银邦股份不但没赶上这波“躺赢”的红利，反而下跌了几个点。

飞而康和银邦股份受到的资本待遇是整个中国3D打印行业的缩影。五年前的风口退去之后，3D打印如同风靡一时的流行歌曲，过气后就再鲜少有人传唱了。

从2014年开始，3D打印的热潮开始冷却。在消费级市场，人们吐槽它不够快速不够美观，在工业级市场，制造商们又对它的质量、成本和效率感到失望。另一方面，尽管龙头企业的设备还号称大卖，但资本市场上的“热钱”早已退场。3D打印的从业者们只好微笑着表示，行业进入了“理性发展期”。

但与此同时，3D打印在设计领域的独特功效已经被反复验证，无论是消费级市场还是工业级市场，3D打印的技术与理念仍在不断革新，而“规模化生产”这个与3D打印“先天不合”的应用场景也似乎渐行渐近。

“退烧”

10月26日，上海临港一家五星级酒店大堂中人头攒动，二十余家3D打印企业的展台聚集在大堂外厅中，人们三五成群地寒暄或自我介绍，积极与新认识的朋友推介最新研制的材料和最新打印的产品。

这是第三届SAMA国际论坛暨2018世界3D打印年会的现场，今年会议的主题是“构建世界3D打印产业共同体，实现共赢共享”。论坛之外，主办方上海增材制造协会进行了非洲、欧洲代表处的授牌仪式，以搭建中非、中欧在3D打印行业合作交流的桥梁。

这是一个颇具宏观视野的主题，同时也在某种层面上暗合了当前3D打印所面临的产业困境：行业整体上处于导入期之末、成长期之初，企业势单力薄独木难行；另一方面资本却分外谨慎。3D打印正处于转型的关键时期，但向上跃升的支点却不再那么容易找到。在此背景下，合作共赢成为发展突围势在必行的一步。

与五年前的火热相比，目前3D打印产业进入了明显的冷静期：众多消费级设备商、材料商、服务商离场，工业级玩家东奔西跑，在各个领域寻找合作机会；资本市场上，纯粹的3D打印公司鲜少能在主板上市，3D打印概念股在暴涨之后趋于平稳，美国股市上，行业龙头的估值也经历了一波残酷的回调。

2013年前后是3D打印最风光的时期。如平地一声雷，英国《经济学人》杂志的一篇报道《第三次工业革命》，使这项发展了30年但异常小众的技术迅速走入大众视野，美国时任总统奥巴马的高调“站台”则让它迅速火遍全球。

在那个阶段，3D打印领域的一项核心技术，即熔融层积成型技术（FDM），专利到期了，加上该技术使用的耗材基本实现了国产化，很多创业者开始投入到其中，做“发烧友”的生意，例如杭州铭展、太尔时代等。

值得一提的是，太尔时代脱胎于清华大学颜永年教授的研究团队。颜永年被誉为“中国3D打印第一人”，1990年成立了国内首个快速成型实验室，并在1992年研制出了国内第一台快速成型设备，2003年成立了太尔时代。

不过，最初太尔时代以生产工业级设备为主，而FDM则主要应用于消费级设备。这个转型在很大程度上体现了当时消费级3D打印市场的火爆，因为国内市场不算太大而又竞争激烈，太尔时代甚至一度将产品卖到了国外。

但五年之后的今天，消费级设备如何发展却不再是业内讨论的话题。“很多人对FDM工艺失望透顶。”一位参展商对21世纪经济报道记者坦言，因为产品鸡肋且市场增量有限，很多公司都放弃了这块业务。

对于消费级产品的“没落”，上海交通大学医学院附属第九人民医院3D打印中心常务副主任姜文博总结的三个原因则是：技术门槛低造成价格战，商业模式不完善，以及刚性需求不足。

工业级市场同样难现“昔日辉煌”。以3D打印行业的龙头设备制造商3D Systems和Stratasys为例，它们在纳斯达克的股价都在2014年年初升至最高，分别达97.28美元/股、138.1美元/股，然而从2014年下半年开始，它们的市值便急转直下，目前各自的股价分别为12美元/股、19美元/股左右。

资本退潮的原因之一是，这些3D打印公司并没有带来稳定增长的业绩。数据显示，无论是3D Systems还是Stratasys，近几年的营业收入总是在原地徘徊（每年约在六七亿美元），甚至还有下滑迹象，更不用谈盈利。

投资者们普遍认为，3D打印在工业级应用上仍欠缺强度和精度，对于他们的潜在客户而言，设备和原材料也未免太昂贵，因此，在产业化初期，这项技术仅仅适合新产品的开发和小批量零件的生产。换句话讲，3D打印具有一定的应用价值，但商业价值几何，难说。

“早期的宣传是有点儿过头了，动辄‘3D打印，包治百病’，但其实不是那么回事儿。”维捷（苏州）三维打印有限公司总经理金天拾对记者表示，前期的喧嚣声中，市场对3D打印这项技术抱有了过高的期待，可实际上，这项工艺尽管有特点，但也有很多限制，所以很多项目都处于停滞期。

落地

近日，在中南大学湘雅医院手术室内，骨科副主任医师钟达副教授完成了一次特殊的人工关节置换手术，使病人摆脱了60年的左腿跛行之苦。

这是湖南省首例MR技术（Mixed Reality）与3D打印技术结合下的人工关节置换术，也是3D打印在医疗领域的一次典型案例。

在这个案例中，钟达将病人的患处扫描文件数据导入到三维建模软件中，重建出病变部位组织的三维解剖模型后，把这些通过3D打印机制作出1：1的实体模型，作为手术参考。

据提供该解决方案的湖南华曙高科技有限责任公司（下称“华曙高科”）相关负责人介绍，将3D打印出的手术相关部位模型结合，能够让医生对手术操作有更好的把握，“原本这个手术高度依赖医生的临床经验，有了辅助模型后，手术精确度大幅提升。”

华曙高科是国内一家颇具规模的工业级3D打印设备制造商及服务商，由著名3D打印科学家许小曙于2009年创立。

尽管在媒体报道中，医疗3D打印更多是充满猎奇感的“3D打印人体器官”，但目前应用较多的，还是在实施过程中的辅助性工具。在描述其3D打印场景时，有“医疗3D打印第一股”之称的爱康医疗（01789.HK）列举了三例：3D成像及建模、打印模型、制定个性化手术方案及模拟手术。

中国医疗器械行业协会的资料显示，医疗3D打印率先在齿科行业得到了大量应用，主要产品包括可摘义齿、矫正器和种植牙，其次是在骨科临床中，可以实施术前模拟，帮助制定最佳手术方案。而3D打印器官所属的生物3D打印，目前只是研究的前沿热点，尚具有极大的挑战性。

事实上，3D打印最开始应用在原型设计上，即简化传统的“设计-模具-生产”流程，直接从设计到生产，并及时反馈结果，缩短研发周期。因此，3D打印目前应用最广泛的领域是航空航天、医疗、汽车等领域。

在给C919“救火”的案例中，3D打印正是发挥了“一体成型、生产周期短、加工精度高”的优势，在相对较短的时间内完成了产品设计与调试，并通过了最后的检验。

近年来，3D打印在中国应用的一个可喜突破是“走出实验室”，真正成为终端产品的一部分。在C919的制造过程中，飞而康不仅提供了排气管道入口构件，而且为每架C919提供了31个金属3D零件，并成为商飞的3D打印零件批量供应商。

与医疗行业类似，在航空航天、汽车等工业领域，3D打印的主要用途在三方面，一是制造原型件验证设计，二是制作蜡模、砂模间接参与铸造，三是生产功能件直接使用。第三种情况下，功能件既可应用在产品中，也可应用在生产过程中。

德国3D打印公司EOS前大中华区总经理吴承轩曾对21世纪经济报道记者表示，3D打印能突破传统制造方式的技术限制，生产几何形状高度复杂、重量超轻且性能稳定的零件，因此能够满足一些高精尖行业对复杂零件的需求。

综合近两年的媒体报道，不难看出，3D打印在终端产品上的应用案例越来越司空见惯，尤其是国外相对成熟的市场，波音、空客、西门子、通用电气等国际巨头纷纷入局，3D打印的涡轮叶片、燃油喷嘴等关键部件，正逐步取代着传统工艺和它们的产品。

而在生产制造领域，类似于医疗行业的手术模拟，3D打印也能在智能制造的过程中“锦上添花”。据Stratasys前大中华区总经理翟莲子介绍，3D打印在生产的组装、检查、包装等各个环节早有应用落地，尤其是在一些行业领先的企业。

以宝马为例，其在制造过程中尝试了利用3D打印来制作手持组装工具，主要是400多个夹具和治具。据悉，3D打印完成的稀疏填充削减了72%的重量，并将交付时间和成本分别节约了92%、58%。

不过，客观而言，3D打印目前对传统行业尤其是制造业还谈不上“颠覆”，更多像是对传统行业的有力补充，所以市场规模其实还很小。

攻坚

真正做3D打印的人都在焦虑：什么时候可以量产？毕竟整个设计市场容量有限，3D打印行业如果只是局限于这一领域，市场很快就会见顶。

更为现实的是，如果只靠着在设计领域解决科研问题，很多公司的业务量根本不足以支撑它到盈利的那天。银邦股份在今年上半年的年报中坦言，飞而康作为C919唯一的金属3D打印零部件供应商，目前尚未实现盈利，而C919进入量产阶段后，飞而康才有机会实现大量业务收入。

“3D打印可以用来做研发，这已经被市场证明了。但研发只是一块小规模的市场，现在行业内的人们已经认识到这点，都有很强的危机感，3D打印用于量产才是出路。”金天拾说道。

有业内人士对21世纪经济报道记者表示，目前从技术层面而言，国内的厂商或已经在尺寸、质量方面遇到了挑战，所以目前的产品都难以符合大批量生产的要求，应用场景比较局限。

“目前的主流技术粉床烧结和熔铸本质上是一种焊接，要将材料从室温加热到非常高的温度，剧烈的温度变化会造成巨大的热胀冷缩，从而在物体内部形成很大的应力。”上述人士指出，这样的工艺，如果是小的零部件，还可以通过一些扫描上的策略平均应力的分布，但是如果是大件，应力就可能超过整个零件能够承受的极限，在加工过程中便出现开裂。

这也是飞而康在研制C919发动机风扇进气口时遇到的核心问题之一。不过季新阳对记者表示，C919项目的成功，为未来进行大尺寸零部件的打印积累了很多经验，也给他们树立了很大信心。

事实上，通用电气的燃油喷嘴案例已经让3D打印从业者们看到了量产的希望。有数据显示，GE用3D打印制作出的燃油喷嘴，能够将原来的零部件从20个简化为1个，而这样的喷嘴GE每年要生产3.5万-4万个。

但是这显然仅仅是个开端，更多精密的零部件体积更大、工艺更为复杂。这是一片广阔的蓝海，可3D打印暂时被挡在了门外。

在上一届SAMA国际论坛上，翟莲子曾介绍，Stratasys已与部分合作伙伴共同开发了一种“无限打印”的概念型产品：“3D Demonstrator”，用于制造较大尺寸的工具和零件。与传统3D打印的逐层覆盖工艺不同，3D Demonstrator是横向打印，像传输机一样，可以一边打印一边输出，理论上可以克服尺寸的限制。

她当时还特别强调，这款机器还克服了传统3D打印的“各向异性”特征，打印出的大件能与传统的铸造材料一样，是各向同性，即在各个方向都有着相同的性能，也就是说应力不会导致大件开裂。

不过据21世纪经济报道记者了解，目前这款概念产品仍未投入市场。由于成本颇高，且技术上的可靠性仍需验证，它尚不具备大幅推向市场的条件。但是，越来越多的厂商正在批量生产的赛道上布局。

近期，维捷中国（苏州）的母公司德国voxeljet AG宣布，要与合作伙伴一起，为一家德国的汽车企业提供3D打印量产生产线。

金天拾告诉21世纪经济报道记者，公司的这个项目，突破在于三点，一是首次将3D打印用于汽车行业工业品的批量生产，年产量20万件，每分钟1件；二是3D打印的量产工业品单件尺寸提升到100mm-1000mm，应用范围大大扩展；三是全自动柔性生产线。

需要指出的是，voxeljet AG做的并非是工业领域应用较多的金属直接3D打印，而是3D打印+铸造，通过3D打印制造出砂型，再将砂型浇铸金属，从而大批量生产复杂金属零件。

金天拾也坦言，3D打印量产的后处理是更大的挑战。“目前后处理大多由工人手工进行。假设一个砂型需要10分钟的后处理人工，一天产能1000件，后处理就需要160个工时，20个人工。一条高科技的3D打印生产线有20个工人在做后处理，这不是很可笑嘛？”如果零件几何构造复杂，后处理清理还需要花更多时间。

正是因此，voxeljet AG才在后处理的自动化上力求突破。“（3D打印量产）实质上对整个工艺链的质量、效率和可靠性都有严格要求，从前端的数据到后期的后处理，任何环节都不能脱节。”金天拾表示。

在今年的SAMA论坛上，武汉萨普汽车科技有限公司技术总监蒋晓冬也表达了类似的观点。谈及“3D打印是否能可持续发展”这个话题时，蒋晓冬指出，工业级的3D打印要可持续发展，首先必须要完成工艺的健康发展，从材料、装备、后处理以及废料等一系列方面不断完善。

从应用角度来看，3D打印的大批量推广才刚刚开始，作为一种创新工艺，接下来才是它真正发挥独特效益的时候。可以想象的是，未来3D打印将广泛应用于各种各样的工厂、车间里。那时，即便风口不再，又何妨？