间接金属3D打印:中国升华三维营收大增200%,美国DM市值超百亿

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南极熊导读:升华三维是国内少有的不使用激光或许电子束作为能源的金属3D打印厂商。其焦点团队来自国内粉末冶金范畴的顶尖大学——中南大学。同样是做金属3D打印打印,它另辟门路,不做“直接”而做“间接”。2020年升华三维营收大增200%,而美国同类手艺的Desktop Metal市值超百亿元。 [原文来自:www.ii77.com]


[好文分享:www.ii77.com]

起原/《司理人》杂志,原题“升华三维吴敏:金属3D打印的异见者”


3D打印将推翻制造业,曾成为好多重塑财富成长拥趸的配合崇奉。然则国内成长近十年,3D打印依然存在工业制造上的成本、效率难题。升华三维在寻找3D打印出路的失路中,果断地选择了有别于主流的间接3D打印,即将3D打印与粉末冶金相连系的路子。

3D打印自从2013年在国内大火两三年后,尤其在工业端的贸易化应用方面,至今仍是“犹抱琵琶半遮面”的状况。是什么在掣肘3D打印在制造业的成长?在工业应用中备受国内企业青睐的金属3D打印之外,是否还有其他路径可以撬动这块市场呢?



深圳升华三维科技有限公司(简称“升华三维”)CEO吴敏恰是个中一位主流金属3D打印手艺外的异见者。

职业生涯的“救命稻草”,金属3D打印

中南大学粉末冶金研究院,被誉为国内粉末冶金专业的“黄埔军校”。在此完成本硕连读学业的吴敏,2013年卒业后直接进入深圳富士康工作,被应聘进入材料研发部门进行跟硕士研究偏向一致的新材料斥地。那时的他,切切没有想到,这个新材料斥地偏向还没起头就在公司内部给砍掉了。

2013年摆布,3D打印在中国成为备受业界瞩目的一种新手艺路线。彼时,吴敏地点部门向导深受开导,便提议让粉末冶金身世的他对金属3D打印手艺及粉末制备进行调研。“那时候,我也是看到竟然有金属3D打印(很震惊),再深入认识这个手艺后,就像打开了一扇新的窗户。”深耕多年,吴敏总结道,其实金属3D打印就是粉末冶金的一个分支。

方才接触3D打印时,吴敏的确到了疯魔的田地。在网上搜罗繁浩的资料一页页研究,甚至将本身到手的一泰半工资都破费在购置研究3D打印的设备和材料上,从其时最简洁廉价和风行的熔融沉积成形(FDM)熔融挤出手艺下手。“2013年的时候,这个器材还很贵,塑料3D打印的材料就需要300到500元/卷/公斤。”然则,陷溺于此的吴敏显然是乐在个中的,他分享说“经常会跟大学同窗交流,3D打印很神奇,而金属3D打印更是我们粉末冶金的将来,让他们必然都要来存眷。”


没过多久,因为部门项目调整,吴敏已经被调往新的部门。向导指派他调研金属3D打印的号令也有些不了了之,然则起头陷溺3D打印的吴敏,本身并没有抛却研究的乐趣,他一边卖力做好本职工作,一边在业余时间进行钻研。受到专业研究偏向被砍的袭击,以及深感不克在新部门充裕施展本身的特长,吴敏意识到“机缘巧合下,金属3D打印就像(本身职业生涯的)一根救命稻草”。

正好2013年2014年,3D打印概念在中国大火。而纵观国内,彼时这个行业尚处于垦荒期。资源热钱涌入,掀起一股投资热,但实际来看,真正在从事实业的有手艺沉淀的公司其时也尚在成长初期。好比至今被资源市场奉为“金属3D打印龙头”的科创板上市公司铂力特才起步成长两年,尼龙3D打印引领者华曙高科也还在试探本身的手艺路线。

“其时从富士康出来后,我就想着去金属3D打印的公司储蓄经验。然则其时深圳没有本土的原创性的金属3D打印公司,我只好去了塑料3D打印公司。”吴敏透露,“然则其时我心里非常确定本身的最终方针就是金属3D打印。”

其时市面上已知的激光金属3D打印有“三大件”:激光器、振镜系统、把持软件。“焦点都首要在国外,并且价钱都稀奇贵。打印尺寸在250mm×250mm×300mm的进口设备要到500多万人民币,打印的不锈钢材料每公斤就需要2000多元。”

从手艺角度来看,吴敏认为,金属3D打印必然存在有区别于奋发成本的激光束打印路径的其他手艺路线。他跟本身粉末冶金专业的同窗经常一路思虑、商议,而且着手打印、试探。在一次思想风暴中,吴敏意识到,塑料也属于一种高分子材料,是否能够测验用塑料与金属粉末掺杂后,用3D打印先给产物成形,然后再行使粉末冶金工艺进行烧结呢?

与主流的产物成形+机能直接一步到位的手艺路线比拟,吴敏提出的这种“两步走”的方式显然是“异类”。按照吴敏的说法,“这是一个新的手艺路线,之前没有人做过”。从往后的汗青来看,吴敏团队琢磨出的这套新路径,昔时在国内属于“第一人”,但其实国外也有公司发现了这条路线,只是手艺尚未成熟,其时并未对外发布。

最后,吴敏尽管本身着手设置了材料,却没有烧结成功。又是一轮轮的手艺复盘。此次,一位做金属打针成型的同窗提出,金属打针成型使用的材料就是在一两百度的温度使材料挤出成型,然后再去脱脂烧结获得金属成品。“我们立时就按打针成型的材料来调整配方,那时候很简陋,我们本身改装的原型机,打印了一个生坯,然后交给同窗去做后端处理。”

吴敏至今对打印这个原型产物的时间表记忆犹新:2015年11月,想到这种手艺路线,而且起头实施;2016年2月底摆布真正拿到烧结成功的样品。然则他坦言“做出来的产物机能欠好”。这时,他们第一次卖力地反思:究竟是材料配方原因导致产物机能不足,照样这种手艺路线存在先天缺陷而被其他企业所甩掉呢?


经由一次次频频更改配方、调整打印工艺和脱脂烧结的温度等参数,吴敏团队成功将产物的烧结致密度从70%上升到80%,后续又上升到90%多。致密度是评判3D打印的金属制件中金属机能的焦点指标,一样而言,其数值越高,代表其金属机能越好。足以媲美传统机加工零部件的成就,让吴敏相信“这条手艺路线是可行的”。

但最后令吴敏下定决心的是其导师熊翔传授的认同和鼓励。“熊先生说,
金属粉末冶金行业成长至今一向没有找到一个新的立异点,我们这种路线就是粉末冶金与3D打印的好的连系。

2016年,吴敏武断选择告退创业,而且积极寻找天使投资。然则,国内资源界对这种异类的金属3D打印路线并不买账,“在国外都找不到对标的企业。”吴敏以及团队前期只好行使自有资金持续研发。直到2017年4月26日,他们迎来了起色。这一天,有国内媒体南极熊报道,美国一家名为Desktop Metal (DM)的公司对外推出了两款产物:DM Studio系统和DM 生产系统。

“其实他们的手艺路线跟我们是完全一般的,都是先成形然后再脱脂烧结。”吴敏兴奋地透露,本身很感动,因为终于发现有同业了!也恰是这个原因,吴敏再去找投资就顺利多了。2017年5月,吴敏拿到天使轮,并于昔时6月正式注册公司——升华三维运营。


沟通的间接金属3D打印手艺,分歧的命运

尽管终于正式开张运营了,但比起同业DM公司来说,升华三维左支右绌得多。

先来简洁认识下两者主张的手艺路线。

3D打印按照打印材料分类,首要包罗金属3D打印和非金属3D打印。个中,前者的主流手艺路线是激光选区熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBSM),后者则以FDM和光固化成形(SLA/DLP/LCD)为主。在金属3D打印手艺路线中,不管企业选择何种打印体式,其基本手艺路径都是一次性实现产物的成形和机能,都属于直接3D打印领域。缺陷在于激光器等设备价钱奋发,可知足工业化生产的打印材料有限。

△DM的金属3D打印件,南极熊实拍


吴敏提到的“新手艺路线”实则是将上述两种分歧手艺路径的优势互补,3D打印跟粉末冶金相连系,升华三维将其定名为“粉末挤出打印(PEP)”手艺,是一种间接3D打印路线。“其时在国表里,金属(3D打印)没有直接跟间接的区别,也是我们起头提出来。如今,这已经酿成一个主流承认的名词。”


升华三维与DM的沟通之处在于,将金属3D打印中的“打印”过程分为打印和处理(包罗脱脂、烧结、后外观处理等)两个环节。从这个层面讲,3D打印更像粉末冶金环节中的一个生产环节,首要负责将金属粉末跟塑料、粘合剂融合的原料逐层打印成形的生坯。真正考验产物机能的要害在于后续的处理也就是粉末冶金环节。间接3D打印手艺路线,是一个跨学科的立异,各工艺流程之间是一个强耦合的关系。“个中有很多的Know How在里面,好多人认为这个手艺路线很简洁,就冲进来,但后续往往卡在材料配方和脱脂烧结方面。这也是为什么我们和DM的团队配景都多在粉末冶金范畴。”
今朝来看,DM比升华三维在手艺结构上要更周全,它将创成式设计、3D打印、脱脂烧结及模拟仿真都有机连系在一路。但升华三维团队的优势在于对打印材料的研发和掌控能力。好比其最新研发的双喷嘴3D打印机,可以实现金属和陶瓷等两种分歧机能材料的复合打印,这是SLM手艺今朝达不到的。

此外,在成长速度和规模上,升华三维与DM也判然不同。

公开资料显露,DM公司成立于2015年10月,主力团队来自麻省理工学院(MIT)材料科学的传授。
这家公司在2017年C轮融资时估值达到10亿美金,媲美其时的Uber,而且不乏名声显赫的投资者,诸如宝马、福特、通用电气、Alphabet、劳氏(Lowe's)。今朝,DM累计融资高达4.38亿美金,用DM金属3D打印出的零部件已经在宝马电动汽车车型中被应用

2020年12月10日,美国Desktop Metal和Trine Acquisition (纽约证券生意所代码:TRNE)已经完成归并, 马萨诸塞州伯灵顿大规模生产和交钥匙增材制造解决方案的向导者Desktop Metal完成借壳上市,募资约5.8亿美元(约合37亿人民币)。


△南极熊备注:截止2021年1月13日,DM公司借壳上市后,公司市值47亿美元


△Desktop Metal的财务数据,非常烧钱。南极熊认识到,Desktop Metal在2019年总收入为2643.9万美元,总支出为1.35亿美元,经营吃亏1.09亿美元。而2020年新冠疫情的大风行,他们前半年的收入只有557万美元,同比2019年上半年的1208万美元大降了跨越50%,吃亏金额也达到4631万美元。研发投入、市场投入非常大,实在是太烧钱!


“如今我们还处于生存阶段。”吴敏透露,“DM从创立之初,他们就是对准工业制造去的,产物设计是一整套非常贸易化的弄法。宝马、福特等客户对产物的应用也有利于形成精巧的轮回。”然则,这在当下的中国显然还行欠亨。


在吴敏看来,制约金属3D打印在中国成长速度的最基本原因在于成本。与传统的机加工以及人工成原形比,金属3D打印的成本在中国远远高于这个成本。这也意味着,它在中国的应用市场局限于对成本不是那么敏感的航空航天、医疗等范畴。从国内整个金属3D打印在工业端应用成长的十年时间来看,亦是如斯。

2020年11月29日,国度增材制造立异中心主任,中国增材制造尺度化手艺委员会主任,中国工程院院士卢秉恒在“中国(长沙)增材制造财富成长与手艺应用分论坛”上提到,3D打印的一个优势就是实现轻量化。他透露:“航空航天、轨道交通、汽车都需要轻量构造,而3D打印能够优化设计,也能够用分歧的材料做成一个零件,能够大大减轻重量。”而且指出,对太空制造来说,3D打印是非常幻想的手段。(南极熊备注,详见报道《全文:卢秉恒院士《中国3D打印近况与将来》》)

其实从产物机能来看,SLM类的金属直接3D打印产物致密度高、硬度及屈就强度高,但延展性和委靡强度差,产物平安性及综合使用寿命受到严重影响;而金属间接3D打印产物延展性好、委靡强度高,具有壮大的加工硬化能力。此前,备受诟病的产物强度和烧结致密度低等问题在近两年都获得很好的解决,同时,研究发现产物孔隙率并纰谬高周委靡机能造成晦气影响。


以升华三维为例,其公斥地布的一组产物机能数据在某些方面已经处于世界级领先水平。但成本大关依然是拦路虎。从国外备受追捧的DM进入中国的历程也可见一斑。直到2018年6月7日,DM才结合国内独家代理商发布第一款产物。两年多曩昔,代理商官网也只有这一款产物,而且它的首要用户是设计工程师,客户多面向高职类院校、高档院校、研究所/院等。

但整体成长来看,国外以DM为代表的走间接金属3D打印路线的企业数量在增多,而且在细分手艺上也衍生出多条差别化偏向。吴敏介绍,国内前两年也有模拟升华三维的同业,但如今都消散了。作为国内间接金属3D打印的深度拥趸,升华三维切实是个金属3D打印中的异类。吴敏感伤:“公司的成长照样偏慢了。今朝我们首要照样在做手艺普及跟推广的工作。”

孑立之路的对峙


吴敏注释,这是基于金属3D打印在将来制造业中成长的判断。尤其与今朝主流的直接金属3D打印路径比拟,升华三维选择的手艺路线在单个金属制件平均成本下降空间大,并且经由3D打印工艺和效率的提拔,可以连结产物机能的同时,实现进一步成本优化。“
同样打印尺寸的金属3D打印机,好比说250mm×250mm×250mm,他们要到180~300万摆布,然则我们就20万~30万;同样尺寸的金属制件,成本只有直接3D打印的五分之一到十分之一。”

然则真正要实现工业端的贸易化规模应用,包罗升华三维主张的间接3D打印手艺在内,整个3D打印尚还需要走很长一段路。对升华三维来说,至少今朝来看,他们在产物斥地和营收上都走得对照稳。

2020年11月和12月,升华三维为国内某些高校研发定制的大尺寸自力双喷头3D打印设备陆续发货;与国内研究所就军工范畴的合作也正式进入轨道;跟国内汽车厂商也在零部件斥地长进行深入对接。


令人欣慰的是,升华三维2020年营收比2019年翻了两番。


文/《司理人》杂志,南极熊有点窜


△南极熊视频:国产FDM手艺低成本3D打印金属/陶瓷,升华三维


小小的打动


看完上面的采访,南极熊小编被打动了,心里面飘出了一首曾经自我激励过无数次的现代诗,来自美国诗人罗伯特弗洛斯特那首有名的《未选择的路》:

黄色的树林里分出两条路,

可惜我不克同时去涉足,  

我在那路口久久鹄立,  

我向着一条路极目望去,

  直到它消散在森林深处.

  但我选了此外一条路,

  它荒草萋萋,十分幽寂,

  显得更诱人,更艳丽;

  固然在这条巷子上,

  很少留下旅人的萍踪.

  那天早晨落叶满地,

  两条路都未经脚迹污染.

  啊,留下一条路等改日再会!

  但我知道路径延绵无终点,

  生怕我难以再回返.

  或许几多年后在某个处所,

  我将轻声太息将旧事回首:

  一片树林里分出两条路——

  而我选择了人迹更少的一条,

  此后决意了我平生的道路.


仅以此诗,为3D打印行业各界人士共勉!


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