3D列印“後風口時代”
2016年6月，在公司敞亮的會議室中，季新陽和他的團隊接到了一項新任務。
這天，中國商飛的研發團隊風塵僕僕地趕往無錫，他們告訴季新陽，C919專案遇到了難題，一家供應商的鋁合金試驗失敗，發動機風扇進氣入口做不出來了。
當時，這款中國首次自主研發的幹線民航客機進入了研製的關鍵階段。四個月後，C919將迎來第一次發動機點火試驗，為萬眾矚目的首飛做準備。一個零部件趕不上進度，能直接影響點火節點，並使首飛時間推遲。
緊急情況下，商飛找到無錫飛而康快速製造科技有限公司，這家3D列印服務商2013年起就開始與商飛合作，此時臨危受命。季新陽擔任了這個專案的負責人，他那時並不知道需要克服多少困難，一度覺得又要攻克新技術，“很興奮”。
拿著商飛帶來的一堆數模和技術檔案，季新陽和他的團隊投入到了這個緊急專案中。彼時，飛而康剛剛拿到當時國內最大尺寸的3D列印裝置，他們大膽地發揮3D列印的優勢，把原來3個段的零件集合到1個上面。
不過，這樣打印出的完整零件尺寸相對較大（直徑400mm，長500mm），而且壁很薄，對傳統的3D列印技術而言是一項不小的挑戰。
當第一個樣件做出來的時候，所有人都傻眼了：整個件開裂得厲害，完全不能用。樣件還沒從機器上取下，季新陽便深切地感受到，這項技術的瓶頸遠遠超出他的想象，所有的工作還要在規定期限內完成，他壓力陡增。
後來，他們聯合了來自澳大利亞的技術顧問，吸取第一次失敗的經驗，嚴格地控制了原材料的配比，並對所有應力集中的地方進行了改進。但最終做出來的零件變形厲害，遠遠達不到商飛的0.5mm以內的偏差要求。
最後，季新陽和他的團隊通過數次的模擬模擬，終於尋找到產生形變的最重要原因，採用一種先進的支撐結構輔助解決成型過程中的應力集中問題，最終生產出形狀、尺寸、效能都合格的排氣管道零部件，並按時完成了產品交付。同年11月9日，C919發動機點火成功。
這件事在商飛內部引起了轟動，默默無聞的飛而康也在業內一戰成名。商飛一位C919專案工程副總經理甚至給飛而康發了一封感謝信，感謝其團隊為C919順利點火做出的“巨大貢獻”。
不過，如果不關注飛機制造或是3D列印，很少有人知道這麼一家3D列印服務商，更少人知道它們還是A股上市公司銀邦股份（300337.SZ）的參股子公司。2017年5月，C919第一架機首飛，大飛機產業鏈上下游的概念股提前“起飛”，銀邦股份不但沒趕上這波“躺贏”的紅利，反而下跌了幾個點。
飛而康和銀邦股份受到的資本待遇是整個中國3D列印行業的縮影。五年前的風口退去之後，3D列印如同風靡一時的流行歌曲，過氣後就再鮮少有人傳唱了。
從2014年開始，3D列印的熱潮開始冷卻。在消費級市場，人們吐槽它不夠快速不夠美觀，在工業級市場，製造商們又對它的質量、成本和效率感到失望。另一方面，儘管龍頭企業的裝置還號稱大賣，但資本市場上的“熱錢”早已退場。3D列印的從業者們只好微笑著表示，行業進入了“理性發展期”。
但與此同時，3D列印在設計領域的獨特功效已經被反覆驗證，無論是消費級市場還是工業級市場，3D列印的技術與理念仍在不斷革新，而“規模化生產”這個與3D列印“先天不合”的應用場景也似乎漸行漸近。
經歷了失敗也見證了成功，被潑了冷水又能灑上熱血，目力所及，既是機遇又是挑戰。這是3D列印完成生命週期跨越的關鍵階段，也是3D列印的“後風口時代”。
“退燒”
10月26日，上海臨港一家五星級酒店大堂中人頭攢動，二十餘家3D列印企業的展臺聚集在大堂外廳中，人們三五成群地寒暄或自我介紹，積極與新認識的朋友推介最新研製的材料和最新列印的產品。
這是第三屆SAMA國際論壇暨2018世界3D列印年會的現場，今年會議的主題是“構建世界3D列印產業共同體，實現共贏共享”。論壇之外，主辦方上海增材製造協會進行了非洲、歐洲代表處的授牌儀式，以搭建中非、中歐在3D列印行業合作交流的橋樑。
這是一個頗具巨集觀視野的主題，同時也在某種層面上暗合了當前3D列印所面臨的產業困境：行業整體上處於匯入期之末、成長期之初，企業勢單力薄獨木難行；另一方面資本卻分外謹慎。3D列印正處於轉型的關鍵時期，但向上躍升的支點卻不再那麼容易找到。在此背景下，合作共贏成為發展突圍勢在必行的一步。
與五年前的火熱相比，目前3D列印產業進入了明顯的冷靜期：眾多消費級裝置商、材料商、服務商離場，工業級玩家東奔西跑，在各個領域尋找合作機會；資本市場上，純粹的3D列印公司鮮少能在主機板上市，3D列印概念股在暴漲之後趨於平穩，美國股市上，行業龍頭的估值也經歷了一波殘酷的回撥。
2013年前後是3D列印最風光的時期。如平地一聲雷，英國《經濟學人》雜誌的一篇報道《第三次工業革命》，使這項發展了30年但異常小眾的技術迅速走入大眾視野，美國時任總統奧巴馬的高調“站臺”則讓它迅速火遍全球。
在那個階段，3D列印領域的一項核心技術，即熔融層積成型技術（FDM），專利到期了，加上該技術使用的耗材基本實現了國產化，很多創業者開始投入到其中，做“發燒友”的生意，例如杭州銘展、太爾時代等。
值得一提的是，太爾時代脫胎於清華大學顏永年教授的研究團隊。顏永年被譽為“中國3D列印第一人”，1990年成立了國內首個快速成型實驗室，並在1992年研製出了國內第一臺快速成型裝置，2003年成立了太爾時代。
不過，最初太爾時代以生產工業級裝置為主，而FDM則主要應用於消費級裝置。這個轉型在很大程度上體現了當時消費級3D列印市場的火爆，因為國內市場不算太大而又競爭激烈，太爾時代甚至一度將產品賣到了國外。
但五年之後的今天，消費級裝置如何發展卻不再是業內討論的話題。“很多人對FDM工藝失望透頂。”一位參展商對21世紀經濟報道記者坦言，因為產品雞肋且市場增量有限，很多公司都放棄了這塊業務。
對於消費級產品的“沒落”，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院3D列印中心常務副主任姜文博總結的三個原因則是：技術門檻低造成價格戰，商業模式不完善，以及剛性需求不足。
工業級市場同樣難現“昔日輝煌”。以3D列印行業的龍頭裝置製造商3D Systems和Stratasys為例，它們在納斯達克的股價都在2014年年初升至最高，分別達97.28美元/股、138.1美元/股，然而從2014年下半年開始，它們的市值便急轉直下，目前各自的股價分別為12美元/股、19美元/股左右。
資本退潮的原因之一是，這些3D列印公司並沒有帶來穩定增長的業績。資料顯示，無論是3D Systems還是Stratasys，近幾年的營業收入總是在原地徘徊（每年約在六七億美元），甚至還有下滑跡象，更不用談盈利。
投資者們普遍認為，3D列印在工業級應用上仍欠缺強度和精度，對於他們的潛在客戶而言，裝置和原材料也未免太昂貴，因此，在產業化初期，這項技術僅僅適合新產品的開發和小批量零件的生產。換句話講，3D列印具有一定的應用價值，但商業價值幾何，難說。
“早期的宣傳是有點兒過頭了，動輒‘3D列印，包治百病’，但其實不是那麼回事兒。”維捷（蘇州）三維列印有限公司總經理金天拾對記者表示，前期的喧囂聲中，市場對3D列印這項技術抱有了過高的期待，可實際上，這項工藝儘管有特點，但也有很多限制，所以很多專案都處於停滯期。
落地
近日，在中南大學湘雅醫院手術室內，骨科副主任醫師鍾達副教授完成了一次特殊的人工關節置換手術，使病人擺脫了60年的左腿跛行之苦。
這是湖南省首例MR技術（Mixed Reality）與3D列印技術結合下的人工關節置換術，也是3D列印在醫療領域的一次典型案例。
在這個案例中，鍾達將病人的患處掃描檔案資料匯入到三維建模軟體中，重建出病變部位組織的三維解剖模型後，把這些通過3D列印機制作出1：1的實體模型，作為手術參考。
據提供該解決方案的湖南華曙高科技有限責任公司（下稱“華曙高科”）相關負責人介紹，將3D打印出的手術相關部位模型結合，能夠讓醫生對手術操作有更好的把握，“原本這個手術高度依賴醫生的臨床經驗，有了輔助模型後，手術精確度大幅提升。”
華曙高科是國內一家頗具規模的工業級3D列印裝置製造商及服務商，由著名3D列印科學家許小曙於2009年創立。
儘管在媒體報道中，醫療3D列印更多是充滿獵奇感的“3D列印人體器官”，但目前應用較多的，還是在實施過程中的輔助性工具。在描述其3D列印場景時，有“醫療3D列印第一股”之稱的愛康醫療（01789.HK）列舉了三例：3D成像及建模、列印模型、制定個性化手術方案及模擬手術。
中國醫療器械行業協會的資料顯示，醫療3D列印率先在齒科行業得到了大量應用，主要產品包括可摘義齒、矯正器和種植牙，其次是在骨科臨床中，可以實施術前模擬，幫助制定最佳手術方案。而3D列印器官所屬的生物3D列印，目前只是研究的前沿熱點，尚具有極大的挑戰性。
事實上，3D列印最開始應用在原型設計上，即簡化傳統的“設計-模具-生產”流程，直接從設計到生產，並及時反饋結果，縮短研發週期。因此，3D列印目前應用最廣泛的領域是航空航天、醫療、汽車等領域。
在給C919“救火”的案例中，3D列印正是發揮了“一體成型、生產週期短、加工精度高”的優勢，在相對較短的時間內完成了產品設計與除錯，並通過了最後的檢驗。
近年來，3D列印在中國應用的一個可喜突破是“走出實驗室”，真正成為終端產品的一部分。在C919的製造過程中，飛而康不僅提供了排氣管道入口構件，而且為每架C919提供了31個金屬3D零件，併成為商飛的3D列印零件批量供應商。
與醫療行業類似，在航空航天、汽車等工業領域，3D列印的主要用途在三方面，一是製造原型件驗證設計，二是製作蠟模、砂模間接參與鑄造，三是生產功能件直接使用。第三種情況下，功能件既可應用在產品中，也可應用在生產過程中。
德國3D列印公司EOS前大中華區總經理吳承軒曾對21世紀經濟報道記者表示，3D列印能突破傳統制造方式的技術限制，生產幾何形狀高度複雜、重量超輕且效能穩定的零件，因此能夠滿足一些高精尖行業對複雜零件的需求。
綜合近兩年的媒體報道，不難看出，3D列印在終端產品上的應用案例越來越司空見慣，尤其是國外相對成熟的市場，波音、空客、西門子、通用電氣等國際巨頭紛紛入局，3D列印的渦輪葉片、燃油噴嘴等關鍵部件，正逐步取代著傳統工藝和它們的產品。
而在生產製造領域，類似於醫療行業的手術模擬，3D列印也能在智慧製造的過程中“錦上添花”。據Stratasys前大中華區總經理翟蓮子介紹，3D列印在生產的組裝、檢查、包裝等各個環節早有應用落地，尤其是在一些行業領先的企業。
以寶馬為例，其在製造過程中嘗試了利用3D列印來製作手持組裝工具，主要是400多個夾具和治具。據悉，3D列印完成的稀疏填充削減了72%的重量，並將交付時間和成本分別節約了92%、58%。
不過，客觀而言，3D列印目前對傳統行業尤其是製造業還談不上“顛覆”，更多像是對傳統行業的有力補充，所以市場規模其實還很小。
攻堅
真正做3D列印的人都在焦慮：什麼時候可以量產？畢竟整個設計市場容量有限，3D列印行業如果只是侷限於這一領域，市場很快就會見頂。
更為現實的是，如果只靠著在設計領域解決科研問題，很多公司的業務量根本不足以支撐它到盈利的那天。銀邦股份在今年上半年的年報中坦言，飛而康作為C919唯一的金屬3D列印零部件供應商，目前尚未實現盈利，而C919進入量產階段後，飛而康才有機會實現大量業務收入。
“3D列印可以用來做研發，這已經被市場證明了。但研發只是一塊小規模的市場，現在行業內的人們已經認識到這點，都有很強的危機感，3D列印用於量產才是出路。”金天拾說道。
有業內人士對21世紀經濟報道記者表示，目前從技術層面而言，國內的廠商或已經在尺寸、質量方面遇到了挑戰，所以目前的產品都難以符合大批量生產的要求，應用場景比較侷限。
“目前的主流技術粉床燒結和熔鑄本質上是一種焊接，要將材料從室溫加熱到非常高的溫度，劇烈的溫度變化會造成巨大的熱脹冷縮，從而在物體內部形成很大的應力。”上述人士指出，這樣的工藝，如果是小的零部件，還可以通過一些掃描上的策略平均應力的分佈，但是如果是大件，應力就可能超過整個零件能夠承受的極限，在加工過程中便出現開裂。
這也是飛而康在研製C919發動機風扇進氣口時遇到的核心問題之一。不過季新陽對記者表示，C919專案的成功，為未來進行大尺寸零部件的列印積累了很多經驗，也給他們樹立了很大信心。
事實上，通用電氣的燃油噴嘴案例已經讓3D列印從業者們看到了量產的希望。有資料顯示，GE用3D打印製作出的燃油噴嘴，能夠將原來的零部件從20個簡化為1個，而這樣的噴嘴GE每年要生產3.5萬-4萬個。
但是這顯然僅僅是個開端，更多精密的零部件體積更大、工藝更為複雜。這是一片廣闊的藍海，可3D列印暫時被擋在了門外。
在上一屆SAMA國際論壇上，翟蓮子曾介紹，Stratasys已與部分合作夥伴共同開發了一種“無限列印”的概念型產品：“3D Demonstrator”，用於製造較大尺寸的工具和零件。與傳統3D列印的逐層覆蓋工藝不同，3D Demonstrator是橫向列印，像傳輸機一樣，可以一邊列印一邊輸出，理論上可以克服尺寸的限制。
她當時還特別強調，這款機器還克服了傳統3D列印的“各向異性”特徵，打印出的大件能與傳統的鑄造材料一樣，是各向同性，即在各個方向都有著相同的效能，也就是說應力不會導致大件開裂。
不過據21世紀經濟報道記者瞭解，目前這款概念產品仍未投入市場。由於成本頗高，且技術上的可靠性仍需驗證，它尚不具備大幅推向市場的條件。但是，越來越多的廠商正在批量生產的賽道上佈局。
近期，維捷中國（蘇州）的母公司德國voxeljet AG宣佈，要與合作伙伴一起，為一家德國的汽車企業提供3D列印量產生產線。
金天拾告訴21世紀經濟報道記者，公司的這個專案，突破在於三點，一是首次將3D列印用於汽車行業工業品的批量生產，年產量20萬件，每分鐘1件；二是3D列印的量產工業品單件尺寸提升到100mm-1000mm，應用範圍大大擴充套件；三是全自動柔性生產線。
需要指出的是，voxeljet AG做的並非是工業領域應用較多的金屬直接3D列印，而是3D列印+鑄造，通過3D打印製造出砂型，再將砂型澆鑄金屬，從而大批量生產複雜金屬零件。
金天拾也坦言，3D列印量產的後處理是更大的挑戰。“目前後處理大多由工人手工進行。假設一個砂型需要10分鐘的後處理人工，一天產能1000件，後處理就需要160個工時，20個人工。一條高科技的3D列印生產線有20個工人在做後處理，這不是很可笑嘛？”如果零件幾何構造複雜，後處理清理還需要花更多時間。
正是因此，voxeljet AG才在後處理的自動化上力求突破。“（3D列印量產）實質上對整個工藝鏈的質量、效率和可靠性都有嚴格要求，從前端的資料到後期的後處理，任何環節都不能脫節。”金天拾表示。
在今年的SAMA論壇上，武漢薩普汽車科技有限公司技術總監蔣曉冬也表達了類似的觀點。談及“3D列印是否能可持續發展”這個話題時，蔣曉冬指出，工業級的3D列印要可持續發展，首先必須要完成工藝的健康發展，從材料、裝備、後處理以及廢料等一系列方面不斷完善。
從應用角度來看，3D列印的大批量推廣才剛剛開始，作為一種創新工藝，接下來才是它真正發揮獨特效益的時候。可以想象的是，未來3D列印將廣泛應用於各種各樣的工廠、車間裡。那時，即便風口不再，又何妨？
（應受訪人士要求，季新陽為化名）
（編輯：張偉賢）
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