麻省理工4位知名教授突破性創業，引來寶馬谷歌等近1億美元投資

很快，一家名叫「桌面金屬」（Desktop Metal）公司將舉辦首次產品發布會，並且備受業界矚目。目前，這家公司擁有 100 多名員工，已經從通用電氣、寶馬和 Alphabet （谷歌母公司）等豪門企業籌集了近 1 億美元。而在這家初創公司的背後是一個野心勃勃的產品：一台經濟、並能快速製備各種金屬部件的3D印表機。

更令人關注的是，這家公司的創始人中包括4 名赫赫有名的麻省理工學院教授。其中，麻省理工學院材料科學系系主任克里斯托夫·舒爾（Christopher Schuh）和教授恩曼努爾·薩克斯（Emanuel Sachs）都是該領域中的領軍人物，還包括麻省理工學院材料科學系科學家蔣業明教授（Yet-Ming Chiang）和機械工程學院副教授約翰·哈特 （A. John Hart）。

圖 | DM Studio聯合創始人（前排左起：CEO Ric Fulop, A. John Hart, Jonah Myerberg; 後排左起：Yet Ming-Chiang,Chris Schuh, Ely Sachs, Rick Chin）

實際上，為了提升金屬 3D 列印的速度，以便將該技術用於製造金屬零件，「桌面金屬」公司使用了一種可追溯到 20 世紀 80 年代後期的技術。恩曼努爾·薩克斯教授早在 1989 年，就提交了一份有關 3D 列印技術的專利申請。

在這份專利文件中，它描述了如何鋪上薄薄一層金屬粉末，然後使用噴墨印刷工藝來沉積這些金屬。在此過程中，需要有選擇性地將金屬粉末結合在一起。這一過程重複數百上千次之後，人們可以打造幾何上幾乎無限複雜的金屬部件。但在實踐中，這在當時還屬於「天方夜譚」的範疇。

圖 | 一個正在燒結爐內進行燒結處理的液壓岐管。燒結爐內的溫度高達1400℃。這樣的部件結構過於複雜，是難以通過傳統方法實現的。

如今，「桌面金屬」的幾項重大創新終於使得薩克斯教授 30 年以前的原創發明能夠用於實際的批量生產，其中就包括開發沉積粘合劑的超高速印刷噴墨技術——用於工業生產的「工業版」印表機能夠在幾秒鐘的時間內，沉積並且列印 1500 層金屬粉末，每一層厚度僅為 50 微米。

因此，列印一個 500 立方英尺（14 立方米）的零件只需要不到一個小時。相比於同樣用於製作金屬零件的激光 3D 列印技術，這項技術的加工速度提升了將近 100 倍。

如果「桌面金屬」公司這一技術真能成功，這也意味著，該團隊同時還攻克了在過去 30 年時間裡始終制約著這項技術廣泛應用的難關。

如果我們暫時拋開那些關於「3D列印」天花亂墜的溢美之詞，平心而論，3D列印這項技術的發展雖然可謂奪目，但仍然無法掩蓋其在商業化道路上令人失望的現狀。

現如今，業餘愛好者們和自稱「製造商」的群體已經利用市面上許多相對便宜的3D印表機，來製作具有各種奇妙複雜形狀的塑料零件。此外，不少工程師和設計師們也認為，這類印表機在模擬模擬未來產品方面，也扮演著舉足輕重的角色。

但是，在實際產品中，列印出來的聚合物零件除了可能在少數幾款定製的產品能發揮其效用外（如用於定製助聽器和種植牙體），在其他領域幾乎毫無用武之地。

圖 | 這是剛剛列印好的鋼製推進器。在推進器葉片與金屬支架之間，是一條纖細的陶瓷線。在燒結過程中，這條線會變成砂礫，使得最終的產品能夠輕易地與支架分離。

所以說，「桌面金屬」的真正競爭者並非來自如春筍般湧現的 3D 列印公司。 一方面，惠普、Stratasys（它同時也是桌面金屬的投資者）和 3D System 推出的 3D 印表機主要使用的是各種塑料，而不是「桌面金屬」公司所瞄準的金屬；另一方面，專註於高端機器的通用電氣對於桌面金屬 3D 列印的市場並沒有太大的興趣。

麻省理工學院材料科學與工程系主任、「桌面金屬」聯合創始人克里斯·舒爾曾表示：「儘管 3D 列印技術已經廣泛地應用於打造塑料製品，該技術在金屬零件領域的應用『卻十分地有限』。金屬加工更像是一種藝術，這是一個非常具有挑戰性的領域。」

金屬 3D 列印技術遲遲未能迎來自己的春天，最顯而易見的一點，就是加工金屬所需要的高溫。

在塑料製品的 3D 列印過程中，塑料首先被加熱，接著從噴口噴出。噴出的塑料能夠迅速地硬化成理想的形狀。這一過程十分簡單明了，一台售價僅 1000 美元的 3D 印表機足以滿足這樣的要求。

但是，考慮到金屬那高出不止一大截的熔點，打造一台可以直接噴出金屬的 3D 印表機似乎就不那麼現實了。舉幾個例子：鋁的熔點是660℃，高碳鋼是1370℃，鈦是1668℃。金屬零件通常還需要額外的幾個高溫工藝，以確保列印出來的零件擁有預期的強度和其他理想的機械性能。

圖 | 「桌面金屬」低成本、大規模生產成為可能，一個配件成本只要4.25美元

然而，儘管我們已成功實現了金屬的 3D 列印，但這真的依舊是一項既昂貴又複雜的加工技術。一些製造領域的龍頭企業，如通用電氣，他們為了製造少量的高價值零件，就不得不使用一些非常昂貴的設備。不僅如此，有時還需要額外配備定製的高功率激光器。

目前，金屬 3D 列印僅限於一些真正的土豪企業，他們願意花費數百萬美元先去購買設備，搭建配套的激光器，並僱用一批經過專門培訓的技術人員。而另一方面，目前市面上還缺乏一系列在產品設計迭代中所需的技術與產品。工程師和設計者們在產品設計和開發過程中，直接利用金屬 3D 列印來完成產品設計迭代，依舊是一個可望而不可及的目標。

眼下 3D 列印技術的不足與缺陷，折射出了一直以來鼓舞著人們繼續前行的願景，與現實仍然存在著的巨大鴻溝。而「經濟」、「實惠」、「高效」地列印出金屬零件，則是讓 3D 列印技術美好願景成為現實的最為關鍵的「三項要求」。

可以見得，「桌面金屬」在這三方面取得了顯著的進展，這才是備受資本追捧的重要原因之一。

比較確定的是，「桌面金屬」的真正競爭對手是已有的金屬加工技術，這其中包括自動化加工技術以及漲勢迅猛的金屬注射成型技術。自動化加工技術已被廣泛用於大規模製作iPhone的超薄鋁背殼，而金屬注射成型則日益成長為大規模生產金屬產品的常用手段。

換句話說，「桌面金屬」公司的目標絕不僅僅只是試圖超越其他 3D 印表機公司，它的目標，是使得製造商們拋開原有的生產工藝，投入 3D 列印這個新工藝的懷抱。毫無疑問，這是一個艱巨的任務，更何況製造商們的原有生產工藝正是他們商業核心所在。

然而，這個龐大的成熟市場使得市場前景十分誘人。該團隊曾表示，打造金屬零部件，是一個價值數萬億美元的行業。即使 3D 列印只贏得了市場中的一小部分，那也相當於是一個價值數十億美元的「金礦」。

圖 | 「桌面金屬」列印的螺母和螺栓。這兩個零件展示了該公司的 3D 列印技術可以製造具有嚴格公差要求的零件。

3D列印技術的死忠粉們曾經預言：3D列印的出現，將使得工業界的生產商成為明日黃花，而一些當地的藝術製造者則會迎來春天。從現實來看，這個預言雖謬之千里，然而仍然具有十分深刻的意義。

當前，工業界的許多生產部門正越更加頻繁地運用先進的軟體和自動化生產工藝，而 3D 列印則將為這一波持續的數字化製造浪潮推波助瀾。從一些角度來看，實現完全的自動化加工過程，即從一個數字化的模型直接製造出一個金屬零件，仍然是一個遙遠的目標。

但是 3D 列印所帶來的變革之處在於，它使得工程師與設計師能夠製造比之前複雜得多的零件，並且完全移除了之前生產工藝所帶來的諸多限制。

圖 | 經過燒結處理後的推進器，這同時也是一個利用3D列印技術製備的高性能零件的絕佳例子。工程師們可以使用這一技術直接製造原型，並優化設計。

此外，它也可以刺激製造商們改變他們的物流和生產策略。對於產量有限的商品而言，3D列印將有可能實現更低的成本，因為這一技術能夠避免以往生產金屬與塑料件所需的工具、鑄造、鑄模等相關的成本支出。打造一條完整的產品線所需要的時間與金錢投入，是製造商不得不選擇進行批量生產的重要原因之一。

如果製造商們不再需要進行大規模生產，那麼工廠或許可以靈活地調整生產計劃，並能更好地對需求做出響應，從而實現即時製造。麻省理工學院機械工程教授，同時也是「桌面金屬」的聯合創始人約翰·哈特（John Hart）將此稱之為「量身定做」的批量生產。

製造商們無需再製造大量的部件，並銷往全球和倉儲中心，在未來製造商們或許會在全球開設諸多分散的工廠，並根據需求靈活地調整生產能力。哈特說，「我們已經無法想像這項技術在未來的 10 年或者 20 年裡將發揮出怎樣的影響力。我認為，我們人類並沒有真正認識到我們該如何使用這些技術」。

如今，「桌面金屬」的挑戰則是：儘快讓他們的產品出現在負責下一代產品設計師和工程師的手中。團隊必須讓客戶相信花費 12 萬美元購買桌面金屬基礎版印表機與燒結爐，絕對是物超所值。正式發布將近，讓我們拭目以待。

圖 | 3D列印的主要優點之一是其能夠製作複雜的結構，包括金屬部件中的內部格子。 這種結構可用於製造更輕更強的部件。

非常值得一提的是，「桌面金屬」公司的其中一個聯合創始人是麻省理工學院材料科學系蔣業明（Yet-Ming Chiang）教授。他出生在台灣，6 歲時移民美國，現在是美國工程院院士、台灣中央研究院院士、以及麻省理工學院材料科學系教授。

蔣業明發表了200多篇學術文章，持有20多項專利。而在醉心於學術的同時，蔣業明還依靠麻省理工學院的平台上與風險資本進行合作，先後創辦了 4 家初創公司，其中最有名的就是鋰電池企業 A123和24M。

其中，A123系統（A123 System）的所採用的就是他研發出來的新型鋰離子電池技術。這家公司是 2009 年前後電池領域最為炙手可熱的初創公司之一。在 2009 年這家公司首次公開募股（IPO）時，一舉籌得 3.71 億美元。

正如今日的這家初創的3D列印公司一樣，A123系統公司也希望利用其在材料科學領域的專長，引領整個市場的變革。

圖 | 蔣業明

雖然A123前幾年增長迅猛，IPO也極度成功，但是該公司還是在 2012 年宣布破產。不得不承認，電池行業是一個低利潤的市場。確實，A123在日益成熟的鋰離子電池領域中舉步維艱：它沒能實現突破性的性能提升，從而未能贏得一直搖擺不定的混合動力汽車市場。

而「桌面金屬」面臨的挑戰則十分不同，金屬零部件是一個成熟的市場。而且這家公司認定，他們的技術，至少在短期內沒有直接的競爭對手。蔣教授指出，「他們這家創業公司擁有『十分深厚』的專利壁壘。不僅僅只是在材料方面，還包括技術，以及燒結爐。如果技術越複雜，那麼你成功之後，後來者進入的門檻也就會越高。」

圖 |（左）加工粗糙的原始部件（右）使用DM Studio系統生產的組件

在蔣教授的辦公室里，有一個從波士頓美術博物館租來的裝滿了半箱刀劍的木盒子。這些日式刀劍成於 20 個世紀 70 年代，利用傳統的加工工藝製成。蔣教授把這些劍用於日常的教學之中。

他的課程是，工匠如何利用冶金的秘密將鐵礦石變成了這樣一把超級尖銳、略微彎曲的鋼劍。在採訪過程中，在向我展示完了這些劍之後，蔣教授又向我透露了一些這些工匠在製作過程中使用的技巧，比如利用淬火，從而得到了堅硬的刃口，而刀身卻保持了相當的韌性。

回到他的辦公桌上，他的注意力再次回到了「桌面金屬」上。他以同樣的熱情，向我描述了公司最近列印出來的金屬零件，以及在其工廠中展示的零件。蔣教授興表示，最令他興奮的是，「在幾個小時之前，讓你感覺無從下手的零件，幾個小時之後竟然活生生地出現在你的面前」。

這一切的展示都表明3D列印技術擁有著極大地發展潛力，它或許不會馬上取代諸如金屬鍛造和鑄造這樣有上百年歷史的加工工藝，但是它將為金屬製造加工帶來新的可能性。很有可能，它還能讓金屬冶金這門古老的藝術重新煥發青春。

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