北京隆源：3D打印探路者

　　犹如外族骑兵突袭中原，3D打印似乎一夜之间踏破了沉闷的工业版图。产业界、资本市场开始相信“小批量与个性化”代表着迅速积累的财富、不可思议的传奇和摧枯拉朽的颠覆。

　　其实，中国3D打印技术的研发由来已久。“经过20年的探索创新，北京隆源已经成为中国3D打印技术应用的领军者。一直到今天，世界上能进行激光快速成型机器生产和加工产品的也仅有美国、日本、德国，以3D打印技术为契机，中国首次与世界诸强国一道，并肩站在了高端制造产业研发应用的起跑线上。”2014年11月，在北京隆源自动成型系统有限公司（下称北京隆源）研发的金属直接成型设备发布会上，副总经理孙建民自豪地说。

　　3D打印技术属于一种非传统加工工艺，也称为增材制造、快速成型等，是近30年来全球先进制造领域的一项集光、机、电、计算机、数控及新材料于一体的先进制造技术。与传统切削等材料“去除法”不同，3D打印技术通过将粉末、液体片状等离散材料逐层堆积，“自然生长”成三维实体。直接打印金属，更能彰显3D打印企业的技术实力。

　　北京隆源是业界公认的国内较早涉足3D打印领域的一家公司。“在这条孤独而又充满魅力的路上，北京隆源已走过20年。经过多年探索，掌握了关键技术，在成绩背后，路途曲折而艰辛。”孙建民表示。

　　艰难起步

　　上世纪80年代中期，中国发布生物技术、信息技术、自动化技术、新材料技术、激光技术等高新科技发展计划，并确立了15个主题项目作为突破重点，以追踪世界先进水平。

　　1994年，北京隆源成功制造出中国第一台SLS快速成型设备AFS-360。SLS快速成型即为3D打印技术的一种，即利用红外激光光束所提供的热量熔化热塑性材料以形成三维零件，其最大特点之一是成型过程与复杂程度无关，因此特别适合于内部结构极其复杂的发动机缸体、缸盖、进排气管等部件。产品研发成功后，经北京市科委鉴定，获得了发明专利，并由此掀起国内3D打印的第一波热潮。

　　让人意外的是，那一波3D打印热为北京隆源带来的只是慕名参观者而已。多年潜心研发换来的只是红火热闹的气氛，没有收入来源让这家原本就在亏本运营的公司几近倒闭，形势最严峻的时候，账面上仅剩34万元现金。产品没能换来收益，员工纷纷离职，核心团队成员只剩下2人。

　　这样的局面惨淡维持了两年后，隆源终于迎来转机。1996年，北京航空材料研究院向北京隆源购买了1台3D打印设备，并成功应用于军用航空新产品的开发。虽然只有200万元的销售额，但是整个团队备受鼓舞。“那时候，在中国，从事3D打印技术研究的机构寥寥无几，把3D打印技术应用并产业化的企业更是屈指可数。”孙建民说。

　　然而即便是如此创新的技术，依然面临巨大挑战。在首台设备售出后，北京隆源又遭冷遇。直到1999年，第二代商品化设备AFS－320研发成功前，没有获得任何订单。

　　新的机会姗姗来迟。隆源第二代设备研发成功之时，适逢国家资助天津、西安、宁波、武汉、深圳五个城市成立以快速成型技术为主的生产力促进中心，试图发挥先进技术的服务作用。其中天津服务中心的承办方天津大学内燃机研究所选择了北京隆源，此后宁波也向北京隆源下了订单。在这些客户的支撑下，嗷嗷待哺的北京隆源才得以生存下来。

　　然而此后的另一次市场机会，却与北京隆源失之交臂。彼时，国家将快速成型制造列入高职教育的培养方案，学校成为这类设备的主要客户。由于北京隆源将产品定位于百万级的工业设备，因此没能抓住这次机会。

　　客户数量少，而持续不断的研发需要投入大量资金。管理层仔细分析后认为，根源在于，3D打印对于国内企业是新鲜事物，还没有被用户所接受认可，更重要的是购买设备需要大笔资金。

　　基于这一分析，北京隆源决定开始尝试走用自己的设备给客户加工模型的道路。这一转型为公司带来了转机。海信集团在获悉其这一业务后，提出合作要求，尝试采用隆源的3D打印技术来做29英寸电视机外壳。

　　为了获得客户的认可，摆脱公司的发展困境，包括孙建民在内的技术团队吃住在公司，夜以继日地为客户制作需要的外壳，并交付客户验收。结果却给了他们沉重的一击。原来，同时为海信生产电视外壳的还有一家日本企业。当他们交付产品后才发现，29英寸电视的外壳，日本企业仅用两块就拼装成型了，而隆源打印成型的却有9块之多。分割太多说明技术落后，更要命的是，块数多，会直接导致电视机外壳精度误差。这次挫折，迫使隆源管理团队开始反思过去的技术和定位。

　　暗夜前行

　　此后的几年，北京隆源将所有的财力物力用于基于SLS的复杂内腔结构金属零件快速铸造工艺。这种技术的核心就是通过激光将带胶的沙粒打印变成铸造所需的模具，之后通过灌注原料成型生产实体产品。

　　原理并不复杂。然而，打印所用的材料却成为最大的困难。彼时，国内没有相关技术研发，更不可能有相关材料出售。为此，北京隆源不得不投入巨大的精力去研究用于打印建模的材料。

　　“材料方面的研发突破，用了超过一年的时间。那时候在北京城南60多平米的房子内，我们依靠简陋的设备，一次次配比，目的是找到合理的材料配比。”孙建民说。

　　潜心研究换来了成功的突破。这一技术成果使得北京隆源进入了复杂金属结构件的快速开发领域。

　　激光烧结成型技术自身的特点，决定了它在机械制造领域内多用于制造单件、小批量金属零件。有些特殊复杂制件只需单件或少于几十件的小批量，这样的产品通过模具生产成本高、周期长，一般可采用激光烧结成型技术直接成型。“一家企业需试制变速箱，采用传统工艺方法，从模具到生产需4个月时间。我们采用快速铸造方案仅用了2天时间就完成了用于石蜡铸造的蜡型，用1个月的时间生产出了18件合格的铸件毛坯。缩短模具制作周期，可以大大降低传统制模成型修改过程的成本，从而使得汽车复杂零部件制造变得数字化、精密化、柔性化、绿色化。目前这项技术已经应用到中国一汽等大型汽车生产企业中。”孙建民说。

　　2006年，北京隆源激光直接成型铸造砂芯技术推向市场，销售出第一台专门用于铸造砂芯的成型设备，并成功应用于汽车发动机缸体、缸盖和增压器的快速开发。如今，国内众多的高铁、动车、地铁的发动机中都可以看到北京隆源的产品。

　　2008年北京奥运会需要制造节能减排的车辆，北京隆源仅用三个月就做了模型，为相关项目推进节约了时间。2011年，北京隆源为满足柴油机等行业需求，开始研发大尺寸激光制芯机；通过与广西玉柴公司、东风商用汽车工艺所合作，研发出柴油缸体缸盖的快速制造方法与工艺。

　　2008年开始，美国奥巴马政府将3D打印列为刺激制造业回流、加速美国经济增长的重要“武器”，从而引发全球3D打印热潮。中国政府也相继出台了多项相关政策和措施，将3D打印作为新兴产业培育的重点。

　　科技产业的发展并不是一蹴而就的，必须经过漫长而艰辛的积累，才会有所爆发，经过近20年的耕耘与奋进，北京隆源终于迎来了3D打印产业的爆发期。近年来营收持续增长，2014年全年仅设备销售收入达到3000万元。

　　困顿先驱

　　“3D打印浪潮席卷全球，在外行人眼中，3D打印的春天要来了。但是，如果用‘掀起工业革命’这样宏大的标题来给国内的3D打印行业定性，目前来看还是名不副实。”孙建民表示。

　　因相关配套产业缺失，大多数国内3D打印企业的核心器件都来自进口，北京隆源也不例外。以北京隆源目前生产的售价100多万元的3D打印设备为例，需要进口的有10万元的激光器、近两万元的控制电路、20万元的光学振镜，进口成本占整机产品成本的40%。

　　尽管北京隆源已经发展了20年，已经有上千家客户，但仍不能改变关键零部件被外国企业卡脖子的命运。虽然近年北京隆源一直尝试与国内激光所和光学所进行合作研发，但是一直未见明显成效。譬如，以寿命长、功率稳定为标志的连续射频二氧化碳激光器，以国内目前技术就难以实现。

　　激光器制约并不是特例。北京隆源40多位研究人员，其中多数既负责设备研发也负责软件编写。这并不是北京隆源自发的“多元化发展”，而是面对中国3D打印产业链空洞而不得不进行的“补充”。

　　“我们是一家设备制造企业，主营业务应该就是做装备设备。现在我们材料自己开发，软件自己编，工艺自己搞，几乎能做的都做了，产业环境让北京隆源变成了一个什么都做的企业。”孙建民说。

　　这正是目前中国3D打印产业面临的普遍问题，行业长期以来呈现“小而散”局面，相互之间各自为政，设备、软件、材料、工艺等都需要自己研究，没有形成明确的分工。3D打印企业不得不为一些非主营业务疲于奔命。

　　“3D打印产业包括上游的打印材料、中游的打印设备、相关外设及其设计软件，以及下游的打印终端产品和工业设计服务等三大环节。在国外，激光器、软件和材料等各个环节都相对独立，有细致的分工。也就是说，做3D打印机器制造的厂商根本不用为材料和软件发愁，因为所有上下游配套设施都有专门的企业去做，几乎每一种配套设施都已经形成比较成熟的产业。我们一直希望能够形成一条产业链。”孙建民称。

　　话说回来，这种被迫的“多元化发展”模式，经过多年摸索，也不断结出成果。2014年，北京隆源研发出另一种特殊的材料，这种材料有别于以往采用的树脂砂和PS（聚苯乙烯）粉、蜡，目前已经在军用雷达等设备的制造中开始采用。此外，北京隆源牵头承担的《基于选区激光熔化（SLM）技术的数字化金属零件成型机》项目获批“2014年度中关村产业技术联盟重大应用示范项目”，这也是获批项目中唯一属于3D打印领域的项目。

　　另一项颇具想象力的成果是，北京隆源已经开始努力将3D打印技术应用于医疗。与北京大学口腔医院合作，由口腔医院将患者的CT扫描数据从CT工作站经Magics软件处理提供给研发人员，隆源据此开发研制了AFS-320型快速成型机。设备以聚苯乙烯粉末为原料，制作成实体模型，可用于治疗口腔医疗中颧上颌骨骨纤维异常增生等症状，并取得了很好的疗效。同时，在陈旧性颧骨颧弓粉碎性骨折的治疗中，临床应用结果也表明效果良好。孙建民认为，这是北京隆源未来的主攻方向之一。

　　在经历20多年的艰难探索后，北京隆源无疑已经踏上了产业发展的高速列车。在孙建民看来，3D打印技术将引发的工业革命，是一场产品制造、设计、材料、生物的革命，而不仅仅是制造工业革命。要实现这场革命，在成本下降、效率提高、材料革新、设计师和企业家思想转变等许多方面，还需要更大的发展和改进，北京隆源也还有漫长的路要走。

　　文／彦祺隆