教授创业｜文300余篇创立的3D打印公司是美国史上增长最快的“独角兽”

　　Christopher A. Schuh，冶金学家，麻省理工学院材料科学与工程系的系主任及冶金教授。1997年获得俄班那香槟城伊利诺大学材料科学与工程学士学位，2001年获得西北大学材料科学与工程博士学位，发表了。Schuh教授与他人共同创立了Xtalic、Desktop Metal和Veloxint等多家冶金公司，其中，成立于2015年的

　　当时，铬被作为工业用品涂层，广泛运用在工业部件和装饰物品上，如汽车保险杠等。然而，在进行涂层过程中，必须使用铬的“六价”形式，这样便会散发出有害烟雾，对工人造成危害，长期暴露在这种危害下的工人，将大大提高患癌的几率。

　　面对这个问题，Schuh一直在思考，铬是一兼具高硬度，可以长期保持光泽度和防腐性能的电镀金属涂层。长期以来，人们一直在寻找可以替代铬的材料，但是至今没有任何成效，如何找到这种可以替代铬的材料呢？

　　带着这个问题，Schuh跟他的学生Andrew Detor共同设计的新工艺应运而生，他们将纳米大小的镍晶体用钨连接在一起，形成一种可以替代铬的合金——镍钨合金。它在室温下无限期地保持稳定，在加热时具有很强的分解性，比铬更硬、更持久。

　　2007年-2008年，两年内Schuh团队的科研成果在Xtalic的帮助下成功落地，第一代纳米结构涂料实现商业化。

　　2009年，凭借发现镍钨合金——这一材料科学领域的杰出成果，Schuh获得了终身教职，以及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 2009 年青年校友奖。

　　比发现镍钨合金更具有意义的是他们设计的新工艺——电镀工艺。谁也不会想到，取代铬作为金属涂层仅仅是电镀工艺的初步应用，它对于纳米结构合金取代金属涂层具有更加广泛的意义。

　　后来，从机器部件到汽车零件乃至电子产品，电镀工艺被广泛应用，改善了当时危险的工作环境，降低了制造商成本，为人们带来了福音。特别对于便携式电子产品的连接器（插上电源线、耳机和其他配件的插孔），电镀工艺将镍钨合金分层在黄金和黄铜层之间，可以减少腐蚀，允许电子制造商使用更薄的黄金层，从而显著节省成本。

　　后来，Xtalic围绕这一电镀工艺，不断发展积累，拥有了更多探索新的发展点的能力。在2018年，Xtalic宣布进入电动汽车市场，提供可将电动汽车电池充电器连接头寿命延长40倍的产品。Xtalic已经将其XTRONIC和LUNA纳米合金用来延长电动汽车充电器连接头的使用寿命。传统的连接头触点采用银覆盖－镍覆盖－铜的结构，在充电250次之后，就会磨损。

　　而Xtalic用其纳米合金材料替换了原先结构，增强了连接头的硬度、耐久性和耐腐蚀性，这种纳米合金材料在高法向力（high normal force）应用情况下，可循环充电高达1万次。

　　Xtalic的产品也可以在150°C或更高温度下工作，此温度可能会导致传统材料失去安全运行所需的关键特性。由于精心设计了晶体结构，所有Xtalic材料在高温条件下都能保持稳定状态。

　　目前，电动汽车充电器连接头公司和汽车制造商们正在测试这种材料，Xtalic预计其材料可能会被用于下一代电动汽车。

　　此外，Xtalic还在研发一种纳米结构铝合金XTALIUMTM，以帮助改善电动汽车的续航里程和性能。该耐用、抗腐蚀的涂层可让汽车组件用上低成本、重量轻的镁合金。镁制零部件轻于铝制零部件，并且使用了XTALIUMTM涂层之后，都具有显著的抗腐蚀能力。

　　至今为止，Xtalic涂层已在全球范围内用于企业和移动电子产品的超过100亿个单独的电连接器上生产。如此辉煌的成就毫无疑问离不开Christopher A. Schuh，作为联合创始人兼首席科学家，他每周花一定的时间与Xtalic合作和指导新的早期产品。

　　随着其产学研融合水平的不断提升，Schuh作为麻省理工学院的“明星教授”带领的团队不断扩大，吸引来的合作层次也不断提升。2015年，麻省理工学院材料科学与工程学院的蒋业明教授与同校的MBA校友——Ric Fulop，找到了Schuh教授，结合其在纳米结构金属晶体领域的新研究，商讨在3D打印领域创造新的商业成绩。

　　Ric Fulop和蒋业民有着丰富的技术与产业结合的经验，也有过辉煌的商业成绩。之前，Ric Fulop和蒋业民成立了一家叫A123 Systems的锂电池制造公司。这家公司背后有美国能源部的支持，跟着美国布局新能源的东风迅速崛起，被奥巴马看好，拿下了政府和汽车巨头的几笔大订单。它也是华尔街的宠儿之一，在金融危机中不负众望登陆纳斯达克，在不断亏钱中市值一路上涨，冲破10亿美金。

　　而当时， 3D打印市场正在迅速成熟，除了专业3D打印厂商之外，各行各业的优秀企业纷纷进入这一领域，包括零售、传统制造、汽车、航空、金融、建筑、电子等众多社会支柱行业企业。Autodesk、亚马逊、Stratasys、3D Systems等是最具影响力的大企业，此外，Formlabs、CreoPop、Shapeways和Sculpteo等，3D打印初创企业的表现也很抢眼。如此激烈的行业竞争，并没有让他们放弃进入3D打印领域的决心。

　　就这样，Schuh、Ric Fulop、蒋业民，以及另一位麻省理工学院机械系的明星教授John Hart等七人联合创立了Desktop Metal公司，专注于金属材料3D打印技术的开发。

　　Desktop Metal在创立后两年的时间里将多项独立发明结合在一起，构建了Desktop Metal的核心。Studio系统、高速工业级打印机Production系统和新型打印材料系统是Desktop Metal在3D打印领域的主要产品。

　　其中，2017年推出的Studio系统，是他们的桌面级3D金属打印机，号称全球最快的批量生产打印机，他采用了类似于熔融沉积成型技术（FDM）的技术。但是，3D打印的工艺并不复杂，3D打印本身的技术门槛并不高，同时有很多已经进驻这一领域的公司，而打印材料才是这个行业一道真正的门槛。

　　然而，事实上早在2005年Veloxint成立，他们已经在默默研究3D打印材料的问题。Veloxint专注于开发和商业化其专有的粉末冶金技术，将Schuh在麻省理工学院实验室设计的定制纳米晶合金制成的机器部件商业化，结合当时需求投放入市场，这些合金具有解决极端机械情况的特殊性能。虽然，在2018年Veloxint被布雷迪工业公司收购，但Veloxint仍然长期开发Desktop Metal生产系统所需的材料来推动创新。

　　星光熠熠的创始团队、在桌子上就可以进行的金属3D打印的美妙构想以及雄厚的技术支撑，让Desktop Metal在2019年——成立的4年后，很快获得了1个多亿的风险投资，投资人包括了KPCB、NEA、GV等这样的风投机构，BMW、GE和Stratasys等的战略投资机构，还有中东石油巨头Aramco。

　　在创业的同时，他仍然对本科教学工作保持着极高的热情，2011年，Schuh教授因卓越的课堂教学被选为MacVicar研究员，并获得SAE国际RalphR.Teetor教育奖。同年，他接替卡尔·汤普森，被任命为麻省理工学院材料科学与工程系系主任，该系由约33名终身教职员工、100多名教职员工和全职科学家、200名研究生和120多名本科生组成。

　　在担任系主任后的几年里，Schuh在学术科研保持着高产和高质量的研究。2012年，Schuh和其他同事共同开发了一种生产纳米晶体的方法，这种合金由具有高强度和其他特性的微小晶粒制成。到 2013 年，Schuh 的研究团队开发了一种方法，使微小的陶瓷物体变得灵活并拥有能够保持形状的记忆性。同时，他在在院系管理方面也是硕果累累。在他的领导下，材料科学与工程系在本科和研究生水平上都享有世界一流的排名，其教职员工人数增加了约 20%。

　　之后Schuh 教授还被任命为麻省理工学院 MacVicar 院士，以表彰他在材料科学教学方面的贡献，不仅如此，在麻省理工学院贡献度总排名中Schuh 教授位于前 0.4%。

　　2015 年，Schuh 被评为矿物、金属和材料学会仅有的 100 名在世研究员之一。随着几十年在材料科学领域的学习与研究，Schuh对于这个领域的认知和理解也逐渐深化。他持续关注结构冶金领域，特别是控制金属微观结构的无序性以优化机械性能。

　　目前为止，年仅46岁的他已经发表了 300多篇论文和数十项专利。凭借对于材料科学领域的杰出贡献，Schuh获得了各种奖项和荣誉，在2019年2月7日当选为美国国家工程院院士，成为材料科学领域的一位代表性人物。同时，Schuh 教授还担任了 Acta Materialia、Scripta Materialia 和 Acta Biomaterialia等材料科学领域的主要学术期刊的协调编辑。

　　不仅在科研上寻求不断突破，而且能及时将学术研究应用于大量行业，Schuh教授能一直行走在材料科学领域的前沿，究其根本，不难发现Schuh教授始终秉承：

　　1. 找到正确的方向：寻找到正确的方向并非易事，人们在青年时期大多是迷茫的，认识需要在实践中获得，在实践中提升。Schuh教授亦是边学习边研究，确立了自己对金属材料方向深耕的决心。

　　2. 深耕热爱的领域：Schuh教授在确定了对材料科学的热忱后，坚持着一步一个脚印不断提升自己的学术素养，他的天赋和能力与他的热爱相辅相成，成就了他在材料科学领域的伟大。热爱一直支撑着他对这个领域的钻研。

　　3. 提升产学研融合水平：在麻省理工学院任教期间，他一直注重理论与实践相结合。担任系主任后的几年里，Schuh不仅在学术科研保持着高产和高质量的研究，在院系管理方面也是硕果累累，在他的领导下，麻省理工学院材料科学与工程系在本科和研究生水平上都享有世界一流的排名，吸引了许多高质量的合作。

　　4. 扩大技术应用行业：Schuh的第一个公司出发点是降低工人的患癌风险。随着Xtalic的产品愈发成熟，技术的不断积累，该公司也有了更多能力探索新的发展点。现在，这些纳米晶涂层已部署在从机器部件到汽车零件再到电子产品的各种应用中。