張海濱

捷普北亞區(qū)運(yùn)營(yíng)副總裁

3D打印技術(shù)的未來(lái)充滿光明，在制造業(yè)復(fù)興過程中也將發(fā)揮日益重要的作用。隨著3D打印(又稱增材制造)技術(shù)的不斷普及，關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的討論也比兩年前更具體。以前，我們一直從財(cái)務(wù)和技術(shù)領(lǐng)域的角度，討論是否可以將大量傳統(tǒng)的流程交由3D打印機(jī)來(lái)完成。現(xiàn)在，3D打印的成功案例越來(lái)越多，而且這項(xiàng)技術(shù)具備的商業(yè)優(yōu)勢(shì)也顯而易見，證明3D打印已經(jīng)可以作為主流制造技術(shù)使用。

隨著3D打印技術(shù)及其材料供應(yīng)鏈的成熟，醫(yī)療、汽車、航空航天和國(guó)防等多個(gè)行業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域均經(jīng)歷了生產(chǎn)和業(yè)務(wù)方面的重大轉(zhuǎn)型。例如，飛機(jī)設(shè)計(jì)師會(huì)使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)飛機(jī)部件比如風(fēng)管、通風(fēng)孔和氣流系統(tǒng)等，從而減輕飛機(jī)重量、減少部件數(shù)量，以及契合客艙內(nèi)飾的緊湊設(shè)計(jì)。此外，3D打印技術(shù)還給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了一定的自由度，便于設(shè)計(jì)人員嘗試更有效、更高效的零件形狀，同時(shí)減少潛在的故障點(diǎn)。這使得飛機(jī)制造商在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)變得更為靈活，同時(shí)也能夠跟上不斷縮短的生產(chǎn)周期。

根據(jù)捷普近期開展的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在短短一年多的時(shí)間里，采用3D打印技術(shù)的公司以及各類相關(guān)應(yīng)用在數(shù)量上均大幅增加。其中，3D打印技術(shù)在零件生產(chǎn)、橋梁建造和維修工作中的使用占比分別從原來(lái)的27%、23%、14%增加到52%、39%、38%。。雖然目前3D打印行業(yè)規(guī)模僅為93億美元左右，但是根據(jù)全球包裝、紙張和印刷業(yè)供應(yīng)鏈管理權(quán)威Smithers Pira集團(tuán)發(fā)布的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，到2027年，3D打印行業(yè)的規(guī)模將達(dá)到558億美元。

捷普作為全球領(lǐng)先的產(chǎn)品解決方案公司，也早已經(jīng)將3D打印技術(shù)應(yīng)用于從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全過程，幫助客戶縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、降低生產(chǎn)成本。捷普的藍(lán)天創(chuàng)新中心(Blue Sky Center)作為其創(chuàng)新協(xié)同中心，也一直使用3D打印技術(shù)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在中國(guó)，捷普廣州公司和捷普無(wú)錫公司在使用工業(yè)3D打印機(jī)制造生產(chǎn)裝配夾具方面也已經(jīng)擁有多年經(jīng)驗(yàn)，在生產(chǎn)速度以及生產(chǎn)靈活性方面均為捷普公司帶來(lái)巨大幫助。此外，捷普也和多家全球知名品牌商合作將3D打印技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)，對(duì)3D打印技術(shù)的發(fā)展有著實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)。

而隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，有五大趨勢(shì)將對(duì)制造業(yè)的方方面面以及其他行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)重大影響。

一、3D打印技術(shù)可從原型設(shè)計(jì)延伸至生產(chǎn)

僅在短短兩年內(nèi)，3D打印技術(shù)在橋梁建造方面的應(yīng)用就增長(zhǎng)了70%。同期，汽車、運(yùn)輸和重型設(shè)備等行業(yè)也在廣泛使用這項(xiàng)技術(shù)。

3D打印技術(shù)可以從原型設(shè)計(jì)輕松延伸到全面生產(chǎn)，關(guān)鍵原因在于3D打印技術(shù)可以提供更為有效的生命周期管理，因此可以在未制定愿景和不具備專業(yè)知識(shí)的情況下，也能將原型設(shè)計(jì)用于全面生產(chǎn)。

例如，如果某品牌產(chǎn)品產(chǎn)量相對(duì)較低的時(shí)候，想要打印100個(gè)零件用于工程測(cè)試，使用3D打印技術(shù)就能輕而易舉地做到這一點(diǎn)。即使要生產(chǎn)的零件達(dá)到這個(gè)數(shù)量的四倍，3D打印技術(shù)也可以在不增加再加工成本的情況下實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。3D打印技術(shù)非常適用于中低規(guī)模生產(chǎn)，通過適當(dāng)?shù)囊?guī)劃、工程和材料開發(fā)，使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的部件可以無(wú)縫地應(yīng)用在可以大批量生產(chǎn)的設(shè)備，如注塑成型設(shè)備。

3D打印技術(shù)可以讓制造商按需生產(chǎn)零件，而不需要從倉(cāng)庫(kù)中調(diào)取。按需生產(chǎn)將有助于企業(yè)大幅降低庫(kù)存和倉(cāng)儲(chǔ)成本。根據(jù)麻省理工學(xué)院的一份報(bào)告顯示，在汽車行業(yè)中，使用3D打印技術(shù)可以減少90%的備件庫(kù)存。

我們當(dāng)前討論的主題正在從功能轉(zhuǎn)向產(chǎn)量。3D打印技術(shù)能夠?yàn)樾庐a(chǎn)品上市提供多方面的支持時(shí)，以量制價(jià)的生產(chǎn)方式將逐漸失去其優(yōu)勢(shì)。

二、3D打印技術(shù)可規(guī)范數(shù)字化和重組供應(yīng)鏈

3D打印技術(shù)引領(lǐng)著工業(yè)4.0時(shí)代的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是最純粹的數(shù)字技術(shù)之一，因其不需要模具和夾具，因此消除或降低了將文件移動(dòng)到不同位置和不同打印機(jī)的切換成本，這與過去200年來(lái)制造業(yè)采用的勞動(dòng)密集型方法截然不同。

事實(shí)上，3D打印技術(shù)最具顛覆性的方面與實(shí)際的打印機(jī)幾乎沒有關(guān)聯(lián)——3D打印技術(shù)是將數(shù)字表單轉(zhuǎn)化為物理形式的產(chǎn)品，也就是說僅僅一個(gè)文件就代表了最終產(chǎn)品。3D打印技術(shù)是邁向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的第一步。

3D打印技術(shù)將濃縮的數(shù)字文件存儲(chǔ)在可以輕松訪問讀取的云中，大量減少實(shí)體零件所占據(jù)的空間，避免可能過時(shí)或大量用不到的零件儲(chǔ)存在倉(cāng)庫(kù)中增加倉(cāng)儲(chǔ)成本。

除了數(shù)字庫(kù)存，分布式制造也在改變企業(yè)將3D打印技術(shù)納入其數(shù)字化戰(zhàn)略的方式。不同于集中式解決方案，分布式制造使企業(yè)能夠分散生產(chǎn)，以便在更接近客戶的地方生產(chǎn)最終產(chǎn)品。

借助3D打印技術(shù)，制造商可以更好地結(jié)合實(shí)體供應(yīng)鏈與數(shù)字線程，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的過程中，更高效地管理產(chǎn)品。只需發(fā)送文件，便可以將制造任務(wù)下發(fā)到任何配備數(shù)字制造系統(tǒng)的地方，這種分散式制造可以使供應(yīng)鏈變得更具協(xié)作性、更透明和更高效。如果發(fā)生自然災(zāi)害，3D打印技術(shù)也能夠進(jìn)行自我糾正并恢復(fù)正常運(yùn)作，可以比傳統(tǒng)制造業(yè)更快地向前推進(jìn)。

未來(lái)，大型工廠以及眾多具備3D打印設(shè)備的小型工廠，或甚至是部署了打印機(jī)的其他場(chǎng)所(如服務(wù)和支持中心、配送中心，甚至在個(gè)人家中)，將可采用混合制造模式。3D打印最終會(huì)變得非常簡(jiǎn)易普遍，人們?cè)诩依锞涂梢暂p松提取文件并打印產(chǎn)品。這樣的轉(zhuǎn)變已經(jīng)開始發(fā)生了，我們也開始將產(chǎn)品的生產(chǎn)更貼近消費(fèi)端，并且變得更加敏捷。

三、3D打印技術(shù)更加靈活且更能滿足個(gè)性化需求

我們注意到，在許多行業(yè)中，追求個(gè)性化已成為一個(gè)普遍的消費(fèi)趨勢(shì)。與購(gòu)買批量生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，消費(fèi)者更傾向于購(gòu)買專為他們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品，以滿足他們的個(gè)人品味和偏好。

3D打印技術(shù)支持小規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)追求個(gè)性化的需求。3D打印使制造商在響應(yīng)性設(shè)計(jì)方面更為靈活，制造商不需要再將大量相同的產(chǎn)品呈現(xiàn)在大眾面前，而是可以先生產(chǎn)少量的產(chǎn)品，讓設(shè)計(jì)師和工程師能夠根據(jù)迸發(fā)的靈感或客戶反饋，以更具成本效益的方式調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)和進(jìn)行創(chuàng)新。

四、3D打印技術(shù)的未來(lái)在于材料

雖然針對(duì)3D打印生態(tài)系統(tǒng)的大量投資推動(dòng)了這一行業(yè)的發(fā)展，但我們也不能低估材料的重要性。除了設(shè)備成本較高之外，材料問題和封閉的生態(tài)系統(tǒng)將成為影響3D打印行業(yè)發(fā)展的另一個(gè)重大障礙?，F(xiàn)在市場(chǎng)上3D打印材料類型繁多，但能達(dá)到所有行業(yè)質(zhì)量要求和監(jiān)管要求的材料卻少之又少。

由于目前大多數(shù)行業(yè)都面臨著產(chǎn)量方面的挑戰(zhàn)，使得供應(yīng)商和制造商無(wú)力開發(fā)新應(yīng)用所需的材料。然而，3D打印技術(shù)的未來(lái)在材料——特別是工程和應(yīng)用所需的特定材料。每個(gè)行業(yè)都有各自的需求，必須針對(duì)不同的問題制定相應(yīng)的解決方案。集成新的工程材料將改變新一代應(yīng)用，其中包括接受嚴(yán)格監(jiān)管的行業(yè)。

五、3D打印技術(shù)有助于打造更具可持續(xù)性的未來(lái)

最后，3D打印技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵因素是可持續(xù)性和環(huán)保，其中一個(gè)重要的益處就是減少?gòu)U料的產(chǎn)生。正如Simon Ford和Mélanie Despeisse在其論文《3D打印和可持續(xù)性：針對(duì)優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)的探索性研究》中指出的，3D打印通過逐層創(chuàng)建物體來(lái)模仿生物過程，而不是在生產(chǎn)過程中通過切割和雕刻成塊達(dá)到所需形狀的笨重物品。與傳統(tǒng)的減量化生產(chǎn)方法相比，這種方法本身就非常環(huán)保，而且還有可能在不影響環(huán)境的情況下創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

除了減少浪費(fèi)外，3D打印還可以節(jié)約能源。金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)(Metal Powder Industries Federation)開展了一項(xiàng)研究，將減量化生產(chǎn)方法和3D打印的制作步驟進(jìn)行對(duì)比，從中可以看出使用減量法制造卡車齒輪需要17個(gè)步驟，而采用3D打印完成同樣的任務(wù)僅需要6個(gè)步驟，借助3D打印技術(shù)生產(chǎn)同一款產(chǎn)品的能耗還不到前者的一半。此外，3D打印技術(shù)還可以拉近產(chǎn)品生產(chǎn)與客戶之間的距離，從而減少了對(duì)產(chǎn)品和材料的運(yùn)輸需求，因而減少了碳排放量。因此，3D打印技術(shù)將有助于打造更具可持續(xù)性的未來(lái)。

這是制造業(yè)面臨的重要時(shí)刻，而我們正處在中心位置，無(wú)論是在實(shí)體呈現(xiàn)和打印機(jī)設(shè)備方面，還是數(shù)字化管理等方面，都還沒有完全成熟的技術(shù)。但是3D打印技術(shù)正在展示其可引領(lǐng)變革的潛力，同時(shí)也已開始重塑各大企業(yè)。

根據(jù)我們的調(diào)查，在未來(lái)兩到五年內(nèi)，86%的企業(yè)對(duì)3D打印的使用量將至少呈雙倍增長(zhǎng)，其中40%左右的企業(yè)的增幅將達(dá)到五倍或以上。隨著3D打印技術(shù)的運(yùn)用，企業(yè)將能夠?qū)崿F(xiàn)更小規(guī)模的生產(chǎn)，更快地開發(fā)和推出新產(chǎn)品，并最終在成本曲線相交時(shí)，將其全面用于批量生產(chǎn)。我們現(xiàn)在正在為3D打印的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，而分布式制造模式也將蓄勢(shì)待發(fā)，不難看出，3D打印技術(shù)的未來(lái)充滿光明。