張海濱

捷普北亞區(qū)運營副總裁

3D打印技術的未來充滿光明，在制造業(yè)復興過程中也將發(fā)揮日益重要的作用。隨著3D打印(又稱增材制造)技術的不斷普及，關于這項技術的討論也比兩年前更具體。以前，我們一直從財務和技術領域的角度，討論是否可以將大量傳統(tǒng)的流程交由3D打印機來完成。現(xiàn)在，3D打印的成功案例越來越多，而且這項技術具備的商業(yè)優(yōu)勢也顯而易見，證明3D打印已經(jīng)可以作為主流制造技術使用。

隨著3D打印技術及其材料供應鏈的成熟，醫(yī)療、汽車、航空航天和國防等多個行業(yè)的關鍵業(yè)務領域均經(jīng)歷了生產(chǎn)和業(yè)務方面的重大轉型。例如，飛機設計師會使用3D打印技術生產(chǎn)飛機部件比如風管、通風孔和氣流系統(tǒng)等，從而減輕飛機重量、減少部件數(shù)量，以及契合客艙內(nèi)飾的緊湊設計。此外，3D打印技術還給設計工作帶來了一定的自由度，便于設計人員嘗試更有效、更高效的零件形狀，同時減少潛在的故障點。這使得飛機制造商在生產(chǎn)產(chǎn)品時變得更為靈活，同時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調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在短短一年多的時間里，采用3D打印技術的公司以及各類相關應用在數(shù)量上均大幅增加。其中，3D打印技術在零件生產(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)供應鏈管理權威Smithers Pira集團發(fā)布的一份報告預測，到2027年，3D打印行業(yè)的規(guī)模將達到558億美元。

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

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

一、3D打印技術可從原型設計延伸至生產(chǎn)

僅在短短兩年內(nèi)，3D打印技術在橋梁建造方面的應用就增長了70%。同期，汽車、運輸和重型設備等行業(yè)也在廣泛使用這項技術。

3D打印技術可以從原型設計輕松延伸到全面生產(chǎn)，關鍵原因在于3D打印技術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)知識的情況下，也能將原型設計用于全面生產(chǎn)。

例如，如果某品牌產(chǎn)品產(chǎn)量相對較低的時候，想要打印100個零件用于工程測試，使用3D打印技術就能輕而易舉地做到這一點。即使要生產(chǎn)的零件達到這個數(shù)量的四倍，3D打印技術也可以在不增加再加工成本的情況下實現(xiàn)這個目標。3D打印技術非常適用于中低規(guī)模生產(chǎn)，通過適當?shù)囊?guī)劃、工程和材料開發(fā)，使用3D打印技術生產(chǎn)的部件可以無縫地應用在可以大批量生產(chǎn)的設備，如注塑成型設備。

3D打印技術可以讓制造商按需生產(chǎn)零件，而不需要從倉庫中調(diào)取。按需生產(chǎn)將有助于企業(yè)大幅降低庫存和倉儲成本。根據(jù)麻省理工學院的一份報告顯示，在汽車行業(yè)中，使用3D打印技術可以減少90%的備件庫存。

我們當前討論的主題正在從功能轉向產(chǎn)量。3D打印技術能夠為新產(chǎn)品上市提供多方面的支持時，以量制價的生產(chǎn)方式將逐漸失去其優(yōu)勢。

二、3D打印技術可規(guī)范數(shù)字化和重組供應鏈

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

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

3D打印技術將濃縮的數(shù)字文件存儲在可以輕松訪問讀取的云中，大量減少實體零件所占據(jù)的空間，避免可能過時或大量用不到的零件儲存在倉庫中增加倉儲成本。

除了數(shù)字庫存，分布式制造也在改變企業(yè)將3D打印技術納入其數(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，制造商可以更好地結合實體供應鏈與數(shù)字線程，從產(chǎn)品設計概念到整個產(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鏈變得更具協(xié)作性、更透明和更高效。如果發(fā)生自然災害，3D打印技術也能夠進行自我糾正并恢復正常運作，可以比傳統(tǒng)制造業(yè)更快地向前推進。

未來，大型工廠以及眾多具備3D打印設備的小型工廠，或甚至是部署了打印機的其他場所(如服務和支持中心、配送中心，甚至在個人家中)，將可采用混合制造模式。3D打印最終會變得非常簡易普遍，人們在家里就可以輕松提取文件并打印產(chǎn)品。這樣的轉變已經(jīng)開始發(fā)生了，我們也開始將產(chǎn)品的生產(chǎn)更貼近消費端，并且變得更加敏捷。

三、3D打印技術更加靈活且更能滿足個性化需求

我們注意到，在許多行業(yè)中，追求個性化已成為一個普遍的消費趨勢。與購買批量生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，消費者更傾向于購買專為他們設計的產(chǎn)品，以滿足他們的個人品味和偏好。

3D打印技術支持小規(guī)模生產(chǎn)的特點可以實現(xiàn)追求個性化的需求。3D打印使制造商在響應性設計方面更為靈活，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，讓設計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)品設計和進行創(chuàng)新。

四、3D打印技術的未來在于材料

雖然針對3D打印生態(tài)系統(tǒng)的大量投資推動了這一行業(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)展的另一個重大障礙。現(xiàn)在市場上3D打印材料類型繁多，但能達到所有行業(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)，使得供應商和制造商無力開發(fā)新應用所需的材料。然而，3D打印技術的未來在材料——特別是工程和應用所需的特定材料。每個行業(yè)都有各自的需求，必須針對不同的問題制定相應的解決方案。集成新的工程材料將改變新一代應用，其中包括接受嚴格監(jiān)管的行業(yè)。

五、3D打印技術有助于打造更具可持續(xù)性的未來

最后，3D打印技術的兩個關鍵因素是可持續(xù)性和環(huán)保，其中一個重要的益處就是減少廢料的產(chǎn)生。正如Simon Ford和Mélanie Despeisse在其論文《3D打印和可持續(xù)性：針對優(yōu)勢和挑戰(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)造社會經(jīng)濟價值。

除了減少浪費外，3D打印還可以節(jié)約能源。金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(Metal Powder Industries Federation)開展了一項研究，將減量化生產(chǎn)方法和3D打印的制作步驟進行對比，從中可以看出使用減量法制造卡車齒輪需要17個步驟，而采用3D打印完成同樣的任務僅需要6個步驟，借助3D打印技術生產(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，從而減少了對產(chǎn)品和材料的運輸需求，因而減少了碳排放量。因此，3D打印技術將有助于打造更具可持續(xù)性的未來。

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

根據(jù)我們的調(diào)查，在未來兩到五年內(nèi)，86%的企業(yè)對3D打印的使用量將至少呈雙倍增長，其中40%左右的企業(yè)的增幅將達到五倍或以上。隨著3D打印技術的運用，企業(yè)將能夠實現(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，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，而分布式制造模式也將蓄勢待發(fā)，不難看出，3D打印技術的未來充滿光明。