3D打印与制造业的未来(一)

梁嘉琪2013

　　制造业的革新
+ v$ w1 m" N% D6 n8 f3 V　　谁曾想过现代制造业可以没有工厂？工业革命以来，制造业就是指工厂、机床、生产线和规模经济。所以，如果说工业生产可以没有机床、装配生产线或供应链，那简直是无法想象的事情。然而，随着3D打印技术逐渐渗入个人、小型企业和公司部门，这一切正在发生。
1 W" ?( {" j6 ^+ i: l　　如今，无论是在家、还是在工作场所，你可以使用各种材料制造零件、器械、工具等。在电脑上简单地新建、修改或者下载你想要的3D模型，然后点击“打印”——就像打印文档一样，一个3D实物出现在了你的眼前。这不是科幻小说里的情节。3D打印让这一切成为现实。
# d& G: a' L. U/ A+ i& k7 e　　虽然这令人兴奋，但是它也带来了重大的问题：未来如何生产？工厂不会消失，但随着新技术、新产品和新材料的出现，制造业将发生变革。可能不再需要诸如配送之类的支柱流程。今天的消费者渴求产品和服务的定制化、交付的速度化。然而，今时今日的传统工业生产过程，定制化和速度化的成本相当高。传统工业往往是在千里之外的工厂里进行大批量的标准化生产。
* ]' k4 }% @* G& n7 f& O5 p. h$ {　　3D打印技术可以对单个产品进行多次优化，从而改变制造业的结构。目前，3D打印机多用于低成本制造定制的、改进版的产品，有时甚至是工业化生产不可能制造的物品——这正是其大有用武之地。一台打印机可以制造种类繁多的产品，有时甚至直接打印成型而无需组装。这是一个没有车间的工厂，却为创新提供了平台，使制造业能够往个性化领域蓬勃发展，成就新一代的DIY制造者。3D打印这个新家伙，用创新工艺和技术打乱了我们熟悉的制造方式。《经济学家》杂志称，3D打印机是继19世纪机械化和20世纪大规模批量生产之后的第三次工业革命1。
: S- J5 J% {$ |1 }3 |　　典型分布
5 x  u! u! K8 m4 {9 r! ]  T* J　　3D打印技术是典型的颠覆性技术，符合哈佛商学院教授克莱顿·克里斯滕森提出的分布模式2。它比传统制造技术更简单、更便宜、更小巧、更便于使用。目前的3D打印技术已经“好”到能应用于过去无法独立制造的领域（例如，小企业、医院、学校、DIY爱好者）。然而，预计在未来较长一段时间内，该技术不会在传统制造业蓬勃发展。所以，在可预见的未来还不可能出现3D打印整架商业客机。不过，传统制造商仍然需要警惕：有许多“好”技术最终打乱并主导行业的例子，比如晶体管收音机和个人电脑。
' O2 w( [) L. R+ o1 z4 c7 K# L　　3D打印技术可以对单个产品进行多次优化，从而改变制造业的结构。
9 p7 s) N3 k" l: B. z4 L　　所有颠覆性技术最初往往逊色于当时占主导地位的技术。当第一台实验性3D打印机在20年前出现时，其打印出来的成品质量完全无法与传统制造业相抗衡。然而，克里斯滕森研究发现，新技术占领的市场往往是现有技术无法满足的（通常专注于较高端的市场份额）。3D打印占领了快速原型市场 ——若使用传统制造工艺，往往是一个成本昂贵、劳动力密集的过程。3D打印使低成本、高品质成为可能，同时一次性原型可加快产品的研发。
7 }+ U; G* @' F6 P& S  @7 }　　随着技术的发展，3D打印开始应用于直接产品生产或小批量自定义产品生产。根据克里斯滕森的理论，颠覆性技术会不断发展，以低成本满足较高端市场的需要，然后夺取天下。
　　这就是今天3D打印技术的发展历程。3D打印技术正在迅速发展，在各行各业都有应用实例，包括国防、航空航天、汽车和医疗服务。尽管3D打印主要适用于小批量生产，但是其打印的产品可以远远优于传统制造业生产的产品——更轻便、更坚固、定制化、直接组装成型，且成本更低。这是因为3D打印技术可以控制材料的使用，从而制造出传统方式无法生产的结构。
　　3D打印的另一颠覆性特征是：单台机器能创建各种完全不同的产品。而传统制造方式需要改变或裁剪流水线才能完成定制生产，其过程需要昂贵的设备投资和长时间的工厂停机。不难想象，未来的工厂可以用同一个车间的3D打印机既制造茶杯，又制造汽车零部件和量身定制的医疗产品。
3 c7 ]+ [( }) x! f　　3D打印除了能灵活制造不同类型的产品，还能在需要使用的现场直接打印——这意味着供应链和业务模式的重大改变。供应链的许多环节可能遭到淘汰，包括分销、仓储和零售。
* G. S7 Z# r. x6 S　　制造业的经济也会随之改变。制造业的劳动强度下降，材料使用量减少，产生的废料降低，并且可以使用重量轻、强度强的新材料。根据使用材料的不同，3D打印技术制造的产品可以达到传统工艺重量的65％，但保持强度不减3。定制变得非常容易，这将触发新的产品策略和客户关系——通过与客户的合作来创建产品（也就是“共同创造”）。
) [- m' P- c# C4 ?/ \" o　　如果仅仅拿今天的3D打印机生产能力与现代化、高度自动化的工厂进行比较，那很容易忽略3D打印技术的影响力。今天和不久的将来，3D打印都不可能以工业规模生产完整的成品。然而，忽略3D打印的影响力就等于无视即将发生的颠覆，就像当年小型机厂商无视个人电脑的出现。
8 z; V& J8 n, N: ~5 I# r　　除了能灵活制造不同类型的产品，还能在需要使用的现场直接打印，3D打印意味着供应链和业务模式的重大改变。
　　就像个人电脑、第一台晶体管收音机和其他颠覆性技术一样，3D打印需要时间发展和挑战现在的“统治者”。如今的技术难点，诸如材料成本、质量、规模限制和吞吐能力，需要逐步克服。同时，商业和经济上的阻碍（如，整个行业的设备更换；商业策略、流程和角色的重新设计）需要逐一解决
　　首先，3D打印将着眼于新市场，而非成熟的市场。已经有很多现成的例子，如假肢护套和过时物品的更换件。随着时间的推移，3D打印对现有制造业的补充作用将会越来越明显。可能通过精简生产方式、混合式机器，或者改变供应链或设计过程，逐渐体现。
: H' k% ^( C1 h$ H/ S, N- x　　颠覆性技术的历史已经表明，3D打印不会停止脚步。竞争将推动市场向前发展，并且随着时间的推移，所有的难点和阻碍都会被攻克。历史告诉我们，一旦颠覆开始萌芽，它被接纳的速度远远超过任何人的想象。
　　3D打印技术为合作生产提供了平台，加快了材料领域的创新和革新，正如互联网加快了数字世界的合作、创新和革新。
* O/ r' i) Y7 O. K# w' t　　在《制造商：新工业革命》一书中，作者克里斯·安德森（美国《连线》杂志的主编）写道：“一句话，‘工厂’的想法要改改了。正如网络用二进制信息使创新大众化一样，从3D打印机到激光切割机，‘快速原型’技术正在用原子使创新大众化。你认为过去的二十年发生了惊人的变化？等等再下结论。4”
　　本报告将重点介绍3D打印的机会和潜力。传统市场可能尚未认识到3D打印的优势，但是随着制造业意识到其带来的颠覆性生产方式，一切将会改变。