3D打印在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的流程再造和變革思考

李響

摘 要 3D打印從20世紀(jì)80年代由美國(guó)人提出“快速成型”技術(shù)開(kāi)始，發(fā)展到現(xiàn)在世界各地的研究者都在密切關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)，各國(guó)對(duì)與這項(xiàng)新興技術(shù)的研究投入也在逐年增長(zhǎng)，3D打印技術(shù)的誕生打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的局限性，具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿ΑｋS著全球越來(lái)越多的人參與相關(guān)研究，傳統(tǒng)生產(chǎn)模式面臨著又一個(gè)機(jī)遇，3D打印技術(shù)的發(fā)展對(duì)于其所具有的意義和價(jià)值也在不管被人們所探索。

關(guān)鍵詞 3D打?。粋鹘y(tǒng)生產(chǎn)模式；流程再造；生產(chǎn)變革

一、3D打印發(fā)展概述

十八世紀(jì)中葉，英國(guó)人瓦特改良蒸汽機(jī)之后，人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入蒸汽時(shí)代，一系列技術(shù)革命引發(fā)了機(jī)器代替了手工勞動(dòng)，工廠(chǎng)代替了手工工廠(chǎng)，人們的生產(chǎn)速度相比之前擁有了質(zhì)的改變。19世紀(jì)末，工業(yè)革命進(jìn)入第二階段，人們進(jìn)入電氣時(shí)代，以技術(shù)的發(fā)展為特點(diǎn)，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展推進(jìn)工業(yè)的發(fā)展，大量生產(chǎn)的技術(shù)得到了改善和應(yīng)用。同時(shí)段，3D打印的源頭在于美國(guó)提出的照相雕塑和地貌成型技術(shù)，并且到20世紀(jì)80年代后期已經(jīng)發(fā)展出雛形“快速成型”技術(shù)，在該時(shí)期得到了推廣和發(fā)展。

3D打印是一種通過(guò)材料逐層添加制造三維物體一門(mén)技術(shù)，可以說(shuō)是將信息、材料、生物、控制等技術(shù)的一項(xiàng)綜合技術(shù)，當(dāng)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為從各種原料采購(gòu)，生產(chǎn)模具或者依托機(jī)器將原料制造成半成品再進(jìn)行加工制造產(chǎn)品的時(shí)候，3D打印已經(jīng)能夠直接根據(jù)打印材料的需求進(jìn)行3D建模，然后一體成型，直接通過(guò)打印機(jī)生產(chǎn)出產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)數(shù)十年間的研究發(fā)展，目前的3D打印已經(jīng)擁有了近10種材料成型的方法，相對(duì)早期3D打印的運(yùn)用領(lǐng)域狹窄，當(dāng)前這門(mén)技術(shù)的運(yùn)用范圍也已擴(kuò)大到包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)、以及制造業(yè)的領(lǐng)域，其中3D打印也運(yùn)用在一些具有創(chuàng)意和個(gè)性化的產(chǎn)品模型中。

二、3D打印目前的主要類(lèi)型及特點(diǎn)

目前3D打印所運(yùn)用的技術(shù)類(lèi)型包括：FDM熔融沉積快速成型、SLA光固化成、3DP三維粉末粘接、SLS選擇性激光燒結(jié)、LOM分成實(shí)體制造、DLP：數(shù)字光處理、FFF熔絲制造、EMB電子束熔化成型等等，目前能夠達(dá)到的生產(chǎn)原料已經(jīng)包括了塑料、金屬、石膏、紙、熱塑性粉末、瓷器粉末、液態(tài)樹(shù)脂等等，就材料來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)上的材料已經(jīng)不下200余種，且隨著不斷發(fā)展還會(huì)有更多的材料更新。

相比傳統(tǒng)生產(chǎn)制造，3D打印所具有的成本與復(fù)雜程度無(wú)關(guān)、減少了組裝的繁瑣流程、按需生產(chǎn)、幾乎無(wú)限的設(shè)計(jì)空間、占用空間少、精確且能夠復(fù)制、材料無(wú)限組合、污染物少、技術(shù)要求低等特點(diǎn)。

三、3D打印引發(fā)的生產(chǎn)模式的流程再造思考

1.創(chuàng)新設(shè)計(jì)主導(dǎo)價(jià)值

由于3D打印驅(qū)動(dòng)的定制化、個(gè)性化、小批量的生產(chǎn)模式，產(chǎn)品換代演進(jìn)速度加快，生產(chǎn)制造所耗費(fèi)的時(shí)間成本和物質(zhì)成本大大降低，設(shè)計(jì)更改也能夠迅速完成，那么創(chuàng)新設(shè)計(jì)將占據(jù)產(chǎn)品很大一部分價(jià)值。定制化生產(chǎn)意味著客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的要求大大提高，為客戶(hù)創(chuàng)造價(jià)值就需要更具競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新力的設(shè)計(jì)。

2.生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化

隨著制造業(yè)的發(fā)展，很多儀器設(shè)備和機(jī)床設(shè)備的零部件或組合元件形狀復(fù)雜且耗費(fèi)大量金屬材料，模具制造難度也大大增加。激光燒結(jié)的3D打印技術(shù)對(duì)于很多需要相拼、鑲嵌的復(fù)雜零部件生產(chǎn)而言，節(jié)省零件模具制作和中間很多拼接流程，整體加工生產(chǎn)，并減少了在拼接、嵌套過(guò)程中的精度下降、壽命變短等缺陷，可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，直接縮短生產(chǎn)周期。

3.供應(yīng)鏈縮短

3D打印技術(shù)不完全成熟，雖然在家中直接打印的設(shè)想，近期還難以實(shí)現(xiàn)，但3D打印抹除商家與廠(chǎng)家之間供應(yīng)鏈的腳步卻是無(wú)可阻擋的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)者與生產(chǎn)企業(yè)之間的信息傳達(dá)更為快速便捷，生產(chǎn)靈活，交貨周期相應(yīng)大大縮短。特別對(duì)于國(guó)際化企業(yè)來(lái)說(shuō)，許多產(chǎn)品原本需要外包給中國(guó)或東南亞地區(qū)的企業(yè)，3D打印技術(shù)使得企業(yè)可以近距離在本國(guó)或鄰國(guó)進(jìn)行快速生產(chǎn)。設(shè)計(jì)、供應(yīng)、制造、庫(kù)存、配送等一系列環(huán)節(jié)，不論從時(shí)間還是從空間的角度，都有了巨大優(yōu)化效益，企業(yè)運(yùn)營(yíng)需要進(jìn)行再設(shè)計(jì)和整合。

四、變革思考

1.定制化、個(gè)性化生產(chǎn)模式

就生產(chǎn)模式而言，人類(lèi)社會(huì)已經(jīng)經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命。從第一次工業(yè)革命到第二次工業(yè)革命，由手工作坊變成工業(yè)化生產(chǎn)，形成社會(huì)化生產(chǎn)，工廠(chǎng)普遍采用大批量生產(chǎn)模式。隨著社會(huì)發(fā)展，消費(fèi)群體個(gè)性化需求驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)變革，生產(chǎn)制造需要向多品種、小批量的模式回歸。3D打印利用液體或粉末狀的金屬、塑料、陶瓷等可粘合原料，以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，逐層增加材料生成產(chǎn)品實(shí)體，有其明顯區(qū)別于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的特點(diǎn)：快速成型，將計(jì)算機(jī)數(shù)字化藍(lán)圖轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物，無(wú)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。

3D打印技術(shù)將復(fù)雜設(shè)計(jì)或需求迅速變現(xiàn)，彌補(bǔ)了企業(yè)難以用大規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品滿(mǎn)足眾多客戶(hù)越來(lái)越個(gè)性化的需求的缺陷。生產(chǎn)出的每個(gè)產(chǎn)品都是根據(jù)獨(dú)立圖紙制造，可以滿(mǎn)足特殊需求，方便調(diào)整。例如2015年，美國(guó)耐克公司研發(fā)出3D打印的Flyknit技術(shù)制造鞋子，試圖改變整個(gè)制造過(guò)程：用戶(hù)自己進(jìn)行設(shè)計(jì)3D針織運(yùn)動(dòng)鞋，將針織文件直接發(fā)送到3D針織機(jī)，在家制作自己喜歡的鞋子。

2.云聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能物流結(jié)合

在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，產(chǎn)業(yè)遵從原材料供應(yīng)商→生產(chǎn)商→分銷(xiāo)商→零售商→消費(fèi)者的價(jià)值鏈條。在這樣的鏈條中，每一個(gè)環(huán)節(jié)滿(mǎn)足其下一個(gè)環(huán)節(jié)的需求，消費(fèi)者與生產(chǎn)商溝通不暢。隨著云聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和理念的成熟，消費(fèi)者能夠?qū)⑾M(fèi)意愿直接傳導(dǎo)給生產(chǎn)商、品牌商，甚至原材料供應(yīng)商。3D 打印的廣泛應(yīng)用，結(jié)合云聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和智能物流等技術(shù)參與，恰能幫助上述信息的直接傳導(dǎo)產(chǎn)生直接的價(jià)值，即每個(gè)鏈條環(huán)節(jié)可能直接為消費(fèi)需求負(fù)責(zé)，顛覆整個(gè)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式價(jià)值鏈條，生產(chǎn)制造也將從冗長(zhǎng)、大型、復(fù)雜的工業(yè)活動(dòng)中解放。

五、結(jié)語(yǔ)

從3D打印的應(yīng)用角度看，雖然關(guān)于3D打印進(jìn)入生產(chǎn)制造的呼聲很高，但其進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域還存在諸多障礙，3D打印的材料瓶頸、產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、成本等。3D 打印分為選擇性激光熔化成型、選擇性激光燒結(jié)成型、激光直接燒結(jié)等多種技術(shù)，而這些技術(shù)還仍需進(jìn)一步發(fā)展。由價(jià)值鏈向價(jià)值網(wǎng)轉(zhuǎn)變，由批量制造向個(gè)性化定制轉(zhuǎn)變，是在當(dāng)今市場(chǎng)、科技等大背景下的必然趨勢(shì)，而 3D 打印技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)，擁有改變世界的力量。