別被3D打印的炒作忽悠了

雅伊梅·邦寧·羅卡+帕爾特·瓦伊什納夫+若阿納·門多薩+M·格蘭杰·摩根

增材制造——也被稱為“3D打印”——早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)發(fā)展成形，但直到近幾年，隨著管理者想方設(shè)法提高效率和降低生產(chǎn)成本，這項(xiàng)技術(shù)才受到了越來越多的關(guān)注。管理人員希望3D打印部件的出現(xiàn)能夠縮短交貨時(shí)間，并使得供應(yīng)鏈在各種條件下都更有效率。

盡管增材制造技術(shù)具備一定潛力，但我們認(rèn)為在短期內(nèi)對(duì)其寄予厚望有吹捧之嫌。增材制造有三大認(rèn)識(shí)誤區(qū)需要破除。

誤區(qū)1：增材制造讓生產(chǎn)商能夠像用傳統(tǒng)方式生產(chǎn)零件那樣，去簡單經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)復(fù)雜零件。增材制造技術(shù)使得帶有復(fù)雜幾何形狀和內(nèi)部孔洞的零件變得易于設(shè)計(jì)。不過，增材制造不僅自身存在缺陷，而且還受到某些因素的限制。首先，制造的零件不能太薄。它們不能帶有外伸段，除非有適當(dāng)支撐。要了解這些限制參數(shù)，需要具備目前尚罕見的技能。工程師所接受的工具和設(shè)計(jì)方法的訓(xùn)練，都是適用于傳統(tǒng)制造業(yè)。教會(huì)工程師們充分利用增材制造技術(shù)所提供的自由度并理解其局限性需要時(shí)間。

并不是所有的增材制造系統(tǒng)和流程都是一模一樣的。它們?cè)诮o料、熱源和機(jī)器配置方面存在本質(zhì)區(qū)別。塑料增材制造背后的材料科學(xué)就完全不同于金屬增材制造所涉及的材料科學(xué)——每一類增材制造都需要適用于特定用途的漫長學(xué)習(xí)過程。

除了培訓(xùn)上的問題之外，增材制造還面臨著安全問題和技術(shù)問題。有些安全性方面的擔(dān)憂是因?yàn)樵霾闹圃爝€是一項(xiàng)新技術(shù)。巧妙的新型結(jié)構(gòu)，如重量極輕的網(wǎng)眼，與結(jié)實(shí)厚重的組件相比，存在著不同的弱點(diǎn)。了解這些潛在的薄弱環(huán)節(jié)并學(xué)著從零件設(shè)計(jì)上進(jìn)行避免，都需要耗費(fèi)一定的時(shí)間。

最重要的是，我們還需要做大量的工作才能減少可變性，這樣增材制造機(jī)器和加工程序才能按照相同的輸入，制造出完全相同的組件來。

誤區(qū)2：增材制造鼓勵(lì)制造業(yè)轉(zhuǎn)向本地化。很多人預(yù)計(jì)增材制造將會(huì)拉近制造業(yè)同市場(chǎng)和消費(fèi)者之間的距離，但在我們看來，這樣的設(shè)想過于夸大其辭。

和其他生產(chǎn)方式一樣，增材制造過程受制于規(guī)模經(jīng)濟(jì)。我們需要熟練操作工和復(fù)雜機(jī)器，才能利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出可靠耐用的產(chǎn)品，因此，一個(gè)人負(fù)責(zé)十臺(tái)機(jī)器肯定比十個(gè)不同的地方生產(chǎn)然后每人負(fù)責(zé)一個(gè)地方要?jiǎng)澦恪r且，增材制造零件通常需要大量復(fù)雜的后期制造步驟和測(cè)試工序，這些過程又需要不同的特殊機(jī)器參與進(jìn)來。以一個(gè)簡單的鈦合金航空組件為例，上述成本足足占到了組件總制造成本的10%～15%。顯然，將后期制造工序分?jǐn)偨o同一生產(chǎn)地的許多不同機(jī)器，要比在多個(gè)生產(chǎn)地進(jìn)行加工更合適。

誤區(qū)3：增材制造使得生產(chǎn)商可以用大規(guī)模定制

來取代大規(guī)模制造。很多專家預(yù)測(cè)，增材制造將會(huì)導(dǎo)致從大規(guī)模制造到大規(guī)模定制的決定性轉(zhuǎn)變，但這種轉(zhuǎn)變很快出現(xiàn)的可能性非常小。據(jù)全球最權(quán)威的增材制造咨詢公司W(wǎng)ohlers Associates估計(jì)，從長遠(yuǎn)來看，增材制造有可能只占據(jù)了全球制造業(yè)總份額的5%。

我們看到增材制造成為彈性制造還存在某些限制因素。3D打印機(jī)和增材制造設(shè)備的配置方式會(huì)存在各種各樣的控制規(guī)定。這就意味著，每一次機(jī)器重啟去生產(chǎn)與先前所制造的不同零件時(shí)，我們都需要重新校驗(yàn)系統(tǒng)?？紤]到這種校驗(yàn)的復(fù)雜程度以及所需要增加的工作，我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候運(yùn)用不同種類的機(jī)器來專門生產(chǎn)不同的零件反倒成本更低，也更安全。

總而言之，增材制造擁有廣闊的應(yīng)用前景，但在很多領(lǐng)域，我們都看到了“馬車走在了馬前面”的現(xiàn)象。許多工藝依然處于開發(fā)階段。到目前為止，增材制造只是在小范圍的應(yīng)用環(huán)境中具有成本競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)——譬如一些涉及塑料的生產(chǎn)領(lǐng)域。我們還需要更多的實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)，才能確定投資增材制造是不是明智之舉。endprint