3D打印技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景*

□ 晏 繪，王 強(qiáng)，徐洪生

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

1 引言

3D打印(Three-Dimensional printing)，又稱三維打印技術(shù)，目前世界上當(dāng)屬美國在此項(xiàng)技術(shù)取得重大突破與成果，同時(shí)這種打印技術(shù)的思想也是起源于美國。它是一種基于數(shù)字三維模型,利用層疊制造生產(chǎn)方式打印物體的技術(shù),目前主要使用的材料是金屬、塑料粘接材料或特殊粉末等。醫(yī)療、服裝、建筑物、武器制造等多行業(yè)領(lǐng)域都已經(jīng)廣泛應(yīng)用了3D打印技術(shù)。立體光刻造型技術(shù)(SLA)、融沉積成型技術(shù)(FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)[1]是當(dāng)前世界范圍內(nèi)比較成熟的3D打印技術(shù)。

3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展已經(jīng)在國內(nèi)外的工業(yè)制造領(lǐng)域掀起了巨大的浪潮，取得了很大的成就。其打印成本的大幅降低使得很多制造公司開始基于其特性發(fā)展自身的3D打印業(yè)務(wù)，而3D打印的制造生產(chǎn)帶來公司成本降低最主要就是體現(xiàn)在物流運(yùn)輸領(lǐng)域，根據(jù)Wohlers 2018年報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，3D打印制造在航空航天、消費(fèi)類產(chǎn)品、交運(yùn)設(shè)備類、醫(yī)療牙科類相較于2017年整體增長了21%。以3D打印機(jī)為核心的生產(chǎn)制造工廠勢必距離消費(fèi)者更近，此舉將會導(dǎo)致全球制造產(chǎn)業(yè)物流運(yùn)輸量大幅度減少，物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)或?qū)⒚媾R戰(zhàn)略性緊縮,物流行業(yè)的傳統(tǒng)模式必然受到一定的影響。因此，物流企業(yè)必須將3D打印技術(shù)提升到公司的戰(zhàn)略層進(jìn)行規(guī)劃[2]。

2 3D打印技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用

3D打印的快速發(fā)展讓美國UPS公司(全球最大物流商)嗅到了商業(yè)機(jī)遇，在3D打印技術(shù)里勇敢前進(jìn)[3]。UPS公司經(jīng)過市場調(diào)研，決定在2014年9月選定6家門店開通3D打印服務(wù)進(jìn)行試運(yùn)營，當(dāng)門店周邊的客戶需要3D打印服務(wù)的時(shí)候直接前往門店提出申請就可以享受到優(yōu)質(zhì)的3D打印服務(wù)，客戶可以選擇由公司提供滿意的打印文件或者自己攜帶或郵寄文件到公司進(jìn)行預(yù)約打印。現(xiàn)如今，從2014年6家門店的試運(yùn)營已經(jīng)發(fā)展擴(kuò)大到覆蓋全美超過100個門店可以提供3D打印服務(wù)。不同的客戶不同的產(chǎn)品帶來的結(jié)果是材料和產(chǎn)品的復(fù)雜度等問題，但是根據(jù)運(yùn)營的情況來看，相對于傳統(tǒng)制造生產(chǎn)，3D打印的時(shí)間更短，不管是普通的產(chǎn)品還是復(fù)雜的產(chǎn)品，對于3D打印來說，正常都能在24小時(shí)之內(nèi)完成打印。在3D打印里的收獲給UPS公司帶來了質(zhì)的變革——UPS公司不再是一個簡單的全球運(yùn)輸企業(yè)，而是變成了一個集制造和運(yùn)輸為一體的全球工廠。2015年5月UPS公司引進(jìn)了一個提供3D打印設(shè)備的企業(yè)——CloudDDM公司，入駐肯塔基州的全球包裹處理中心，為UPS提供全面專業(yè)的3D打印制造設(shè)備。例如，在以前UPS和Hopkins Golf(高爾夫球桿全球知名制造商)的合作：是Hopkins Golf定期將大批量單獨(dú)的球桿零件寄送給UPS，當(dāng)有消費(fèi)者下訂單時(shí),就由UPS組裝好，然后進(jìn)行配送。3D技術(shù)的引進(jìn)，此項(xiàng)合作變成在消費(fèi)者在互聯(lián)網(wǎng)上提交訂單后，UPS終端收到訂單任務(wù)，把它們交給CloudDDM 3D打印機(jī)完成訂單制造，在打印完成后自動進(jìn)行組裝，然后直接發(fā)送給消費(fèi)者，這樣一來將會大大減少零部件庫存和產(chǎn)成品運(yùn)輸流程。

玩具制造生產(chǎn)市場潛力巨大，我國近年來隨著制造生產(chǎn)領(lǐng)域的快速發(fā)展，已經(jīng)成為了一個玩具制造和出口大國，全球?qū)⒔宸种牡耐婢弋a(chǎn)品是中國制造。但是隨著對玩具質(zhì)量的要求的提高，制造生產(chǎn)成本也在越來越高，利潤也降低了。如果基于3D打印技術(shù)對玩具市場進(jìn)行改革[4]，制造成本和倉儲運(yùn)輸成本都會降低。企業(yè)通過現(xiàn)代信息技術(shù)和物流技術(shù)使得企業(yè)與消費(fèi)者在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行對接。企業(yè)將以客戶為生產(chǎn)中心，根據(jù)客戶的需求生產(chǎn)定制的玩具[5]，經(jīng)過與客戶的溝通確定好玩具設(shè)計(jì)圖紙，然后交付給客戶臨近的玩具企業(yè)3D打印門店進(jìn)行生產(chǎn)制造，這不僅加快了生產(chǎn)速度，節(jié)省了物流運(yùn)輸成本，還讓客戶體驗(yàn)到了獨(dú)家定制的樂趣。

3 3D打印對物流產(chǎn)業(yè)的影響

根據(jù)相關(guān)信息顯示，3D打印技術(shù)的開發(fā)最先受到影響的產(chǎn)業(yè)就是傳統(tǒng)物流產(chǎn)業(yè)[6]，3D技術(shù)的普及與快速發(fā)展讓3D技術(shù)不再那么高端，不再那么與人距離遙遠(yuǎn)，打印成本與材料成本都會降到大眾可接受的范圍內(nèi)。在人人都可以接觸并使用3D打印技術(shù)的社會里，許多日常用品可以在家里打印和制造，不必再購買了，沒有購買需求，就沒有相應(yīng)的供給需求，即不再需要物流運(yùn)輸相應(yīng)的產(chǎn)成品。盡管不能在家制造的一些產(chǎn)品,也可以前往周邊更大規(guī)模的3D打印商店進(jìn)行打印，這種商品模式下，基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的零庫存。傳統(tǒng)物流產(chǎn)業(yè)的核心業(yè)務(wù)之一就是庫存，而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，勢必給傳統(tǒng)物流企業(yè)的倉儲成本，倉儲布局，倉儲作業(yè)帶來巨大的沖擊，但是這種沖擊也會讓困擾物流企業(yè)多年的問題隨之解決。

隨著3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品種類，越來越復(fù)雜的產(chǎn)品都可以通過3D打印來實(shí)行生產(chǎn)制造，3D打印現(xiàn)在已經(jīng)覆蓋了醫(yī)療、服裝、建筑物、武器制造等多種領(lǐng)域，對各行業(yè)都會產(chǎn)生不同程度的影響。對各行業(yè)的影響最終匯集成對物流產(chǎn)業(yè)巨大影響。3D打印的出現(xiàn)，使定制貨品的頻率越來越頻繁，以便更廣泛的進(jìn)行貨品訂購，貨物的繁多對物流的配送環(huán)節(jié)影響很大。但是按照客戶在互聯(lián)網(wǎng)上提交的實(shí)時(shí)訂單來進(jìn)行3D打印生產(chǎn)制造，對于存儲的要求就變得很低。傳統(tǒng)方式訂購商品，商品距離可能較遠(yuǎn),運(yùn)輸時(shí)間長,從而造成運(yùn)輸成本上升。但是如果選用微型工廠的3D打印制造生產(chǎn)模式，企業(yè)在客戶所在地周邊與提供3D打印服務(wù)的工廠進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)制造，運(yùn)輸?shù)某杀竞蜁r(shí)間成本將會大大減少。

運(yùn)用3D打印，當(dāng)?shù)刂圃炱髽I(yè)只需要獲得品牌商提供商品的設(shè)計(jì)圖紙和制造材料種類,確認(rèn)產(chǎn)品需要的零部件，然后就可以使用3D打印機(jī)快速制造后進(jìn)行組裝，不需要遵循傳統(tǒng)模式，與當(dāng)前物流模式相比，從距離很遠(yuǎn)的廠家訂貨,通過物流運(yùn)輸配送而言簡化了運(yùn)輸配送環(huán)節(jié),節(jié)約了時(shí)間和運(yùn)輸。同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，并且也可以有效滿足一定區(qū)域內(nèi)的供需要求[7]。

在不久的將來，可能從顧客下單到打印制造顧客收貨所需的時(shí)間非常短暫，避免常規(guī)的物流運(yùn)輸配送環(huán)節(jié)，甚至消費(fèi)者可以在現(xiàn)場下單并觀看打印過程，打印完畢后可直接攜帶回家。

4 3D打印技術(shù)在物流領(lǐng)域的發(fā)展前景

3D打印現(xiàn)在還處于發(fā)展初期，屬于朝陽產(chǎn)業(yè)[8]，需要完善的地方還有很多，存在的問題也有很多，這些都需要在未來的不斷發(fā)展中改進(jìn)完善。其未來發(fā)展趨勢如下：

①新型物流產(chǎn)業(yè)的核心將會轉(zhuǎn)變?yōu)榇蛴〔牧系膫}儲與運(yùn)輸。在材料技術(shù)的不斷突破中，未來3D打印機(jī)的購買和使用成本會下降到大眾可以接受的價(jià)位[9]?？鋸堃稽c(diǎn)來說，如果每家每戶都有3D打印機(jī)，那么3D打印機(jī)的市場就會飽和，這時(shí)機(jī)器與零部件的生產(chǎn)與消耗量都會大大降低，而3D打印機(jī)需要用到特定的打印材料，即當(dāng)使用打印機(jī)的人越多，對打印材料的需求也就越多，從而打印材料的運(yùn)輸與倉儲對3D打印技術(shù)的發(fā)展來說變得更為重要。對打印材料研究的突破也是使打印材料的運(yùn)輸與倉儲變得重要的原因之一。打印材料研究的突破，使得更多的材料可以用來打印，從而導(dǎo)致打印材料需要運(yùn)輸與倉儲的種類變多，間接影響著打印材料的運(yùn)輸與倉儲。

②當(dāng)前的產(chǎn)成品配送物流將會大范圍減少。3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)家用小型打印機(jī)，在將來可能只需要訂購所需要的打印材料以及設(shè)計(jì)文件，之后在家中自行打印出所需的零部件，最后進(jìn)行組裝，致使可能不再需要產(chǎn)成品物流，傳統(tǒng)的制造生產(chǎn)到倉儲到運(yùn)輸再配送的系列模式都將被取締，傳統(tǒng)物流企業(yè)只能在科技的進(jìn)步中積極變通或者像諾基亞一樣被世界淘汰。

③材料的損耗和逆向回收物流會更加完善。材料的浪費(fèi)在傳統(tǒng)制造工業(yè)生產(chǎn)工程中是不可避免的——傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過程要對原材料進(jìn)行研磨、裁剪、雕刻等處理，這些處理方法都會造成不同程度的原材料浪費(fèi)，這些浪費(fèi)的原材料回收相對困難。而3D打印技術(shù)的普及將會很大程度的減少這種浪費(fèi)，打印材料的可回收性使得逆向物流更加輕松、容易。

④倉儲職能弱化，裝卸搬運(yùn)等環(huán)節(jié)效率大大提高[10]。3D打印的生產(chǎn)方法是訂單生產(chǎn),即收到訂單開始生產(chǎn)，生產(chǎn)完畢后立即安排配送，即產(chǎn)即搬即運(yùn)?？蛻舻男枨笞兊门c眾不同起來，每個人都可以享受私人定制。這種按照訂單生產(chǎn)的生產(chǎn)方式加上私人定制的理念，導(dǎo)致不再需要大量庫存，使得倉儲職能逐漸弱化。這種即產(chǎn)即搬即運(yùn)的生產(chǎn)銷售方式，致使裝卸搬運(yùn)過程變得更加迅速，不再需要先按照訂單到倉庫中去找到對應(yīng)的商品才能進(jìn)行搬運(yùn)。相對于傳統(tǒng)的裝卸和搬運(yùn)過程有了極大的簡化，工作效率更是不可同日而語。

5 結(jié)束語

盡管3D打印的發(fā)展很迅猛，但是當(dāng)前3D打印仍然是只適合小批量小范圍生產(chǎn)的產(chǎn)品，想達(dá)到全民普及還需要一定的時(shí)間和技術(shù)上的突破，如今只能設(shè)想。隨著技術(shù)的不斷突破與完善，打印產(chǎn)品范圍不斷擴(kuò)大,種類不斷增加，應(yīng)用行業(yè)不斷擴(kuò)大覆蓋，3D打印技術(shù)的普遍大眾化時(shí)代終會到來。普及推廣3D打印技術(shù)，讓每個人都能從3D打印中獲益，3D打印與物流產(chǎn)業(yè)的結(jié)合也會更為緊密，為消費(fèi)者提供更物美價(jià)廉的服務(wù)。