3D打印對物流產業的影響及對策創新

金玉然，戢守峰，李天柱，董曉東，劉小琴

（1.東北大學工商管理學院，遼寧 沈陽 110819； 2.遼寧科技大學工商管理學院，遼寧 鞍山 114051）

一、 引言

3D打印印(Three dimensional printing，3D printing)，也稱為增材制造(Additive manufacturing)，起源于美國，屬于快速成形技術的一種。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀塑料或金屬等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的技術[1]。在擁有了3D打印的設計文件和原料的前提下，這種技術可以讓我們在家中、在辦公室里、在廠房車間等地點通過3D打印機即時打印輸出我們需要的消費品或者零部件。打印一份冰激凌、一套時裝、一款運動鞋、一個蘋果手機殼、一個飛機零部件、一幢樓房、甚至一個心臟、一輛汽車等等在目前都得以實現[2-5]。《經濟學人》雜志認為，3D打印技術代表制造業發展新趨勢，它將與其他數字化生產模式一起推動實現第三次工業革命[3]。3D打印改變了人類以往對生產與消費的認知，定制和小批量將成為制造業的未來，分布式生產和實體經濟虛擬化將成為時代發展的方向[3]。這種改變必然對現行商業模式和業務領域產生重大影響。其中，物流業就被認為是最先受到重大影響的領域。物流被認為是企業的第三利潤源，它是企業降本增效、提高客戶服務水平、強化核心競爭力的重要途徑。

那么，3D打印到底會對傳統物流業產生哪些具體影響，未來的物流產業有何對策呢？顯然，以往學者在這方面的研究還十分缺乏。僅見到到Dehue(2013)，Simranpreet Singh[6]，物流技術編輯部(2013)等對這一內容進行過零散解讀。鑒于此，文章將在分析3D打印的技術特征基礎上，系統性地論述3D打印對物流產業的全方位影響，并提出創新性對策。

二、3D打印的發展態勢與典型特征

1.3D打印的發展態勢

（1）市場規模高速擴張，業務潛力巨大。隨著新的技術改進、從高分子材料到活組織等一系列各種各樣材料的出現、新法律法規的出臺、政府基金的支持以及廣闊性的新市場開發，全球3D打印市場從2013年到2020年復合年增長率將為23%，在2020年達到84.1億美元[7]。在2014年，全球性的選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，SLS)技術專利的到期更將進一步推動3D打印市場爆炸性的增長。

（2）打印材料不斷豐富，應用領域逐步拓展。3D打印的突破關鍵在于原材料[8]。近些年，3D打印的原料種類取得了諸多突破，目前，已經涵蓋熱塑性塑料、金屬、尼龍、亞克力、石膏、合金、陶瓷、蠟、砂石、紙、橡膠、可食用材料等100多種[9]。原料類型的不斷充實促使了更多領域可以應用3D打印技術。目前，3D打印已經應用在制造業、服務業、教育業、科學研究等諸多領域，而且在汽車、服裝、醫療、食品、航空航天、教學、建筑、飾品、模型、珠寶、藝術品、日用消費品等領域均生產出了實物產品[7，8]。

2.3D打印的典型特征

（1） 技術多樣，逐步成熟。3D 打印本身存在多種技術，其不同之處在于采用不同材料，并以不同層構建創建部件。有些技術利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”，例如選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，SLS)和熔融沉積式(Fused Deposition Modeling，FDM)，還有一些技術是用液體材料作為打印的“墨水”的，例如：立體平板印刷(Stereo lithography，SLA)、分層實體制造(Laminated Object Manufa-cturing，LOM)。此外，還有直接金屬激光燒結(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)、數字光處理(Digital Light Processing，DLP)、熔絲制造(FusedFilament Fabrication，FFF)、融化壓模式(Melted and ExtrusionModeling，MEM)、電子束熔化成型(Electron beam melting，EBM)、選擇性熱燒結(Selective heat sintering，SHS)、粉末層噴頭3D 打印(en：Powder bed and inkjet head 3d printing，PP)等幾種方式。每種技術都有各自的優缺點，但總體上正在逐步成熟[10]。

（2）制造復雜物品和多樣化產品不增加成本。3D打印的增材打印生產工藝決定了無論是生產復雜物品還是多樣化產品，都不會產生多余的浪費，而且是一次成型，對于3D打印而言，沒有復雜與簡單之分，只有時間長短、原料種類的基本問題，不會增加額外成本。

（3）產品設計空間無限，滿足個性化需求。3D打印的基本流程就是3D文件設計和3D打印生產[11]。生產只是一個過程，它只是一個執行者。而在以市場為導向的今天，消費者的需求才是企業生存王道，3D打印恰恰可以實現這一切。設計師可以完全按照客戶的需求來設計和修改產品，直到客戶滿意為止，然后打印生產即可。當然，設計師也可以發揮創造能力，設計出能激發消費者消費的創新產品，引導消費。這一切使得3D打印的產品設計空間無限，同時迎合了消費者個性化的需求。

三、3D打印對物流產業的影響

3D打印對物流產業的影響是多方面、全方位的。結合3D打印的特征，其影響將主要體現在以下各方面：

1.全球性物流量將減少，物流網絡面臨戰略性收縮

近年來，伴隨國際貿易的全球化趨勢，物流企業的觸角也不斷延伸至世界各地。然而未來，受到3D打印的影響，生產基地將更加接近消費目的地。因此，很多之前從中國或者其他亞洲國家采購的貨物將就近在北美和歐洲采購，出現了制造業回流發達國家的現象。也即全球海運和空運的貨物量將大為減少，物流資產勢必過剩，全球性物流企業的業務模式恐將發生變革。最大的可能是目前還在快速擴張的全球物流網絡將面臨戰略性收縮。

2.傳統物流企業同質化競爭進一步加劇

物流產業本身是一類服務型產業——無論是生產性服務業還是消費性服務業。因此，本質性的科技創新涉及較少，專利持有量也不多，理念與服務模式創新才是其生存的要領。然而，此類創新很容易被競爭對手抄襲、模仿甚至超越。隨之而來的就是同質化競爭的不斷上演，利潤空間被擠壓。中國快遞物流行業利潤率從2005年的20%下降到目前的不足5%，物流同質化競爭難辭其咎。3D打印背景下的物流企業如果僅僅依靠為客戶儲存和配送3D打印耗材，那么，物流企業間之就很難實現差異化運營，必然面臨更加慘烈的競爭廝殺，導致很多沒有強大核心競爭力的此類物流企業終將退出歷史舞臺。

3.物流業務模式簡單化，利潤空間進一步縮小

傳統物流業是一個多渠道獲利產業。第一，通過降低的物流成本，使企業實現利潤的獲得；第二，通過高質量的物流服務贏得消費者的滿意度，從而使企業獲得相關利潤增值；第三，通過物流本身的運輸、倉儲、包裝、流通加工等業務為企業賺取利潤；第四，作為供應鏈中最重要的職能環節之一，高效和通暢的物流運作也是時代發展的必然需要，它自然也就成為了這種潛在價值的推動者和創造者。在3D打印時代，沒有了復雜的J I T配送，也沒有了復雜的原料或者產品品類管理，高難度的全球性物流調度也就越來越少，因此，傳統物流所剩下的主營業務可能只剩下簡單性的倉儲和配送業務。同時，由于增值服務的減少，加之同質化競爭的惡化，物流業的利潤空間將進一步縮小。

4.零部件物流業面臨生死抉擇

受到3D打印的影響，零部件物流行業（無論是備貨型生產還是訂單型生產模式）要么進行變革，要么就將被迅速摧毀。傳統上，類似于汽車、電腦、電視和手機等企業需要花費大量的資金用于零部件庫存儲備。在某些情況下，為了使零部件能夠在極短的時間內滿足生產需要，大量的冗余庫存往往被置于供應鏈之中，從而產生了大量額外成本。現在隨著越來越多小型3D打印機的入市，遠程異地操作將變得日趨流行，不難想象，如果未來的零部件工程師僅僅需要從在線數據庫中下載設計文件，或者從電腦中調出以往原有部件的3D掃描備份文件，然后用3D打印機在一個很短的時間窗口就可以將其打印出來并且安裝好，這顯然將為制造企業帶來巨大的時間效益和經濟效益，這也將使遍布全球的零部件倉庫變得毫無必要，零部件物流業務將大幅減少。因此，從事零部件業務的物流企業必須迎接挑戰，進行變革，探求新的發展路徑。

5.倉儲職能弱化，裝卸搬運等環節效率提高

未來，當商品都是按照訂單進行3D打印生產(3D Printing Make to Order，3DP-MTO)的時候，按需生產的產品將使商品的庫存水平得到大幅降低，各類供應鏈企業也將對應減少對庫存的依賴。因此，鏈接供應鏈節點的物流企業的倉儲職能必將弱化。與此同時，由于物流業務復雜性的降低，裝卸、包裝和搬運等環節的效率將顯著提高。

6.供應鏈上游物流業務縮減，下游模式發生變革

在3D打印時代，物流企業供應商將很少獲得機會參與到制造企業的上游供應鏈，因為制造流程將越來越多的在一個集成化的生產工廠內完成。以往多層的零部件供應商就此退出歷史舞臺，一些產業集群、產業園將受到重大影響，傳統的供應商管理庫存(V M I)模式也將發生變革；供應鏈下游的物流企業也將受到影響。定制生產戰略將從根本上影響到制造商與批發商和零售商之間的關系。在不久的將來，購物體驗也將大為不同。在某些行業，零售商將退出市場，或者成為制造商的商品展廳，它們不需要持有任何庫存。所有的訂單都是由制造商直接生產完成，然后把產品發送到客戶的需求地。

7.第四方物流公司強勁發展

受到3D打印的影響，不斷變革中的供應鏈將催生類似于第四方物流(4 P L)公司或者服務管理公司等的蓬勃發展。這些企業的業務將是軟件開發、運輸服務、伙伴關系管理、合同管理和智囊服務的有機融合[12]。這些新的物流公司將為客戶提供需求規劃、制造、運輸、市場監控、零部件管理、回收與逆向物流服務等業務。本質上它們有別于傳統第三方物流的業務專業型服務企業，并且將變為產品生命周期管理的“一站式”服務提供商。

8.3D打印原料業務將成為物流業的新寵兒

從市場需求角度來看，隨著3D打印機成本的降低，公眾的接受程度正在不斷提高，由此必將激發家庭3D打印的消費潛力，3D打印耗材需求也將擴大。同時，在工業領域，隨著未來規模化3D打印的逐步可行，對3D打印耗材的需求將明顯增加；從材料領域本身來看，伴隨3D打印技術的持續普及，現有的鋼鐵、化纖、陶瓷、石膏、水泥和石材等上游大宗原材料生產企業，其相當比例的業務將用來生產3D打印所需的各種耗材。綜上所述，物流產業在未來必將涌現出一個重要的新興業務領域—儲存和配送3D打印原材料。知名調查公司I DTech Ex(2013)在其《3D打印原料2014-2025：態勢、機遇和預測》中指出，在2015年前，類似塑料和金屬這樣的3D打印原料產值將高達2.44億美元，2025年之前3D打印材料市場產值將超過6.15億美元[9]，顯然進一步印證了物流業發展3D原料相關業務的潛力。

9.源自傳統物流的高污染情況將得到改善

物流產業在其發展過程中產生了諸如空氣、噪音、水質、廢棄物等多方面的環境污染。物流產業排放的二氧化碳總量占據全球排放總量的6%，物流產業對環境的污染不僅僅停留在以上幾個部分，其實，對人類造成健康影響的細顆粒物的重要源頭來自汽車物流——占據了PM 2.5排放總量的1/10。此外，近些年以客戶為導向的、個性化生產模式的發展，更加加劇了J I T準時配送的發展，而J I T的本身就是小批量和多批次，由此也加劇了物流的環境排污機率。在3D打印時代，由于“一站式生產”的特點，專門從事3D打印原料配送的物流企業可以更好地實現規模經濟運營，物流運輸或配送的效率明顯提高，物流配送次數減少，頻率降低。因此，由物流運輸所產生的空氣、噪音等污染將得到改善，特別是PM 2.5、PM 10和碳排放都將得到有效減少。

10.產品庫存和廢棄副產品減少，逆向物流業務簡單化

按需打印這種即時生產方式使得3D打印減少了企業的實物庫存。企業可以根據客戶訂單使用3D打印機制造出特別的或定制的產品滿足客戶需求。同時，區別于傳統“減材制造”產生的大量輔料浪費，3D打印這種“增材制造”可以精確的使用實物材料劑量，盡管不同種類原料的回收率不盡相同，但是基本上都可以得到充分回收和再利用。以金屬為例[13]，傳統金屬加工的浪費量驚人，90%的金屬原材料被丟棄在工廠車間里，現在采用金屬粉末3D打印制造金屬件的浪費量基本為零，“凈成形”制造這種環保加工方式正在已然變為現實。

11.物流企業與消費者的直接交互增多

現代物流企業已經意識到了信息化的重要性，只不過它們關注的焦點是企業自身與制造企業、零售商和批發商的信息交互，而不是消費者（消費者主要是獲得信息查詢功能）。原因很簡單，除了來自消費者的包裹快遞和信函以及部分逆向物流之外，物流業的絕大多數業務都是將供應鏈上游的產品或服務傳遞給供應鏈下游客戶，從中盈利。物流企業從來沒有參與到“只發生在物流企業和消費者兩個角色之間”的生產活動。顯然3D打印的出現改變了這一切。故物流企業開展的3D打印服務就必然增加物流企業與消費者之間的涉及設計、生產與配送等全方位、立體化的直接交互。

12.其他產業發展對物流產業的依賴度降低

傳統上，物流產業與其他產業的發展存在著高度關聯性。物流業景氣指數(China Logistics Prosperity Index，LPI)就是對這一特征的最好詮釋[14]。如今，3D打印的出現將使得很多產品可以實現本土化生產，這大大降低了全球采購、全球銷售中對物流快速反應能力的依賴性。另外，在一些產業中，傳統的物流環節也將大幅縮減，以飾品業為例，可能只剩下消費者采購3D打印原料和消費者3D打印生產環節。此外，由于3D打印可以按訂單設計和生產，從而減少了產成品倉儲量，弱化的倉儲職能同樣使得其他產業發展對物流產業的依賴度降低。

四、3D打印背景下物流產業的對策創新

1.物流企業涉足3D打印業務，開展商業模式創新

國際性的先進物流企業已經開啟了從事3D打印業務的先河。聯合包裹公司(U P S)是全球著名的快遞公司，其U P S商店正在測試3D打印服務，服務對象主要是新興企業、小型商戶和零售消費者。用戶要做的就是帶著3D設計方案進入U P S商店，在這里請求多種顏色塑料材質的3D打印服務。U P S商店采用的Stratasy suprint SEPlus打印機，可提供比家用3D打印機更復雜的細節內容，滿足更多用戶的需求。其客戶群主要有三類：第一類是對3D打印技術好奇并且打算嘗鮮的群體，第二類是醫科學生和小企業，第三類是有一些大公司將它們傳統的自身業務轉包給了U P S的3D打印商店。很明顯，U P S正在嘗試涉入新型的制造業流程，如果在U P S商店打印出的產品部件或者商品可以滿足小企業或者消費者的需要，那么U P S很有可能將把3D打印服務作為其未來發展的一個直接方向。

在這種商業模式下，開展3D打印業務的物流企業如果能滿足制造企業的3D打印需求，它就將在供應鏈中具有一定的話語權，就具有了自身的新的競爭力，不會淪為同質化競爭中任人宰割的倉庫管理員和搬運工；同時，物流企業通過3D打印來為消費者制造商品時，它們的動力也可以得到充分的釋放。可以想象，消費者不用購買3D打印機和任何3D打印原料，只需要將3D設計文件傳輸到物流企業那里（當然，物流企業也可提供代理設計業務），剩下的打印制造和配送就自然都由物流企業來完成。顯然，這是一個雙贏的過程。

2.挖掘大數據潛力，建設智慧物流、創造數據戰略資產

3D打印時代，物流企業如果期待更加強大地發展，就必須注重信息化和智能化建設。大數據(Bigdata)恰恰是此類建設的重要方向。大數據又稱巨量資料，指的是所涉及的資料量規模巨大到無法透過目前主流軟件工具，在合理時間內達到擷取、管理、處理，并整理成幫助企業經營決策目的更積極的資訊。3D打印產品的市場化一般包含四個過程：訂單獲取、3D文件設計、3D打印生產和物流送達。在這個過程中，物流企業是設計師、消費者、制造企業、零售商，甚至是訂單信息的銜接者，它可以了解到市場需求和消費者偏好等海量信息。如果物流企業可以充分管理好、分析好相關海量數據，挖掘大數據潛力，那么就有機會把自己打造成智能型物流企業，進而尋求更多的市場機會，優化物流業務，不斷創造數據戰略資產。

3.發展新型的供應鏈控制塔業務，增強業務控制能力

控制塔(Control Towers)被認為是下一個供應鏈管理領域的大事件，是未來4 P L的典型業務。從供應鏈的角度來理解，控制塔就是一個各種出入信息都是透明可見的即時平臺。通過這個平臺，整個供應鏈的物流設施設備的運營情況、庫存控制情況、生產計劃的制定情況等均可以一目了然。目前，一些物流企業已經開展了供應鏈控制塔業務。Ryder系統公司是一家在全球范圍內提供物流、供應鏈和運輸管理服務的公司，它的控制塔解決方案有效融合了物流、工程和各類專業技術，可以在需求和市場條件不斷變化的情況下，為整個供應鏈網絡提供動態的生產計劃、采購、制造、流水線狀態等信息。在3D打印背景下，為了避免物流企業的功能弱化，實現差異化經營，物流企業發展控制塔業務顯然是增強企業核心競爭力的重要利器。

4.打造基于供應鏈的戰略合作聯盟，創建價值網絡

物流企業如果要在3D打印時代取得長足發展，除了通過運營模式等途徑的創新來取得競爭優勢之外，打造基于供應鏈的戰略合作聯盟仍是必不可少的。21世紀，企業與企業之間的競爭，本質上就是供應鏈與供應鏈之間的競爭[15]。在3D打印時代，這一點仍然不會改變。新環境下，供應鏈仍會存在，盡管會發生一些變革，但是合作伙伴之間基于戰略聯盟的優越性不會改變。因此，3D打印時代的物流企業仍然要高度重視戰略聯盟的建設。

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[6] Simranpreet Singh Gill，Kaplas Munish. Comparative study of 3d printingtechnologies for rapid casting of aluminium alloy [J].Materials andManufacturing Processes，2009，24(12): 1405-1411.

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[12] John Manners-Bell，Lyon Ken. The Implications of 3d Printing for the Glo-bal Logistics Industry [R].Wiltshire: Transport Intelligence Ltd，2012.

[[13] Hod Lipson，Kurman Melba. 3D printing: From Imagination to Reality[M].CITIC Publishing House，2013.

[[14] The Fung Business Intelligence Centre. China Logistics Prosperity Index[R]. China Federation of Logistics Purchasing，2013.

[15] 金玉然.供應鏈戰略與運營設計 [M].北京:中國財富出版社，2013.