3D打印在傳統生產模式的流程再造和變革思考

李響

摘 要 3D打印從20世紀80年代由美國人提出“快速成型”技術開始，發展到現在世界各地的研究者都在密切關注的一項技術，各國對與這項新興技術的研究投入也在逐年增長，3D打印技術的誕生打破了傳統生產模式的局限性，具有很強的發展潛力。隨著全球越來越多的人參與相關研究，傳統生產模式面臨著又一個機遇，3D打印技術的發展對于其所具有的意義和價值也在不管被人們所探索。

關鍵詞 3D打??；傳統生產模式；流程再造；生產變革

一、3D打印發展概述

十八世紀中葉，英國人瓦特改良蒸汽機之后，人類開始進入蒸汽時代，一系列技術革命引發了機器代替了手工勞動，工廠代替了手工工廠，人們的生產速度相比之前擁有了質的改變。19世紀末，工業革命進入第二階段，人們進入電氣時代，以技術的發展為特點，科學技術迅猛發展推進工業的發展，大量生產的技術得到了改善和應用。同時段，3D打印的源頭在于美國提出的照相雕塑和地貌成型技術，并且到20世紀80年代后期已經發展出雛形“快速成型”技術，在該時期得到了推廣和發展。

3D打印是一種通過材料逐層添加制造三維物體一門技術，可以說是將信息、材料、生物、控制等技術的一項綜合技術，當傳統生產模式為從各種原料采購，生產模具或者依托機器將原料制造成半成品再進行加工制造產品的時候，3D打印已經能夠直接根據打印材料的需求進行3D建模，然后一體成型，直接通過打印機生產出產品。經過數十年間的研究發展，目前的3D打印已經擁有了近10種材料成型的方法，相對早期3D打印的運用領域狹窄，當前這門技術的運用范圍也已擴大到包括政府、航天和國防、醫療設備、高科技、教育業、以及制造業的領域，其中3D打印也運用在一些具有創意和個性化的產品模型中。

二、3D打印目前的主要類型及特點

目前3D打印所運用的技術類型包括：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、LOM分成實體制造、DLP：數字光處理、FFF熔絲制造、EMB電子束熔化成型等等，目前能夠達到的生產原料已經包括了塑料、金屬、石膏、紙、熱塑性粉末、瓷器粉末、液態樹脂等等，就材料來說，市場上的材料已經不下200余種，且隨著不斷發展還會有更多的材料更新。

相比傳統生產制造，3D打印所具有的成本與復雜程度無關、減少了組裝的繁瑣流程、按需生產、幾乎無限的設計空間、占用空間少、精確且能夠復制、材料無限組合、污染物少、技術要求低等特點。

三、3D打印引發的生產模式的流程再造思考

1.創新設計主導價值

由于3D打印驅動的定制化、個性化、小批量的生產模式，產品換代演進速度加快，生產制造所耗費的時間成本和物質成本大大降低，設計更改也能夠迅速完成，那么創新設計將占據產品很大一部分價值。定制化生產意味著客戶對產品的要求大大提高，為客戶創造價值就需要更具競爭力和創新力的設計。

2.生產流程簡化

隨著制造業的發展，很多儀器設備和機床設備的零部件或組合元件形狀復雜且耗費大量金屬材料，模具制造難度也大大增加。激光燒結的3D打印技術對于很多需要相拼、鑲嵌的復雜零部件生產而言，節省零件模具制作和中間很多拼接流程，整體加工生產，并減少了在拼接、嵌套過程中的精度下降、壽命變短等缺陷，可以簡化生產流程，直接縮短生產周期。

3.供應鏈縮短

3D打印技術不完全成熟，雖然在家中直接打印的設想，近期還難以實現，但3D打印抹除商家與廠家之間供應鏈的腳步卻是無可阻擋的。產品設計者與生產企業之間的信息傳達更為快速便捷，生產靈活，交貨周期相應大大縮短。特別對于國際化企業來說，許多產品原本需要外包給中國或東南亞地區的企業，3D打印技術使得企業可以近距離在本國或鄰國進行快速生產。設計、供應、制造、庫存、配送等一系列環節，不論從時間還是從空間的角度，都有了巨大優化效益，企業運營需要進行再設計和整合。

四、變革思考

1.定制化、個性化生產模式

就生產模式而言，人類社會已經經歷了兩次工業革命。從第一次工業革命到第二次工業革命，由手工作坊變成工業化生產，形成社會化生產，工廠普遍采用大批量生產模式。隨著社會發展，消費群體個性化需求驅動生產變革，生產制造需要向多品種、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，以數字化模型為基礎，通過計算機控制，逐層增加材料生成產品實體，有其明顯區別于傳統生產方式的特點：快速成型，將計算機數字化藍圖轉變為實物，無規模經濟效益。

3D打印技術將復雜設計或需求迅速變現，彌補了企業難以用大規模的標準產品滿足眾多客戶越來越個性化的需求的缺陷。生產出的每個產品都是根據獨立圖紙制造，可以滿足特殊需求，方便調整。例如2015年，美國耐克公司研發出3D打印的Flyknit技術制造鞋子，試圖改變整個制造過程：用戶自己進行設計3D針織運動鞋，將針織文件直接發送到3D針織機，在家制作自己喜歡的鞋子。

2.云聯網、物聯網、智能物流結合

在傳統生產模式下，產業遵從原材料供應商→生產商→分銷商→零售商→消費者的價值鏈條。在這樣的鏈條中，每一個環節滿足其下一個環節的需求，消費者與生產商溝通不暢。隨著云聯網、物聯網技術和理念的成熟，消費者能夠將消費意愿直接傳導給生產商、品牌商，甚至原材料供應商。3D 打印的廣泛應用，結合云聯網、物聯網和智能物流等技術參與，恰能幫助上述信息的直接傳導產生直接的價值，即每個鏈條環節可能直接為消費需求負責，顛覆整個傳統生產模式價值鏈條，生產制造也將從冗長、大型、復雜的工業活動中解放。

五、結語

從3D打印的應用角度看，雖然關于3D打印進入生產制造的呼聲很高，但其進入生產領域還存在諸多障礙，3D打印的材料瓶頸、產品質量風險、成本等。3D 打印分為選擇性激光熔化成型、選擇性激光燒結成型、激光直接燒結等多種技術，而這些技術還仍需進一步發展。由價值鏈向價值網轉變，由批量制造向個性化定制轉變，是在當今市場、科技等大背景下的必然趨勢，而 3D 打印技術正是實現這種轉變的關鍵技術，擁有改變世界的力量。