王娟

摘 要：文章通過對增材制造技術(shù)的發(fā)展與傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的對比，分析得出了該新技術(shù)顛覆傳統(tǒng)制造的七大方式：真正的快速原型技術(shù)、快速的設(shè)計迭代、大規(guī)模定制、小批量生產(chǎn)、虛擬庫存、零部件長尾、生產(chǎn)創(chuàng)新復(fù)興等。

關(guān)鍵詞：增材制造；3D打?。粋鹘y(tǒng)制造業(yè)

在“中國制造2025”推動下，增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術(shù)迎來高速發(fā)展期，技術(shù)瓶頸不斷突破，市場空間巨大。它是通過CAD設(shè)計數(shù)據(jù)并采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除（切削加工）技術(shù)，是一種“自下而上”的材料累加制造方法。自20世紀(jì)80年代末，增材制造技術(shù)逐步發(fā)展，期間也被稱為“材料累加制造”、“快速原型”、“分層制造”、“實(shí)體自由制造”、“3D打印技術(shù)”等。

增材制造技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設(shè)計數(shù)據(jù)在一臺設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”，解決許多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且越是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，其制造的速度優(yōu)勢越明顯。

1 真正快速的原型制造

近二十年來，3D打印被用來把新部件或產(chǎn)品設(shè)計變成實(shí)物。這個過程常常被稱為快速原型制造，但往往并不快，服務(wù)提供商經(jīng)常需要一周或更多時間才能交付一件產(chǎn)品。但近期在自動化方面的突破在某些情況下實(shí)現(xiàn)了當(dāng)日生產(chǎn)和發(fā)貨。這些變化正在劇烈打破設(shè)計循環(huán)。在原型制造階段經(jīng)過三四次設(shè)計修改原本耗時一個月，但現(xiàn)在只需要一周。產(chǎn)品更快地進(jìn)入市場，企業(yè)節(jié)省了大量的時間和金錢。

2 快速的設(shè)計迭代（實(shí)體產(chǎn)品的A/B測試）

3D打印已經(jīng)從原型制造擴(kuò)大到第一輪生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正的市場測試和快速的設(shè)計迭代。以福特（Ford）為例。在該公司的大部分歷史中，如果工程師想測試一款原型發(fā)動機(jī)，他們就必須做出全新的模具。這個過程通常需要6個月時間，花費(fèi)數(shù)十萬美元?，F(xiàn)在，福特可以用3D打印來生產(chǎn)模具，只需要4天，成本僅為4，000美元。考慮到時間和成本的大幅減少，福特最近決定不是為一款新車制造一款原型發(fā)動機(jī)，而是同時測試多款原型發(fā)動機(jī)。工程師們不再受到舊時工業(yè)過程的限制，能夠探索數(shù)十種設(shè)計變動并進(jìn)行嚴(yán)格測試，改善發(fā)動機(jī)的性能。

3D打印生產(chǎn)所取得的進(jìn)步最終將模糊原型和產(chǎn)品之間的界線。小公司將因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)而受益匪淺，不需要付出巨大的庫存費(fèi)用就可以推出創(chuàng)新產(chǎn)品。工業(yè)部件甚至消費(fèi)品的多個版本可以在市場這個最終的焦點(diǎn)群體中接受使用測試。在數(shù)字世界里進(jìn)行的A/B測試現(xiàn)在可以在現(xiàn)實(shí)世界里進(jìn)行。

3 小批量生產(chǎn)

按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程，在單個終端部件投入生產(chǎn)之前，企業(yè)必須做出工具或模具。如果模具需要5萬美元，每生產(chǎn)一個部件需要0.5美元，那么第一個部件的成本高達(dá)50，000.5美元！如果生產(chǎn)數(shù)百萬個部件，那么這個問題就會迎刃而解，但如果你只生產(chǎn)500個呢？3D打印沒有任何生產(chǎn)準(zhǔn)備成本。現(xiàn)在，對于1，000件以下的小批量生產(chǎn)，大多數(shù)公司都會把3D打印視為節(jié)省成本的替代方法?？爝M(jìn)到必然發(fā)生和不那么遙遠(yuǎn)的未來，當(dāng)3D打印生產(chǎn)的代價下降95%或更多之時，“中國制造”標(biāo)簽將成為收藏家的物品。

4 大規(guī)模定制

以前，如果你想換掉你的膝蓋，護(hù)士會拿著一個盒子直接走進(jìn)手術(shù)室，醫(yī)生會從五個可能的膝蓋設(shè)計中挑選出他認(rèn)為與你的膝蓋最相像的那一個。如今，你的膝蓋會被掃描，然后打印出一個完美的復(fù)制品，準(zhǔn)備用于隨后的手術(shù)。這就是大規(guī)模定制的一個例子。大規(guī)模定制是指大量生產(chǎn)一種產(chǎn)品，每個產(chǎn)品都是定制的。隱適美（Invisalign）已經(jīng)建立了一項(xiàng)幾百萬美元的業(yè)務(wù)，用3D打印來生產(chǎn)牙齒矯正設(shè)備，每個矯正設(shè)備都是完全定制的?，F(xiàn)在幾乎每家公司都在探索如何利用產(chǎn)品定制來更好地服務(wù)客戶和提高利潤。

5 虛擬庫存

制造企業(yè)在生產(chǎn)一款新產(chǎn)品時，通常也會生產(chǎn)大量的零部件備用，以便滿足10年或更長時間的需求。但持有庫存的代價很高。成本包括生產(chǎn)庫存的費(fèi)用、損失（零部件丟失或被偷）、廢棄、倉儲費(fèi)、保險費(fèi)、跟蹤和分配。你公司的倉儲費(fèi)是多少？每年有多少次需要那些零部件？為什么不按需打印呢？依靠3D打印生產(chǎn)，你可以在你需要的時間和地點(diǎn)生產(chǎn)你需要的東西。虛擬庫存能夠幫助每一家使用制造品的公司提高效率。隨著虛擬庫存成為主流，全球各地的庫存將很快大幅減少。

6 零部件長尾

3D打印不僅顛覆了形成多年庫存的最初幾個生產(chǎn)階段，還從根本上改變了企業(yè)對產(chǎn)品生命周期結(jié)束的看法。現(xiàn)在，一臺使用了10年、機(jī)械運(yùn)行正常但少了兩個架子或者一根密封條的冰箱很可能被當(dāng)成廢品處理。在服務(wù)了10年之后，為這款冰箱生產(chǎn)的所有零部件都已耗盡。制造商會認(rèn)為這款產(chǎn)品“已死”，不再提供維修服務(wù)。但依靠3D打印生產(chǎn)，你現(xiàn)在擁有了“零部件長尾”。只要保留數(shù)字設(shè)計文件，你就能在需要時打印任何零部件。仍然有用的老產(chǎn)品不會變成廢品，它們的生命期不會因?yàn)榇笠?guī)模生產(chǎn)的限制而被預(yù)先決定?！伴L尾”從根本上改變了設(shè)計者和工程師思考和安排產(chǎn)品存續(xù)的方式。

7 生產(chǎn)創(chuàng)新復(fù)興

3D打印的進(jìn)入門檻更低，并且使更為復(fù)雜和有用的物體成為可能，這為產(chǎn)品創(chuàng)新開啟了一個新時代。設(shè)計可能性的大量涌現(xiàn)最終將促使現(xiàn)有公司反思他們手中的幾乎所有產(chǎn)品。企業(yè)已經(jīng)在將傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式替換成3D打印生產(chǎn)，以便利用其出色的設(shè)計能力和靈活的生產(chǎn)安排。通用電氣（GE）正在使用3D金屬打印機(jī)來為噴氣式發(fā)動機(jī)生產(chǎn)完全重新設(shè)計的燃料噴射系統(tǒng)，將零部件數(shù)量從21個減少到1個，并包含了其他任何生產(chǎn)方法都不可能做出來的幾何形狀，從而極大地提高了效率。隨著企業(yè)從重新設(shè)計現(xiàn)有產(chǎn)品擴(kuò)大到創(chuàng)造如今不可想象的新產(chǎn)品，這種創(chuàng)新復(fù)興只會越來越快。

綜上所述，增材制造（3D打?。┘夹g(shù)為我國制造業(yè)發(fā)展和升級提供了歷史性機(jī)遇。增材制造可以快速、高效地實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品物理原型的制造，為產(chǎn)品研發(fā)提供快捷技術(shù)途徑。該技術(shù)降低了制造業(yè)的資金和人員技術(shù)門檻，有助于催生小微制造服務(wù)業(yè)，有效提高就業(yè)水平，有助于激活社會智慧和資金資源，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)制造業(yè)由大變強(qiáng)。