邢澤華 陳 蓉 單 斌華

中科技大學(xué)微納材料設(shè)計(jì)與制造研究中心，武漢，430074

1 三種視角，3D制造勢(shì)不可擋

當(dāng)下，3D打印技術(shù)已不是秘密，但由于媒體對(duì)消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)的過(guò)度炒作，導(dǎo)致很多消費(fèi)者對(duì)它的理解僅僅停留在可以給小孩子做一件很酷的禮物的層次上，而對(duì)于工業(yè)級(jí)3D打印的性能和潛力則缺乏了解。同時(shí)，很多傳統(tǒng)企業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)的潛力也認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為它只是華而不實(shí)的噱頭，并沒(méi)有深刻認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)即將對(duì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)顛覆性變革。

為了系統(tǒng)闡述3D打印技術(shù)所蘊(yùn)含的巨大能量，《大顛覆——從3D打印到3D制造》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《大顛覆》)首先以幾個(gè)典型案例作為引子，介紹各種3D打印技術(shù)的標(biāo)志性特點(diǎn)；然后，將3D打印技術(shù)與歷史上的幾次重大技術(shù)變革進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋瑲w納出3D打印技術(shù)與歷史上帶來(lái)大顛覆的技術(shù)的共性，并且對(duì)3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)論述，從數(shù)字化、信息化切入，分析了3D打印技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)正待蓬勃發(fā)展的巨大潛力；最后，以發(fā)展的眼光指出3D打印將引發(fā)的“雙刃劍”效應(yīng)，并基于商業(yè)模式的變革和世界頂級(jí)公司以及初創(chuàng)公司的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，以期為社會(huì)各相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)者提供建設(shè)性意見(jiàn)。

與其他同類(lèi)專(zhuān)著相比，該書(shū)的特色在于：作者沒(méi)有拘泥于3D打印技術(shù)的基本分類(lèi)、成形原理等常規(guī)介紹，而是從更深層次的工業(yè)變革的角度進(jìn)行闡述，力圖將人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的根本規(guī)律呈現(xiàn)在讀者眼前，使讀者能夠更加深入地把握3D打印這項(xiàng)新型制造技術(shù)。該書(shū)共分為十一章，主要從歷史、現(xiàn)實(shí)和未來(lái)三個(gè)角度出發(fā)，連接歷史與現(xiàn)實(shí)，聯(lián)系理論和實(shí)際，深入淺出地論述了3D打印技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)越性和無(wú)可避免的顛覆性。

《大顛覆》第一章到第三章為古今技術(shù)變革的對(duì)比。通過(guò)介紹人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的歷程，總結(jié)人類(lèi)文明對(duì)于產(chǎn)品需求的演變規(guī)律，論證3D打印技術(shù)成為顛覆性技術(shù)的必然性。第一章以當(dāng)今社會(huì)的具體事例分析3D打印技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)越性，包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)支架復(fù)雜化的要求、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)需求、人體器官移植的量身定制需求、客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化設(shè)計(jì)要求等，總結(jié)出大規(guī)模定制生產(chǎn)是社會(huì)發(fā)展的自然規(guī)律。第二章介紹了3D打印技術(shù)的起源和工作原理，從理論上闡述了3D打印技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)越性的原因。第三章通過(guò)對(duì)印刷術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、火車(chē)與汽車(chē)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的革命與顛覆性影響的解讀，總結(jié)出3D打印技術(shù)與歷次大顛覆變革性技術(shù)的共性，深層次地解析大顛覆的內(nèi)在規(guī)律,解讀3D打印到3D制造的必然性。

《大顛覆》第四章到第六章講述了3D制造的主要特征:①規(guī)?；ㄖ啤？焖俣ㄖ苹a(chǎn)的獨(dú)特價(jià)值使得3D打印受到眾多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的青睞，如具有高度定制化要求的專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域、具有低成本及快速性要求的設(shè)計(jì)領(lǐng)域、具有零件再生要求的個(gè)人收藏領(lǐng)域、具有零件修復(fù)要求的太空或者海上運(yùn)輸領(lǐng)域等。②無(wú)限制設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)上，3D打印技術(shù)具有復(fù)雜度優(yōu)勢(shì)。從機(jī)械領(lǐng)域中的擴(kuò)展產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、復(fù)雜零件制造、組裝部件整體制造，到化學(xué)領(lǐng)域中的病人精準(zhǔn)用藥、微晶格材料、石墨烯等超級(jí)材料的制備， 3D打印技術(shù)展示了在突破傳統(tǒng)制造業(yè)瓶頸方面的顯著優(yōu)勢(shì)。③彈性云制造。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使得大型國(guó)際公司不再需要擔(dān)心因在世界各地儲(chǔ)備大量庫(kù)存而引起的產(chǎn)品積壓?jiǎn)栴}，他們可以根據(jù)需要利用分布式3D打印機(jī)來(lái)靈活地就地生產(chǎn)，這也使得大批初創(chuàng)公司可以不用再擔(dān)心需要巨額的啟動(dòng)資金來(lái)進(jìn)入市場(chǎng)，因?yàn)樗麄兛梢圆捎孟鄬?duì)便宜的方法來(lái)推出他們的產(chǎn)品。

《大顛覆》第七章到第九章預(yù)測(cè)了未來(lái)3D制造的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。作者介紹了移動(dòng)式打印、活體生物打印、4D打印等現(xiàn)今正處在研發(fā)階段的前沿科技，也預(yù)測(cè)了未來(lái)打印技術(shù)對(duì)公司內(nèi)部文化的影響：3D制造正在創(chuàng)造新型的合作關(guān)系，它鼓勵(lì)全民創(chuàng)造、鼓勵(lì)嘗試，更有利于提高整個(gè)企業(yè)的創(chuàng)造力，從而提高整體競(jìng)爭(zhēng)力。作者也詳細(xì)論述了3D打印技術(shù)可能會(huì)帶來(lái)的一些問(wèn)題，主要包括知識(shí)產(chǎn)權(quán)、環(huán)境和生物倫理、國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全等幾個(gè)方面。

《大顛覆》第十章和第十一章講述了人們應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)3D制造的沖擊。第十章從3D制造可能會(huì)引起的兩大顛覆性變革入手，建議決策者應(yīng)該采取新型決策方式、建立學(xué)習(xí)型組織、提供個(gè)人化生產(chǎn)等方式來(lái)適應(yīng)時(shí)代潮流。第十一章以“老鼠”麥克羅伊的成功案例，說(shuō)明創(chuàng)新對(duì)新時(shí)代發(fā)展的重要意義，新的世界具有無(wú)限可能。

2 歷史結(jié)合現(xiàn)實(shí)，范例隱含規(guī)律

自從《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》《福布斯》《紐約時(shí)報(bào)》等歐美主流媒體聲稱(chēng)3D打印將引發(fā)新一輪工業(yè)革命以來(lái)，全世界各類(lèi)媒體都作了大量的跟蹤報(bào)道。從這些媒體的爭(zhēng)相報(bào)道中，3D打印技術(shù)的潛力可見(jiàn)一斑。那么，為什么歐美工業(yè)制造強(qiáng)國(guó)這么看好它？它又為什么會(huì)引發(fā)新一輪工業(yè)革命？其實(shí)3D打印30多年前就有了，但那時(shí)還只是一種快速成形工具而已，難道一種“新瓶裝舊酒”的工具就會(huì)引發(fā)一場(chǎng)全球范圍內(nèi)的工業(yè)變革？誠(chéng)然，因歷史局限性的存在，身處現(xiàn)實(shí)世界中的我們總是無(wú)法預(yù)見(jiàn)一項(xiàng)新的技術(shù)會(huì)帶來(lái)多么巨大的革命性影響，理解并預(yù)見(jiàn)這種重大轉(zhuǎn)變絕非易事。但我們卻可以從歷史的發(fā)展中總結(jié)規(guī)律，汲取經(jīng)驗(yàn)，尋找歷史變革的共性，從而更好地把握當(dāng)下，預(yù)見(jiàn)未來(lái)。

基于以上思考，《大顛覆》的作者從研究歷史變革著手，剖析了革命與顛覆在技術(shù)變遷過(guò)程中的內(nèi)在規(guī)律，從理論上論證了3D打印技術(shù)因其所具有的獨(dú)特性而即將引領(lǐng)工業(yè)革命第二次浪潮的歷史必然性。

眾所周知，15世紀(jì)活字印刷術(shù)的發(fā)明引發(fā)了信息技術(shù)的革命，把零散的個(gè)人手工生產(chǎn)變成了規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模生產(chǎn)，通過(guò)大量印刷一模一樣的書(shū)冊(cè)，大幅度降低單位成本，以低成本、高產(chǎn)量、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)沖擊高成本、低產(chǎn)量、個(gè)性化的手工生產(chǎn)市場(chǎng)，勝負(fù)毫無(wú)懸念，信息業(yè)手工生產(chǎn)模式在活字印刷術(shù)的生產(chǎn)偉力沖擊下一敗涂地。正如我們所知，活字印刷機(jī)發(fā)明后，迅速席卷歐洲印刷市場(chǎng)，傳統(tǒng)印刷工藝迅速衰落。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，活字印刷術(shù)一直支配著圖書(shū)和報(bào)紙的印刷生產(chǎn)，但它并不是最后一項(xiàng)變革性的信息技術(shù)。時(shí)至今日，依賴(lài)活字印刷術(shù)興起的報(bào)刊行業(yè)也明顯衰落，世界各地的人們開(kāi)始通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取信息、下載圖書(shū)，互聯(lián)網(wǎng)幾乎完全顛覆了稱(chēng)霸世界500余年的出版業(yè)。個(gè)性化、定制化生產(chǎn)被壓抑了幾個(gè)世紀(jì)之后，又一次走上了歷史的舞臺(tái)。

該書(shū)作者認(rèn)為，雖然互聯(lián)網(wǎng)也是一項(xiàng)變革性的技術(shù)，但它引發(fā)的絕非僅僅是一場(chǎng)革命，而是一次顛覆，與活字印刷術(shù)的革命有著本質(zhì)的區(qū)別：首先，活字印刷術(shù)的傳播渠道是單向的，出版業(yè)雖然獲得了一定程度的自由，但對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，只是提升了被動(dòng)獲取信息的機(jī)會(huì)，而無(wú)法自主創(chuàng)造信息。而互聯(lián)網(wǎng)則顛覆了信息生產(chǎn)和分享的層級(jí)模式，消滅了信息的把持者，成千上萬(wàn)的人開(kāi)通博客，發(fā)表文章，讀者同時(shí)也是作者，豐富了文化的交流。其次，活字印刷的確降低了單位成本，可是大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)需要一大筆啟動(dòng)資金，這些資金都要靠大量的市場(chǎng)需求來(lái)填充，而互聯(lián)網(wǎng)則不同，互聯(lián)網(wǎng)上的大規(guī)模信息交流幾乎是免費(fèi)的，人人都可以自助發(fā)行書(shū)籍、電影、專(zhuān)欄和音樂(lè)，極大地促進(jìn)了文化的繁榮。最后，活字印刷術(shù)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)(盡可能多地賣(mài)出同一產(chǎn)品)特點(diǎn)決定了大多數(shù)出版商和電影院會(huì)青睞迎合大眾口味的產(chǎn)品，因?yàn)樗麄兾ㄓ写罅渴鄢鐾划a(chǎn)品才能獲利，這導(dǎo)致文化產(chǎn)出千篇一律，這都是規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化與生俱來(lái)的桎梏。而互聯(lián)網(wǎng)無(wú)需遵從這樣的規(guī)則，互聯(lián)網(wǎng)的定制化、復(fù)雜化設(shè)計(jì)可以將所有人都吸納進(jìn)來(lái)。

歷史總是驚人地相似，火車(chē)與印刷術(shù)一樣，這場(chǎng)個(gè)人出行革命是由規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化引發(fā)的?；疖?chē)發(fā)明之前，人們依賴(lài)馬車(chē)出行，雖個(gè)性化，卻效率低下；火車(chē)發(fā)明之后，其更高效、更快捷、更廉價(jià)的特點(diǎn)迅速擠垮了馬車(chē)的生意，極大地?cái)U(kuò)大了人們的活動(dòng)范圍。人們歡呼雀躍地慶祝這一偉大的發(fā)明，可是火車(chē)的規(guī)?；且誀奚鼈€(gè)性化為代價(jià)的，火車(chē)總是沿著相同的軌道走相同的路線(xiàn)，人們甚至需要根據(jù)火車(chē)的路線(xiàn)和發(fā)車(chē)時(shí)間調(diào)整自己的生活習(xí)慣，很明顯，標(biāo)準(zhǔn)化的火車(chē)有其與生俱來(lái)的缺陷。終于，1919年，汽車(chē)的到來(lái)改寫(xiě)了城市地圖、改變了出行觀念，比起受制于軌道的蒸汽火車(chē)，汽車(chē)給了乘客更大的自主權(quán)，極大地方便了人們的出行。人們?cè)僖膊挥冒凑哲壍懒熊?chē)的時(shí)間計(jì)劃自己的出行。到1957年，僅僅50年的時(shí)間，汽車(chē)就搶走了鐵路客運(yùn)70%的生意。問(wèn)題不在于鐵路公司的經(jīng)營(yíng)出現(xiàn)了問(wèn)題，而是他們?cè)谶@場(chǎng)戰(zhàn)役中必?cái)o(wú)疑，只要價(jià)錢(qián)相仿，人們肯定會(huì)選擇定制化和個(gè)性化的服務(wù),彼時(shí)鐵路的衰落正如互聯(lián)網(wǎng)對(duì)出版業(yè)的顛覆，無(wú)可避免。

該書(shū)作者通過(guò)對(duì)歷史變革的對(duì)比研究，總結(jié)出了革命與顛覆的內(nèi)在規(guī)律。他認(rèn)為：革命性的技術(shù)是通過(guò)犧牲定制化的代價(jià)，以規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)壓低價(jià)格從而獲得市場(chǎng)，但同時(shí)也葬送了個(gè)性化的服務(wù);每一次以大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)為特點(diǎn)的革命都將迎來(lái)第二次浪潮，這就是以大規(guī)模定制化生產(chǎn)為特點(diǎn)的顛覆階段。革命與顛覆的變化規(guī)律如圖1所示。

圖1 市場(chǎng)滲透率曲線(xiàn)

如圖1所示，無(wú)論是信息業(yè)還是運(yùn)輸業(yè)都呈現(xiàn)波浪形的曲線(xiàn)。在第一個(gè)階段，低產(chǎn)出的手工業(yè)的市場(chǎng)滲透率一直保持穩(wěn)定，接著到了大規(guī)模生產(chǎn)，這是一次改造世界的革命性浪潮，但事情并沒(méi)有結(jié)束，第二次浪潮(大規(guī)模定制化生產(chǎn))出現(xiàn)，顛覆世界，吞噬了第一次浪潮的市場(chǎng)份額。但在第二次浪潮中出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)和汽車(chē)與第一次浪潮中的活字印刷術(shù)和火車(chē)并非完全對(duì)立，它們只是同一個(gè)創(chuàng)新周期中的第二次創(chuàng)新。

3 3D制造,五大特點(diǎn)

《大顛覆》從不同的角度，深刻闡述了3D制造相比傳統(tǒng)制造所具有的五大優(yōu)勢(shì)。

3.1 定制優(yōu)勢(shì)

自工業(yè)革命以來(lái)，我們買(mǎi)到的產(chǎn)品都是生產(chǎn)商按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸批量加工出來(lái)的，而現(xiàn)實(shí)生活中的每個(gè)人都是獨(dú)一無(wú)二的個(gè)體，有著不同的品味，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品并不能完全滿(mǎn)足我們的個(gè)性化需求；同時(shí)，人類(lèi)本能中就存在著創(chuàng)造的欲望，只要價(jià)格相同，我們將更傾向于購(gòu)買(mǎi)能夠親自參與設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。在個(gè)性化需求與供應(yīng)之間的矛盾激化下，定制化生產(chǎn)將迎來(lái)自己的春天。

戴爾公司在全球首創(chuàng)基于互聯(lián)網(wǎng)的客戶(hù)產(chǎn)品選配服務(wù)，即客戶(hù)可以在線(xiàn)選擇電腦的配置，如CPU、硬盤(pán)、內(nèi)存、顯示器等。戴爾公司利用供應(yīng)鏈管理，把來(lái)自全球的客戶(hù)的個(gè)性化配置需求有效管理起來(lái)，準(zhǔn)確地按照訂單裝配電腦，這是戴爾的過(guò)人之處?！按鳡柲Ｊ健钡某霈F(xiàn)，使得人們?cè)僖膊挥镁窒抻谫?gòu)買(mǎi)市場(chǎng)上現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化配置搭配的電腦，這也讓戴爾公司的銷(xiāo)量出現(xiàn)大幅度提高，展示了定制化的優(yōu)勢(shì)。

3D制造在個(gè)性化定制方面的優(yōu)勢(shì)是無(wú)與倫比的，它不依賴(lài)于任何標(biāo)準(zhǔn)模板來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品，不受任何傳統(tǒng)加工設(shè)備的限制，可以完全依照客戶(hù)需求定制任意獨(dú)特的設(shè)計(jì)方案。不同個(gè)體的衣服、鞋子、手機(jī)、眼鏡等，將來(lái)都可以通過(guò)3D打印技術(shù)制造出來(lái)，并且高度符合每個(gè)客戶(hù)的個(gè)體需求，使得客戶(hù)可以享受最舒適的產(chǎn)品體驗(yàn)。比如耐克公司正在研究的“飛織”(Flyknit)技術(shù)將被用來(lái)為不同腳型的人量身定制3D打印的鞋底，消費(fèi)者可以在當(dāng)?shù)氐哪涂松痰甏蛴〕鰧?zhuān)屬的鞋子。

3.2 成本優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)制造模式下，全球供應(yīng)鏈?zhǔn)且再Y本經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)的，參與其中需要巨額的啟動(dòng)成本。這導(dǎo)致了一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)的悖論：如果你不能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，你就進(jìn)入不了市場(chǎng)；而如果你剛進(jìn)入市場(chǎng)，你也不能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。對(duì)一些小企業(yè)來(lái)說(shuō)，前期巨額的基礎(chǔ)設(shè)施投入是阻止他們進(jìn)入市場(chǎng)的一個(gè)巨大障礙，這些成本將千千萬(wàn)萬(wàn)的未來(lái)企業(yè)家排除在了創(chuàng)新價(jià)值鏈之外。除此之外，機(jī)器、分銷(xiāo)、庫(kù)存和倉(cāng)儲(chǔ)物流的運(yùn)作成本同樣高昂。而3D制造可以按需生產(chǎn)，不需要在前期投入太多資金，避免了大宗貨物積壓，消除庫(kù)存成本；無(wú)論數(shù)量多少，3D制造的單位成本始終不變，極大降低了市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻，使更多的創(chuàng)業(yè)者可以有機(jī)會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)；3D制造的產(chǎn)品與老一套的邊際成本和生產(chǎn)速度無(wú)關(guān)，大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)在3D制造面前消失殆盡，其分布式生產(chǎn)的特點(diǎn)甚至有望消除長(zhǎng)距離運(yùn)輸成本和關(guān)稅成本。最終，3D制造會(huì)以總成本上的優(yōu)勢(shì)擊敗大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)在單位成本上的優(yōu)勢(shì)。

3.3 速度優(yōu)勢(shì)

在社會(huì)飛速發(fā)展的今天，對(duì)生產(chǎn)廠商來(lái)講，時(shí)間就是金錢(qián)，為了打造一件可以迅速上市并獲得成功的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)師們需要不停地改進(jìn)設(shè)計(jì)以適應(yīng)消費(fèi)者的需要。在傳統(tǒng)的制造模式下，工程師設(shè)計(jì)的產(chǎn)品一旦決定投入市場(chǎng)，就意味著要投入與之匹配的生產(chǎn)線(xiàn)、加工設(shè)備、模具、技術(shù)手冊(cè)、技術(shù)工人等?？墒谴蠖鄶?shù)實(shí)際情況卻是：產(chǎn)品的好壞要等待進(jìn)入市場(chǎng)，被消費(fèi)者使用反饋后才能發(fā)現(xiàn)是否有瑕疵，是否受歡迎，這時(shí)再改進(jìn)設(shè)計(jì)就需要調(diào)整設(shè)計(jì)方案，修改加工參數(shù)，甚至重新排布生產(chǎn)流水線(xiàn)，這種迭代不僅成本高昂，而且迭代速度較慢。

3D制造則可以繞過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程進(jìn)入市場(chǎng)，3D制造獨(dú)特的快速生產(chǎn)特點(diǎn)甚至可以同時(shí)加工幾十種不同的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行“A/B測(cè)試”，用快速迭代的方法來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品，以最快的速度、最低的成本進(jìn)行產(chǎn)品的生成和測(cè)試，找到最佳的產(chǎn)品方案并搶占市場(chǎng)。福特公司汽車(chē)的進(jìn)氣歧管就是利用3D打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的，傳統(tǒng)進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)過(guò)程非常繁瑣，設(shè)計(jì)完成需要10～18周的時(shí)間，視復(fù)雜程度成本從50 000美元到200 000美元不等，而3D打印的進(jìn)氣歧管大約只需3～5天就能做出來(lái)并裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上準(zhǔn)備運(yùn)行，成本只需2 000美元。

也就是說(shuō)，快速制造降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的“看不見(jiàn)的時(shí)間成本”，將顯著提高生產(chǎn)商的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)制造模式下，復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的加工難度大、成本高，很大程度上限制了產(chǎn)品性能和功能的提升。而對(duì)于3D打印技術(shù)而言，復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造邊際成本為零，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要在設(shè)計(jì)中加入任何奇形怪狀的結(jié)構(gòu)，而不會(huì)顯著增加費(fèi)用。2015年，第一架裝有3D打印部件的噴氣式飛機(jī)升空，該部件由通用電氣公司航空部的工程師采用一系列精確復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成，消除了發(fā)動(dòng)機(jī)外部感應(yīng)器在飛行過(guò)程中的結(jié)冰現(xiàn)象，這個(gè)部件看起來(lái)像是一朵用鈷鋼做的花，花莖被擠干，有兩條突出的花蕊，這種結(jié)構(gòu)對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)就是個(gè)噩夢(mèng)，而3D打印卻可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的制造，傳統(tǒng)加工方法是將其拆分、獨(dú)立加工然后組裝來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方法制作的部件不可避免地存在裝配誤差或者裝配縫隙的問(wèn)題。這些問(wèn)題會(huì)極大地影響產(chǎn)品的性能，而3D打印則可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的整體制造，化繁為簡(jiǎn)，省去所有拆分和組裝工序，大大降低生產(chǎn)總成本，同時(shí)提高產(chǎn)品使用可靠性等綜合性能。2018年10月，通用電氣航空集團(tuán)生產(chǎn)出了第30 000個(gè)3D打印的燃油噴嘴，通過(guò)使用3D打印技術(shù)，一個(gè)包含21個(gè)獨(dú)立零件的噴嘴被簡(jiǎn)化為一個(gè)零件，既省去了從世界各地進(jìn)貨的生產(chǎn)運(yùn)輸成本，又節(jié)省了零件的組裝成本。而且利用3D打印制作的燃油噴射系統(tǒng)的強(qiáng)度和耐用度都是原來(lái)的5倍，重量減輕了25%，燃油效率提升15%。據(jù)通用公司統(tǒng)計(jì)，每一架使用了新系統(tǒng)的飛機(jī)一年能節(jié)省100多萬(wàn)美元！

3D打印技術(shù)還可以用來(lái)制作超材料。休斯頓研究實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出了世界上最輕的金屬——“微晶格”材料，它由一些內(nèi)部連通的中空管道組成，幾乎完全通透，彈性很強(qiáng)，有很強(qiáng)的沖擊吸收力。在微晶格材料中，99.99%是空氣。研究實(shí)驗(yàn)室的工程師稱(chēng)，把一個(gè)雞蛋裝進(jìn)一個(gè)微晶格做的小盒子里投擲出去，可以穿透25層玻璃而雞蛋完好無(wú)損。

3.5 靈活優(yōu)勢(shì)

3D制造的靈活優(yōu)勢(shì)包括兩個(gè)方面的含義：一個(gè)是設(shè)計(jì)的靈活性，另一個(gè)是維護(hù)的靈活性。首先，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，傳統(tǒng)制造模式下，設(shè)計(jì)師根據(jù)自己主觀判斷去預(yù)測(cè)市場(chǎng)走向，這種方式存在很大的盲目性。隨著人們文化生活的豐富，人體的需求也呈現(xiàn)多元化，依賴(lài)設(shè)計(jì)師單方面的努力很可能無(wú)法把握消費(fèi)者的需求。而3D制造因其靈活性的優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師與消費(fèi)者的實(shí)時(shí)溝通，從而使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以緊跟消費(fèi)者的需求。其次，在產(chǎn)品維護(hù)方面，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)故障，企業(yè)需要在最短的時(shí)間內(nèi)完成機(jī)器的維護(hù)工作。這時(shí)傳統(tǒng)制造模式往往需要長(zhǎng)距離運(yùn)貨，洲際運(yùn)輸可能要花上一個(gè)星期的時(shí)間。在這段時(shí)間里，重要的機(jī)器將會(huì)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)停滯。同時(shí)，進(jìn)口貨品還要面臨交進(jìn)口稅，忍受有時(shí)長(zhǎng)達(dá)兩三個(gè)月的清關(guān)延誤，這會(huì)嚴(yán)重降低產(chǎn)品的維護(hù)效率。資金雄厚的企業(yè)可以通過(guò)建立全球供應(yīng)鏈的方法來(lái)應(yīng)對(duì)，即生產(chǎn)出大量的儲(chǔ)備產(chǎn)品儲(chǔ)存在世界各地的倉(cāng)庫(kù)中，但庫(kù)存是價(jià)值的煉獄。據(jù)統(tǒng)計(jì)，跨國(guó)公司一年的儲(chǔ)備成本占產(chǎn)品總成本的25%，而且因?yàn)樾枨蟮牟淮_定性，很可能造成大量貨物過(guò)期失效，導(dǎo)致大量資源和資金的浪費(fèi)。而通過(guò)3D打印技術(shù)，企業(yè)就能用虛擬庫(kù)存減少實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)。3D打印機(jī)可以在任何時(shí)候、任何地方進(jìn)行按需打印，需要多少就生產(chǎn)多少，極大地降低過(guò)量庫(kù)存，解決庫(kù)存過(guò)剩、資源浪費(fèi)問(wèn)題。

由此，3D打印技術(shù)將會(huì)對(duì)供應(yīng)鏈企業(yè)造成巨大的顛覆性影響，按照國(guó)際咨詢(xún)公司——普華永道咨詢(xún)公司的說(shuō)法，3D打印最終將威脅40%的傳統(tǒng)空運(yùn)和海運(yùn)業(yè)務(wù)，成千上萬(wàn)家參與全球生產(chǎn)和配送系統(tǒng)的企業(yè)最終都要面臨被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。以通用電氣公司的噴嘴為例：每個(gè)噴嘴減少的20個(gè)部件乘以目前的訂購(gòu)數(shù)量400件，這樣供應(yīng)鏈上就少了8000件貨物。即：一個(gè)小批量生產(chǎn)的部件就能造成供應(yīng)鏈上貨物量的銳減。

4 機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

2015年8月21日，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)主持國(guó)務(wù)院專(zhuān)題講座，邀請(qǐng)中國(guó)工程院院士、快速制造國(guó)家工程研究中心主任盧秉恒教授主講“先進(jìn)制造與3D打印”。聽(tīng)取專(zhuān)家報(bào)告后，李克強(qiáng)指出，以信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合為特征的智能制造模式，正在引發(fā)整個(gè)制造業(yè)的深刻變革。3D打印是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了制造從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變，改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式，具有重大價(jià)值。促進(jìn)中國(guó)制造提升水平，既要在改造傳統(tǒng)制造上“補(bǔ)課”，也要瞄準(zhǔn)世界產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展前沿，加快3D打印、高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等新技術(shù)、新裝備的運(yùn)用和制造。以個(gè)性化定制對(duì)接海量用戶(hù)，以智能制造滿(mǎn)足更廣闊市場(chǎng)需求，以綠色生產(chǎn)贏得可持續(xù)發(fā)展未來(lái)，使中國(guó)裝備價(jià)格優(yōu)勢(shì)疊加性能、質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，為國(guó)際產(chǎn)能合作拓展更大空間，在優(yōu)進(jìn)優(yōu)出中實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造水平的整體躍升。李總理認(rèn)為“增材”這一理念非常符合我國(guó)國(guó)情，因?yàn)槲覈?guó)的自然稟賦并不占優(yōu)，人均資源占有量在很多方面都低于世界平均水平，而“增材”的發(fā)展理念，很可能會(huì)對(duì)我國(guó)發(fā)展方式帶來(lái)顛覆性的重大轉(zhuǎn)變。

盧秉恒院士是中國(guó)增材制造技術(shù)的開(kāi)拓者和領(lǐng)軍者。他認(rèn)為，3D打印是一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)，它大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)制造工序，將產(chǎn)品零部件數(shù)量減少；在傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，單一件的定制十分麻煩，少有企業(yè)愿意承接小批量產(chǎn)品的制模過(guò)程，而3D打印恰好能滿(mǎn)足這項(xiàng)制造需求;對(duì)于非常復(fù)雜的零件、原來(lái)不敢制造的甚至不敢設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都可以利用3D打印技術(shù)制作出成品，為產(chǎn)品和裝備提供了非常大的創(chuàng)新設(shè)計(jì)空間。

《大顛覆》作者在書(shū)中指出，3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)新型制造技術(shù)，將帶來(lái)商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。與互聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)一樣，由3D打印引領(lǐng)的第二次浪潮是高度自由化的，這將徹底顛覆董事會(huì)在會(huì)議室里制定計(jì)劃的模式。在新的浪潮中，環(huán)境瞬息萬(wàn)變，可預(yù)見(jiàn)性不復(fù)存在，傳統(tǒng)的層級(jí)領(lǐng)導(dǎo)運(yùn)作將跟不上信息更新的速度，決策會(huì)由核心轉(zhuǎn)移到邊緣，邊緣員工作為與客戶(hù)直接打交道的人群，是組織里與外界接觸最多的人，最能貼近客戶(hù)需求，邊緣員工收集并分享信息，只在必要時(shí)才傳進(jìn)核心。組織的運(yùn)轉(zhuǎn)也不再依靠少數(shù)人的領(lǐng)導(dǎo)，而是由處于邊緣的多數(shù)員工的相互協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。一家企業(yè)有沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，將由其邊緣決定，成功的基礎(chǔ)將不再是核心領(lǐng)導(dǎo)的意見(jiàn)，而是邊緣員工的積極參與。所以，在新形勢(shì)下，成功的秘訣在于：你要比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更快、更有效地捕捉并利用信息。

3D打印技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的產(chǎn)品技術(shù)、制造技術(shù)與管理技術(shù)的進(jìn)步使企業(yè)具備快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的能力，特別是形成全球市場(chǎng)上豐富多樣的客戶(hù)群，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定制、異地設(shè)計(jì)、就地生產(chǎn)和銷(xiāo)售的協(xié)調(diào)化新型生產(chǎn)模式，使生產(chǎn)模式、商業(yè)模式等多個(gè)方面發(fā)生根本性的變化。美國(guó)前總統(tǒng)奧巴馬在2012年3月9日提出振興美國(guó)制造業(yè)……，向美國(guó)國(guó)會(huì)提出“國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”(NNMI)計(jì)劃，其目的在于奪回制造業(yè)霸主地位，要以一半的時(shí)間和費(fèi)用完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，讓制造業(yè)回流美國(guó)，實(shí)現(xiàn)在美國(guó)設(shè)計(jì)，在美國(guó)制造，使更多美國(guó)人返回工作崗位，構(gòu)建持續(xù)發(fā)展的美國(guó)經(jīng)濟(jì)。美國(guó)總統(tǒng)唐納德·特朗普也同樣非常重視3D打印技術(shù)，他曾在一次重大外交政策演說(shuō)中講到，美國(guó)需要更好地利用3D打印技術(shù)，基于美國(guó)在3D打印發(fā)展上的領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)，美國(guó)需要更加聰明地思考這些優(yōu)勢(shì)。目前，所有的美國(guó)軍事機(jī)構(gòu)都已經(jīng)在嘗試使用3D打印技術(shù)。一些美國(guó)軍艦已經(jīng)在公海測(cè)試了金屬3D打印機(jī)的即時(shí)維修。

美國(guó)奇點(diǎn)大學(xué)(Singularity University)學(xué)術(shù)與創(chuàng)新中心副主席Vivek Wadhwa 2012年1月在華盛頓郵報(bào)上發(fā)表文章 “為何該輪到中國(guó)為制造業(yè)擔(dān)憂(yōu)？”(Why it’s China’s turn to worry about manufacturing)。他認(rèn)為“新技術(shù)的出現(xiàn)很可能導(dǎo)致中國(guó)在未來(lái) 20 年中出現(xiàn)美國(guó)在過(guò)去20年所經(jīng)歷的空心化”，引領(lǐng)技術(shù)之一是以 3D 打印為代表的數(shù)字化制造。他認(rèn)為到2020年代中期，美國(guó)人能夠在分子級(jí)別上制作精確的 3D 物體，“這樣，中國(guó)還如何能與我們競(jìng)爭(zhēng)？”他的觀點(diǎn)雖然偏激，但或許也值得我們借鑒。在新形勢(shì)下，我們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)智能制造、數(shù)字化制造、云制造對(duì)我國(guó)的深刻影響，加快推動(dòng)3D制造的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)由“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變。

3D打印正在改變世界，而它也并不全然是一件好事。任何一項(xiàng)新技術(shù)都可能是一把雙刃劍，它令人振奮的原因也正是它的危險(xiǎn)之源。3D打印把技術(shù)交到人的手里，促進(jìn)了創(chuàng)新，但它也模糊了生產(chǎn)者和使用者的界限，會(huì)導(dǎo)致知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題的出現(xiàn)，它在幫助初創(chuàng)公司起步的同時(shí)，也會(huì)使恐怖分子更容易制造可以充當(dāng)武器的無(wú)人機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，這種全面的變革在哪里發(fā)生，機(jī)遇和威脅就會(huì)在哪里出現(xiàn)，正如無(wú)法預(yù)測(cè)它會(huì)取得什么樣的正面進(jìn)展一樣，我們也無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出它將帶來(lái)的負(fù)面影響。機(jī)遇已在，需要去應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)也同時(shí)存在。

5 跳出當(dāng)下，迎接未來(lái)

只要你能把握歷史發(fā)展的規(guī)律，你就能預(yù)見(jiàn)未來(lái)。人類(lèi)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展日新月異，但都是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步所引領(lǐng)。深度剖析之后你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，科技的發(fā)展總是以人類(lèi)的需求為導(dǎo)向的。在物質(zhì)文明尚未發(fā)達(dá)的時(shí)代，生產(chǎn)力的提升無(wú)疑是人類(lèi)最大的需求。而當(dāng)物質(zhì)豐富以后，人類(lèi)理所當(dāng)然地開(kāi)始追求精神上的需求。此時(shí)，最能回應(yīng)人類(lèi)更高層次精神需求的技術(shù)將獲得市場(chǎng)的更多認(rèn)可，個(gè)性化的3D打印正是這樣一項(xiàng)技術(shù)。

隨著智能制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更廣泛的應(yīng)用層面。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等趨勢(shì)。人類(lèi)的現(xiàn)代化進(jìn)程將日新月異，新技術(shù)、新事物不斷涌現(xiàn)，生活質(zhì)量直線(xiàn)上升。雖然我們現(xiàn)在還無(wú)法想象一個(gè)想要什么隨時(shí)就可以得到什么的世界，也同樣很難想象身邊的產(chǎn)品有數(shù)不盡的多功能：比如衣服可以具備制熱制冷、可變色、可檢測(cè)身體各項(xiàng)生理指標(biāo)等功能，但在未來(lái)，這些想象將有可能通過(guò)多材料整體3D打印的技術(shù)而變成現(xiàn)實(shí)，未來(lái)的產(chǎn)品將突破設(shè)計(jì)的極限、材料的極限、功能的極限。

經(jīng)濟(jì)學(xué)家魯?shù)细瘛ざ喽鞑际舱f(shuō)過(guò)：“想要它來(lái)卻遲遲不來(lái)，一旦來(lái)了又讓你猝不及防?！蔽磥?lái)有時(shí)令人害怕，但未來(lái)終要到來(lái)。未來(lái)不屬于偉大的預(yù)言家，而屬于那些勇于創(chuàng)新、樂(lè)于試驗(yàn)的人。歷史的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，工業(yè)革命的第二次浪潮必將到來(lái)，3D打印終將顛覆現(xiàn)今的制造業(yè)王國(guó)，創(chuàng)造3D制造的時(shí)代，這不是預(yù)測(cè)，而是規(guī)律。我們現(xiàn)在應(yīng)該做的便是思考如何在未來(lái)保全甚至壯大自己。

未來(lái)即將到來(lái)，讓我們一同跳出當(dāng)下，迎接未來(lái)！