3D打印对物流产业的影响及对策创新

金玉然，戢守峰，李天柱，董晓东，刘小琴

（1.东北大学工商管理学院，辽宁 沈阳 110819； 2.辽宁科技大学工商管理学院，辽宁 鞍山 114051）

一、 引言

3D打印印(Three dimensional printing，3D printing)，也称为增材制造(Additive manufacturing)，起源于美国，属于快速成形技术的一种。它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状塑料或金属等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术[1]。在拥有了3D打印的设计文件和原料的前提下，这种技术可以让我们在家中、在办公室里、在厂房车间等地点通过3D打印机即时打印输出我们需要的消费品或者零部件。打印一份冰激凌、一套时装、一款运动鞋、一个苹果手机壳、一个飞机零部件、一幢楼房、甚至一个心脏、一辆汽车等等在目前都得以实现[2-5]。《经济学人》杂志认为，3D打印技术代表制造业发展新趋势，它将与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命[3]。3D打印改变了人类以往对生产与消费的认知，定制和小批量将成为制造业的未来，分布式生产和实体经济虚拟化将成为时代发展的方向[3]。这种改变必然对现行商业模式和业务领域产生重大影响。其中，物流业就被认为是最先受到重大影响的领域。物流被认为是企业的第三利润源，它是企业降本增效、提高客户服务水平、强化核心竞争力的重要途径。

那么，3D打印到底会对传统物流业产生哪些具体影响，未来的物流产业有何对策呢？显然，以往学者在这方面的研究还十分缺乏。仅见到到Dehue(2013)，Simranpreet Singh[6]，物流技术编辑部(2013)等对这一内容进行过零散解读。鉴于此，文章将在分析3D打印的技术特征基础上，系统性地论述3D打印对物流产业的全方位影响，并提出创新性对策。

二、3D打印的发展态势与典型特征

1.3D打印的发展态势

（1）市场规模高速扩张，业务潜力巨大。随着新的技术改进、从高分子材料到活组织等一系列各种各样材料的出现、新法律法规的出台、政府基金的支持以及广阔性的新市场开发，全球3D打印市场从2013年到2020年复合年增长率将为23%，在2020年达到84.1亿美元[7]。在2014年，全球性的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)技术专利的到期更将进一步推动3D打印市场爆炸性的增长。

（2）打印材料不断丰富，应用领域逐步拓展。3D打印的突破关键在于原材料[8]。近些年，3D打印的原料种类取得了诸多突破，目前，已经涵盖热塑性塑料、金属、尼龙、亚克力、石膏、合金、陶瓷、蜡、砂石、纸、橡胶、可食用材料等100多种[9]。原料类型的不断充实促使了更多领域可以应用3D打印技术。目前，3D打印已经应用在制造业、服务业、教育业、科学研究等诸多领域，而且在汽车、服装、医疗、食品、航空航天、教学、建筑、饰品、模型、珠宝、艺术品、日用消费品等领域均生产出了实物产品[7，8]。

2.3D打印的典型特征

（1） 技术多样，逐步成熟。3D 打印本身存在多种技术，其不同之处在于采用不同材料，并以不同层构建创建部件。有些技术利用熔化或软化可塑性材料的方法来制造打印的“墨水”，例如选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)和熔融沉积式(Fused Deposition Modeling，FDM)，还有一些技术是用液体材料作为打印的“墨水”的，例如：立体平板印刷(Stereo lithography，SLA)、分层实体制造(Laminated Object Manufa-cturing，LOM)。此外，还有直接金属激光烧结(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)、数字光处理(Digital Light Processing，DLP)、熔丝制造(FusedFilament Fabrication，FFF)、融化压模式(Melted and ExtrusionModeling，MEM)、电子束熔化成型(Electron beam melting，EBM)、选择性热烧结(Selective heat sintering，SHS)、粉末层喷头3D 打印(en：Powder bed and inkjet head 3d printing，PP)等几种方式。每种技术都有各自的优缺点，但总体上正在逐步成熟[10]。

（2）制造复杂物品和多样化产品不增加成本。3D打印的增材打印生产工艺决定了无论是生产复杂物品还是多样化产品，都不会产生多余的浪费，而且是一次成型，对于3D打印而言，没有复杂与简单之分，只有时间长短、原料种类的基本问题，不会增加额外成本。

（3）产品设计空间无限，满足个性化需求。3D打印的基本流程就是3D文件设计和3D打印生产[11]。生产只是一个过程，它只是一个执行者。而在以市场为导向的今天，消费者的需求才是企业生存王道，3D打印恰恰可以实现这一切。设计师可以完全按照客户的需求来设计和修改产品，直到客户满意为止，然后打印生产即可。当然，设计师也可以发挥创造能力，设计出能激发消费者消费的创新产品，引导消费。这一切使得3D打印的产品设计空间无限，同时迎合了消费者个性化的需求。

三、3D打印对物流产业的影响

3D打印对物流产业的影响是多方面、全方位的。结合3D打印的特征，其影响将主要体现在以下各方面：

1.全球性物流量将减少，物流网络面临战略性收缩

近年来，伴随国际贸易的全球化趋势，物流企业的触角也不断延伸至世界各地。然而未来，受到3D打印的影响，生产基地将更加接近消费目的地。因此，很多之前从中国或者其他亚洲国家采购的货物将就近在北美和欧洲采购，出现了制造业回流发达国家的现象。也即全球海运和空运的货物量将大为减少，物流资产势必过剩，全球性物流企业的业务模式恐将发生变革。最大的可能是目前还在快速扩张的全球物流网络将面临战略性收缩。

2.传统物流企业同质化竞争进一步加剧

物流产业本身是一类服务型产业——无论是生产性服务业还是消费性服务业。因此，本质性的科技创新涉及较少，专利持有量也不多，理念与服务模式创新才是其生存的要领。然而，此类创新很容易被竞争对手抄袭、模仿甚至超越。随之而来的就是同质化竞争的不断上演，利润空间被挤压。中国快递物流行业利润率从2005年的20%下降到目前的不足5%，物流同质化竞争难辞其咎。3D打印背景下的物流企业如果仅仅依靠为客户储存和配送3D打印耗材，那么，物流企业间之就很难实现差异化运营，必然面临更加惨烈的竞争厮杀，导致很多没有强大核心竞争力的此类物流企业终将退出历史舞台。

3.物流业务模式简单化，利润空间进一步缩小

传统物流业是一个多渠道获利产业。第一，通过降低的物流成本，使企业实现利润的获得；第二，通过高质量的物流服务赢得消费者的满意度，从而使企业获得相关利润增值；第三，通过物流本身的运输、仓储、包装、流通加工等业务为企业赚取利润；第四，作为供应链中最重要的职能环节之一，高效和通畅的物流运作也是时代发展的必然需要，它自然也就成为了这种潜在价值的推动者和创造者。在3D打印时代，没有了复杂的J I T配送，也没有了复杂的原料或者产品品类管理，高难度的全球性物流调度也就越来越少，因此，传统物流所剩下的主营业务可能只剩下简单性的仓储和配送业务。同时，由于增值服务的减少，加之同质化竞争的恶化，物流业的利润空间将进一步缩小。

4.零部件物流业面临生死抉择

受到3D打印的影响，零部件物流行业（无论是备货型生产还是订单型生产模式）要么进行变革，要么就将被迅速摧毁。传统上，类似于汽车、电脑、电视和手机等企业需要花费大量的资金用于零部件库存储备。在某些情况下，为了使零部件能够在极短的时间内满足生产需要，大量的冗余库存往往被置于供应链之中，从而产生了大量额外成本。现在随着越来越多小型3D打印机的入市，远程异地操作将变得日趋流行，不难想象，如果未来的零部件工程师仅仅需要从在线数据库中下载设计文件，或者从电脑中调出以往原有部件的3D扫描备份文件，然后用3D打印机在一个很短的时间窗口就可以将其打印出来并且安装好，这显然将为制造企业带来巨大的时间效益和经济效益，这也将使遍布全球的零部件仓库变得毫无必要，零部件物流业务将大幅减少。因此，从事零部件业务的物流企业必须迎接挑战，进行变革，探求新的发展路径。

5.仓储职能弱化，装卸搬运等环节效率提高

未来，当商品都是按照订单进行3D打印生产(3D Printing Make to Order，3DP-MTO)的时候，按需生产的产品将使商品的库存水平得到大幅降低，各类供应链企业也将对应减少对库存的依赖。因此，链接供应链节点的物流企业的仓储职能必将弱化。与此同时，由于物流业务复杂性的降低，装卸、包装和搬运等环节的效率将显著提高。

6.供应链上游物流业务缩减，下游模式发生变革

在3D打印时代，物流企业供应商将很少获得机会参与到制造企业的上游供应链，因为制造流程将越来越多的在一个集成化的生产工厂内完成。以往多层的零部件供应商就此退出历史舞台，一些产业集群、产业园将受到重大影响，传统的供应商管理库存(V M I)模式也将发生变革；供应链下游的物流企业也将受到影响。定制生产战略将从根本上影响到制造商与批发商和零售商之间的关系。在不久的将来，购物体验也将大为不同。在某些行业，零售商将退出市场，或者成为制造商的商品展厅，它们不需要持有任何库存。所有的订单都是由制造商直接生产完成，然后把产品发送到客户的需求地。

7.第四方物流公司强劲发展

受到3D打印的影响，不断变革中的供应链将催生类似于第四方物流(4 P L)公司或者服务管理公司等的蓬勃发展。这些企业的业务将是软件开发、运输服务、伙伴关系管理、合同管理和智囊服务的有机融合[12]。这些新的物流公司将为客户提供需求规划、制造、运输、市场监控、零部件管理、回收与逆向物流服务等业务。本质上它们有别于传统第三方物流的业务专业型服务企业，并且将变为产品生命周期管理的“一站式”服务提供商。

8.3D打印原料业务将成为物流业的新宠儿

从市场需求角度来看，随着3D打印机成本的降低，公众的接受程度正在不断提高，由此必将激发家庭3D打印的消费潜力，3D打印耗材需求也将扩大。同时，在工业领域，随着未来规模化3D打印的逐步可行，对3D打印耗材的需求将明显增加；从材料领域本身来看，伴随3D打印技术的持续普及，现有的钢铁、化纤、陶瓷、石膏、水泥和石材等上游大宗原材料生产企业，其相当比例的业务将用来生产3D打印所需的各种耗材。综上所述，物流产业在未来必将涌现出一个重要的新兴业务领域—储存和配送3D打印原材料。知名调查公司I DTech Ex(2013)在其《3D打印原料2014-2025：态势、机遇和预测》中指出，在2015年前，类似塑料和金属这样的3D打印原料产值将高达2.44亿美元，2025年之前3D打印材料市场产值将超过6.15亿美元[9]，显然进一步印证了物流业发展3D原料相关业务的潜力。

9.源自传统物流的高污染情况将得到改善

物流产业在其发展过程中产生了诸如空气、噪音、水质、废弃物等多方面的环境污染。物流产业排放的二氧化碳总量占据全球排放总量的6%，物流产业对环境的污染不仅仅停留在以上几个部分，其实，对人类造成健康影响的细颗粒物的重要源头来自汽车物流——占据了PM 2.5排放总量的1/10。此外，近些年以客户为导向的、个性化生产模式的发展，更加加剧了J I T准时配送的发展，而J I T的本身就是小批量和多批次，由此也加剧了物流的环境排污机率。在3D打印时代，由于“一站式生产”的特点，专门从事3D打印原料配送的物流企业可以更好地实现规模经济运营，物流运输或配送的效率明显提高，物流配送次数减少，频率降低。因此，由物流运输所产生的空气、噪音等污染将得到改善，特别是PM 2.5、PM 10和碳排放都将得到有效减少。

10.产品库存和废弃副产品减少，逆向物流业务简单化

按需打印这种即时生产方式使得3D打印减少了企业的实物库存。企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求。同时，区别于传统“减材制造”产生的大量辅料浪费，3D打印这种“增材制造”可以精确的使用实物材料剂量，尽管不同种类原料的回收率不尽相同，但是基本上都可以得到充分回收和再利用。以金属为例[13]，传统金属加工的浪费量惊人，90%的金属原材料被丢弃在工厂车间里，现在采用金属粉末3D打印制造金属件的浪费量基本为零，“净成形”制造这种环保加工方式正在已然变为现实。

11.物流企业与消费者的直接交互增多

现代物流企业已经意识到了信息化的重要性，只不过它们关注的焦点是企业自身与制造企业、零售商和批发商的信息交互，而不是消费者（消费者主要是获得信息查询功能）。原因很简单，除了来自消费者的包裹快递和信函以及部分逆向物流之外，物流业的绝大多数业务都是将供应链上游的产品或服务传递给供应链下游客户，从中盈利。物流企业从来没有参与到“只发生在物流企业和消费者两个角色之间”的生产活动。显然3D打印的出现改变了这一切。故物流企业开展的3D打印服务就必然增加物流企业与消费者之间的涉及设计、生产与配送等全方位、立体化的直接交互。

12.其他产业发展对物流产业的依赖度降低

传统上，物流产业与其他产业的发展存在着高度关联性。物流业景气指数(China Logistics Prosperity Index，LPI)就是对这一特征的最好诠释[14]。如今，3D打印的出现将使得很多产品可以实现本土化生产，这大大降低了全球采购、全球销售中对物流快速反应能力的依赖性。另外，在一些产业中，传统的物流环节也将大幅缩减，以饰品业为例，可能只剩下消费者采购3D打印原料和消费者3D打印生产环节。此外，由于3D打印可以按订单设计和生产，从而减少了产成品仓储量，弱化的仓储职能同样使得其他产业发展对物流产业的依赖度降低。

四、3D打印背景下物流产业的对策创新

1.物流企业涉足3D打印业务，开展商业模式创新

国际性的先进物流企业已经开启了从事3D打印业务的先河。联合包裹公司(U P S)是全球著名的快递公司，其U P S商店正在测试3D打印服务，服务对象主要是新兴企业、小型商户和零售消费者。用户要做的就是带着3D设计方案进入U P S商店，在这里请求多种颜色塑料材质的3D打印服务。U P S商店采用的Stratasy suprint SEPlus打印机，可提供比家用3D打印机更复杂的细节内容，满足更多用户的需求。其客户群主要有三类：第一类是对3D打印技术好奇并且打算尝鲜的群体，第二类是医科学生和小企业，第三类是有一些大公司将它们传统的自身业务转包给了U P S的3D打印商店。很明显，U P S正在尝试涉入新型的制造业流程，如果在U P S商店打印出的产品部件或者商品可以满足小企业或者消费者的需要，那么U P S很有可能将把3D打印服务作为其未来发展的一个直接方向。

在这种商业模式下，开展3D打印业务的物流企业如果能满足制造企业的3D打印需求，它就将在供应链中具有一定的话语权，就具有了自身的新的竞争力，不会沦为同质化竞争中任人宰割的仓库管理员和搬运工；同时，物流企业通过3D打印来为消费者制造商品时，它们的动力也可以得到充分的释放。可以想象，消费者不用购买3D打印机和任何3D打印原料，只需要将3D设计文件传输到物流企业那里（当然，物流企业也可提供代理设计业务），剩下的打印制造和配送就自然都由物流企业来完成。显然，这是一个双赢的过程。

2.挖掘大数据潜力，建设智慧物流、创造数据战略资产

3D打印时代，物流企业如果期待更加强大地发展，就必须注重信息化和智能化建设。大数据(Bigdata)恰恰是此类建设的重要方向。大数据又称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理，并整理成帮助企业经营决策目的更积极的资讯。3D打印产品的市场化一般包含四个过程：订单获取、3D文件设计、3D打印生产和物流送达。在这个过程中，物流企业是设计师、消费者、制造企业、零售商，甚至是订单信息的衔接者，它可以了解到市场需求和消费者偏好等海量信息。如果物流企业可以充分管理好、分析好相关海量数据，挖掘大数据潜力，那么就有机会把自己打造成智能型物流企业，进而寻求更多的市场机会，优化物流业务，不断创造数据战略资产。

3.发展新型的供应链控制塔业务，增强业务控制能力

控制塔(Control Towers)被认为是下一个供应链管理领域的大事件，是未来4 P L的典型业务。从供应链的角度来理解，控制塔就是一个各种出入信息都是透明可见的即时平台。通过这个平台，整个供应链的物流设施设备的运营情况、库存控制情况、生产计划的制定情况等均可以一目了然。目前，一些物流企业已经开展了供应链控制塔业务。Ryder系统公司是一家在全球范围内提供物流、供应链和运输管理服务的公司，它的控制塔解决方案有效融合了物流、工程和各类专业技术，可以在需求和市场条件不断变化的情况下，为整个供应链网络提供动态的生产计划、采购、制造、流水线状态等信息。在3D打印背景下，为了避免物流企业的功能弱化，实现差异化经营，物流企业发展控制塔业务显然是增强企业核心竞争力的重要利器。

4.打造基于供应链的战略合作联盟，创建价值网络

物流企业如果要在3D打印时代取得长足发展，除了通过运营模式等途径的创新来取得竞争优势之外，打造基于供应链的战略合作联盟仍是必不可少的。21世纪，企业与企业之间的竞争，本质上就是供应链与供应链之间的竞争[15]。在3D打印时代，这一点仍然不会改变。新环境下，供应链仍会存在，尽管会发生一些变革，但是合作伙伴之间基于战略联盟的优越性不会改变。因此，3D打印时代的物流企业仍然要高度重视战略联盟的建设。

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[3] Anonymous. A third industrial revolution [J].The Economist，2012，403.

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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.

[7] Marketsandmarkets. 3D Printing Market by Technology (SLA，SLS，EBM，FDM，EBM，LOM，3DP)，Materials (Polymers，Metal)，Application (Aerospace，Automotive，Consumer，Healthcare，Government Defense) Geography(Americas，Europe，APAC ROW)(2013-2020) [R].Markets and markets，2013.

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[[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.供应链战略与运营设计 [M].北京:中国财富出版社，2013.