3D打印在传统生产模式的流程再造和变革思考

李响

摘 要 3D打印从20世纪80年代由美国人提出“快速成型”技术开始，发展到现在世界各地的研究者都在密切关注的一项技术，各国对与这项新兴技术的研究投入也在逐年增长，3D打印技术的诞生打破了传统生产模式的局限性，具有很强的发展潜力。随着全球越来越多的人参与相关研究，传统生产模式面临着又一个机遇，3D打印技术的发展对于其所具有的意义和价值也在不管被人们所探索。

关键词 3D打印；传统生产模式；流程再造；生产变革

一、3D打印发展概述

十八世纪中叶，英国人瓦特改良蒸汽机之后，人类开始进入蒸汽时代，一系列技术革命引发了机器代替了手工劳动，工厂代替了手工工厂，人们的生产速度相比之前拥有了质的改变。19世纪末，工业革命进入第二阶段，人们进入电气时代，以技术的发展为特点，科学技术迅猛发展推进工业的发展，大量生产的技术得到了改善和应用。同时段，3D打印的源头在于美国提出的照相雕塑和地貌成型技术，并且到20世纪80年代后期已经发展出雏形“快速成型”技术，在该时期得到了推广和发展。

3D打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体一门技术，可以说是将信息、材料、生物、控制等技术的一项综合技术，当传统生产模式为从各种原料采购，生产模具或者依托机器将原料制造成半成品再进行加工制造产品的时候，3D打印已经能够直接根据打印材料的需求进行3D建模，然后一体成型，直接通过打印机生产出产品。经过数十年间的研究发展，目前的3D打印已经拥有了近10种材料成型的方法，相对早期3D打印的运用领域狭窄，当前这门技术的运用范围也已扩大到包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业、以及制造业的领域，其中3D打印也运用在一些具有创意和个性化的产品模型中。

二、3D打印目前的主要类型及特点

目前3D打印所运用的技术类型包括：FDM熔融沉积快速成型、SLA光固化成、3DP三维粉末粘接、SLS选择性激光烧结、LOM分成实体制造、DLP：数字光处理、FFF熔丝制造、EMB电子束熔化成型等等，目前能够达到的生产原料已经包括了塑料、金属、石膏、纸、热塑性粉末、瓷器粉末、液态树脂等等，就材料来说，市场上的材料已经不下200余种，且随着不断发展还会有更多的材料更新。

相比传统生产制造，3D打印所具有的成本与复杂程度无关、减少了组装的繁琐流程、按需生产、几乎无限的设计空间、占用空間少、精确且能够复制、材料无限组合、污染物少、技术要求低等特点。

三、3D打印引发的生产模式的流程再造思考

1.创新设计主导价值

由于3D打印驱动的定制化、个性化、小批量的生产模式，产品换代演进速度加快，生产制造所耗费的时间成本和物质成本大大降低，设计更改也能够迅速完成，那么创新设计将占据产品很大一部分价值。定制化生产意味着客户对产品的要求大大提高，为客户创造价值就需要更具竞争力和创新力的设计。

2.生产流程简化

随着制造业的发展，很多仪器设备和机床设备的零部件或组合元件形状复杂且耗费大量金属材料，模具制造难度也大大增加。激光烧结的3D打印技术对于很多需要相拼、镶嵌的复杂零部件生产而言，节省零件模具制作和中间很多拼接流程，整体加工生产，并减少了在拼接、嵌套过程中的精度下降、寿命变短等缺陷，可以简化生产流程，直接缩短生产周期。

3.供应链缩短

3D打印技术不完全成熟，虽然在家中直接打印的设想，近期还难以实现，但3D打印抹除商家与厂家之间供应链的脚步却是无可阻挡的。产品设计者与生产企业之间的信息传达更为快速便捷，生产灵活，交货周期相应大大缩短。特别对于国际化企业来说，许多产品原本需要外包给中国或东南亚地区的企业，3D打印技术使得企业可以近距离在本国或邻国进行快速生产。设计、供应、制造、库存、配送等一系列环节，不论从时间还是从空间的角度，都有了巨大优化效益，企业运营需要进行再设计和整合。

四、变革思考

1.定制化、个性化生产模式

就生产模式而言，人类社会已经经历了两次工业革命。从第一次工业革命到第二次工业革命，由手工作坊变成工业化生产，形成社会化生产，工厂普遍采用大批量生产模式。随着社会发展，消费群体个性化需求驱动生产变革，生产制造需要向多品种、小批量的模式回归。3D打印利用液体或粉末状的金属、塑料、陶瓷等可粘合原料，以数字化模型为基础，通过计算机控制，逐层增加材料生成产品实体，有其明显区别于传统生产方式的特点：快速成型，将计算机数字化蓝图转变为实物，无规模经济效益。

3D打印技术将复杂设计或需求迅速变现，弥补了企业难以用大规模的标准产品满足众多客户越来越个性化的需求的缺陷。生产出的每个产品都是根据独立图纸制造，可以满足特殊需求，方便调整。例如2015年，美国耐克公司研发出3D打印的Flyknit技术制造鞋子，试图改变整个制造过程：用户自己进行设计3D针织运动鞋，将针织文件直接发送到3D针织机，在家制作自己喜欢的鞋子。

2.云联网、物联网、智能物流结合

在传统生产模式下，产业遵从原材料供应商→生产商→分销商→零售商→消费者的价值链条。在这样的链条中，每一个环节满足其下一个环节的需求，消费者与生产商沟通不畅。随着云联网、物联网技术和理念的成熟，消费者能够将消费意愿直接传导给生产商、品牌商，甚至原材料供应商。3D 打印的广泛应用，结合云联网、物联网和智能物流等技术参与，恰能帮助上述信息的直接传导产生直接的价值，即每个链条环节可能直接为消费需求负责，颠覆整个传统生产模式价值链条，生产制造也将从冗长、大型、复杂的工业活动中解放。

五、结语

从3D打印的应用角度看，虽然关于3D打印进入生产制造的呼声很高，但其进入生产领域还存在诸多障碍，3D打印的材料瓶颈、产品质量风险、成本等。3D 打印分为选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、激光直接烧结等多种技术，而这些技术还仍需进一步发展。由价值链向价值网转变，由批量制造向个性化定制转变，是在当今市场、科技等大背景下的必然趋势，而 3D 打印技术正是实现这种转变的关键技术，拥有改变世界的力量。