3D打印技术在物流领域的应用及发展前景*

□ 晏 绘，王 强，徐洪生

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

1 引言

3D打印(Three-Dimensional printing)，又称三维打印技术，目前世界上当属美国在此项技术取得重大突破与成果，同时这种打印技术的思想也是起源于美国。它是一种基于数字三维模型,利用层叠制造生产方式打印物体的技术,目前主要使用的材料是金属、塑料粘接材料或特殊粉末等。医疗、服装、建筑物、武器制造等多行业领域都已经广泛应用了3D打印技术。立体光刻造型技术(SLA)、融沉积成型技术(FDM)、选择性激光烧结(SLS)[1]是当前世界范围内比较成熟的3D打印技术。

3D打印技术的迅猛发展已经在国内外的工业制造领域掀起了巨大的浪潮，取得了很大的成就。其打印成本的大幅降低使得很多制造公司开始基于其特性发展自身的3D打印业务，而3D打印的制造生产带来公司成本降低最主要就是体现在物流运输领域，根据Wohlers 2018年报告数据显示，3D打印制造在航空航天、消费类产品、交运设备类、医疗牙科类相较于2017年整体增长了21%。以3D打印机为核心的生产制造工厂势必距离消费者更近，此举将会导致全球制造产业物流运输量大幅度减少，物流运输网络或将面临战略性紧缩,物流行业的传统模式必然受到一定的影响。因此，物流企业必须将3D打印技术提升到公司的战略层进行规划[2]。

2 3D打印技术在物流领域的应用

3D打印的快速发展让美国UPS公司(全球最大物流商)嗅到了商业机遇，在3D打印技术里勇敢前进[3]。UPS公司经过市场调研，决定在2014年9月选定6家门店开通3D打印服务进行试运营，当门店周边的客户需要3D打印服务的时候直接前往门店提出申请就可以享受到优质的3D打印服务，客户可以选择由公司提供满意的打印文件或者自己携带或邮寄文件到公司进行预约打印。现如今，从2014年6家门店的试运营已经发展扩大到覆盖全美超过100个门店可以提供3D打印服务。不同的客户不同的产品带来的结果是材料和产品的复杂度等问题，但是根据运营的情况来看，相对于传统制造生产，3D打印的时间更短，不管是普通的产品还是复杂的产品，对于3D打印来说，正常都能在24小时之内完成打印。在3D打印里的收获给UPS公司带来了质的变革——UPS公司不再是一个简单的全球运输企业，而是变成了一个集制造和运输为一体的全球工厂。2015年5月UPS公司引进了一个提供3D打印设备的企业——CloudDDM公司，入驻肯塔基州的全球包裹处理中心，为UPS提供全面专业的3D打印制造设备。例如，在以前UPS和Hopkins Golf(高尔夫球杆全球知名制造商)的合作：是Hopkins Golf定期将大批量单独的球杆零件寄送给UPS，当有消费者下订单时,就由UPS组装好，然后进行配送。3D技术的引进，此项合作变成在消费者在互联网上提交订单后，UPS终端收到订单任务，把它们交给CloudDDM 3D打印机完成订单制造，在打印完成后自动进行组装，然后直接发送给消费者，这样一来将会大大减少零部件库存和产成品运输流程。

玩具制造生产市场潜力巨大，我国近年来随着制造生产领域的快速发展，已经成为了一个玩具制造和出口大国，全球将近五分之四的玩具产品是中国制造。但是随着对玩具质量的要求的提高，制造生产成本也在越来越高，利润也降低了。如果基于3D打印技术对玩具市场进行改革[4]，制造成本和仓储运输成本都会降低。企业通过现代信息技术和物流技术使得企业与消费者在互联网上进行对接。企业将以客户为生产中心，根据客户的需求生产定制的玩具[5]，经过与客户的沟通确定好玩具设计图纸，然后交付给客户临近的玩具企业3D打印门店进行生产制造，这不仅加快了生产速度，节省了物流运输成本，还让客户体验到了独家定制的乐趣。

3 3D打印对物流产业的影响

根据相关信息显示，3D打印技术的开发最先受到影响的产业就是传统物流产业[6]，3D技术的普及与快速发展让3D技术不再那么高端，不再那么与人距离遥远，打印成本与材料成本都会降到大众可接受的范围内。在人人都可以接触并使用3D打印技术的社会里，许多日常用品可以在家里打印和制造，不必再购买了，没有购买需求，就没有相应的供给需求，即不再需要物流运输相应的产成品。尽管不能在家制造的一些产品,也可以前往周边更大规模的3D打印商店进行打印，这种商品模式下，基本实现了产品的零库存。传统物流产业的核心业务之一就是库存，而3D打印技术的出现，势必给传统物流企业的仓储成本，仓储布局，仓储作业带来巨大的冲击，但是这种冲击也会让困扰物流企业多年的问题随之解决。

随着3D打印技术的迅猛发展，越来越多的产品种类，越来越复杂的产品都可以通过3D打印来实行生产制造，3D打印现在已经覆盖了医疗、服装、建筑物、武器制造等多种领域，对各行业都会产生不同程度的影响。对各行业的影响最终汇集成对物流产业巨大影响。3D打印的出现，使定制货品的频率越来越频繁，以便更广泛的进行货品订购，货物的繁多对物流的配送环节影响很大。但是按照客户在互联网上提交的实时订单来进行3D打印生产制造，对于存储的要求就变得很低。传统方式订购商品，商品距离可能较远,运输时间长,从而造成运输成本上升。但是如果选用微型工厂的3D打印制造生产模式，企业在客户所在地周边与提供3D打印服务的工厂进行联合生产制造，运输的成本和时间成本将会大大减少。

运用3D打印，当地制造企业只需要获得品牌商提供商品的设计图纸和制造材料种类,确认产品需要的零部件，然后就可以使用3D打印机快速制造后进行组装，不需要遵循传统模式，与当前物流模式相比，从距离很远的厂家订货,通过物流运输配送而言简化了运输配送环节,节约了时间和运输。同时，降低生产成本，提高生产效率，并且也可以有效满足一定区域内的供需要求[7]。

在不久的将来，可能从顾客下单到打印制造顾客收货所需的时间非常短暂，避免常规的物流运输配送环节，甚至消费者可以在现场下单并观看打印过程，打印完毕后可直接携带回家。

4 3D打印技术在物流领域的发展前景

3D打印现在还处于发展初期，属于朝阳产业[8]，需要完善的地方还有很多，存在的问题也有很多，这些都需要在未来的不断发展中改进完善。其未来发展趋势如下：

①新型物流产业的核心将会转变为打印材料的仓储与运输。在材料技术的不断突破中，未来3D打印机的购买和使用成本会下降到大众可以接受的价位[9]。夸张一点来说，如果每家每户都有3D打印机，那么3D打印机的市场就会饱和，这时机器与零部件的生产与消耗量都会大大降低，而3D打印机需要用到特定的打印材料，即当使用打印机的人越多，对打印材料的需求也就越多，从而打印材料的运输与仓储对3D打印技术的发展来说变得更为重要。对打印材料研究的突破也是使打印材料的运输与仓储变得重要的原因之一。打印材料研究的突破，使得更多的材料可以用来打印，从而导致打印材料需要运输与仓储的种类变多，间接影响着打印材料的运输与仓储。

②当前的产成品配送物流将会大范围减少。3D打印技术的快速发展，已经出现家用小型打印机，在将来可能只需要订购所需要的打印材料以及设计文件，之后在家中自行打印出所需的零部件，最后进行组装，致使可能不再需要产成品物流，传统的制造生产到仓储到运输再配送的系列模式都将被取缔，传统物流企业只能在科技的进步中积极变通或者像诺基亚一样被世界淘汰。

③材料的损耗和逆向回收物流会更加完善。材料的浪费在传统制造工业生产工程中是不可避免的——传统的工业生产过程要对原材料进行研磨、裁剪、雕刻等处理，这些处理方法都会造成不同程度的原材料浪费，这些浪费的原材料回收相对困难。而3D打印技术的普及将会很大程度的减少这种浪费，打印材料的可回收性使得逆向物流更加轻松、容易。

④仓储职能弱化，装卸搬运等环节效率大大提高[10]。3D打印的生产方法是订单生产,即收到订单开始生产，生产完毕后立即安排配送，即产即搬即运。客户的需求变得与众不同起来，每个人都可以享受私人定制。这种按照订单生产的生产方式加上私人定制的理念，导致不再需要大量库存，使得仓储职能逐渐弱化。这种即产即搬即运的生产销售方式，致使装卸搬运过程变得更加迅速，不再需要先按照订单到仓库中去找到对应的商品才能进行搬运。相对于传统的装卸和搬运过程有了极大的简化，工作效率更是不可同日而语。

5 结束语

尽管3D打印的发展很迅猛，但是当前3D打印仍然是只适合小批量小范围生产的产品，想达到全民普及还需要一定的时间和技术上的突破，如今只能设想。随着技术的不断突破与完善，打印产品范围不断扩大,种类不断增加，应用行业不断扩大覆盖，3D打印技术的普遍大众化时代终会到来。普及推广3D打印技术，让每个人都能从3D打印中获益，3D打印与物流产业的结合也会更为紧密，为消费者提供更物美价廉的服务。