3D打印是增材制造技術(Additive Manufacturing,AM)的俗稱,是一種依據三維CAD設計數據,采用離散材料(液體、粉末、絲、片、板、塊等)逐層累加制造物體的技術。相對于傳統的材料去除方式、材料成型方式,3D打印是一種自下而上材料累加的制造工藝,自20世紀80年代開始逐步發展,也被稱為快速成型(Rapid Prototyping)、分層制造(Layered Manufacturing)等.《經濟學人》雜志在其2012年的一期專題報導中稱,3D打印技術的發展與逐漸成熟,是第三次工業革命的重要標志之一.
1、3D打印與第三次工業革命相互促進
所謂第三次工業革命,實質就是以數字制造技術、互聯網技術和再生能源技術的重大創新與融合為代表,從而導致工業、產業乃至社會發生重大變革,這一過程不僅將推動一批新興產業誕生與發展以替代已有產業,還將導致社會生產方式、制造模式甚至生產組織方式等方面的重要變革,最終使人類進入生態和諧、綠色低碳、可持續發展的社會。
第三次工業革命的一個重要特征是生產方式變革,即由大規模生產向大規模定制、個性化定制轉變.現在的生產方式是大規模標準化、用機器生產機器的方式;新的生產方式,是以互聯網為支撐的智能化大規模定制的方式,標志著個性化定制、生產社會化時代的到來.
回顧過去的兩次工業革命,不難看到許多分布各地的小作坊,這也許是生產社會化的雛形.但是這些小作坊大多作為大工廠的補充,它們的任務是輔助大工廠的集約化大生產.在第三次工業革命的到來中,分散式的社會化協作將會成為主體,不同的是新的小作坊不是進行附加值很低的商品化生產,而是高附加值的商品設計與創作。
在這一形勢下,3D打印技術的出現恰逢其時.它作為一種高效、分散式生產工具,帶我們進入個性化與社會化創造的時代,并且將會把商品生產推向多元化、個性化生產模式。
2、3D打印將使長尾市場無限延伸
長尾理論(The Long Tail)[3]是由美國《連線》雜志主編克里斯·安德森在2004年提出的,用來描述諸如亞馬遜之類網站的商業和經濟模式.它是指當商品儲存、流通的渠道足夠寬廣,商品的生產銷售成本急劇下降時,那些原來不受到重視的銷量小、但種類多的產品或服務由于總量巨大,累積起來的總收益超過主流產品的現象.即涓涓細流,匯聚成河,眾多小市場匯聚成可與主流大市場相匹敵的市場能量。
長尾理論直到2004年才被提出是有原因的.雖然這種現象過去一直就有,但是直到現在才成為一種顯著的趨勢,是因為長尾背后需要有兩股力量:一是充足的供給,其二是網絡的流行.充足的供給解決了商品的生產問題,網絡的流行解決了商品的流通問題。
3D打印恰恰暗合了長尾背后的兩股力量,那就是富裕的供給和便捷的網絡.3D打印賦予普通人以制造的能力,促進了個性化定制與生產社會化,使得人人都能生產制造,同時3D打印的產品都可通過數字形式存儲,完全打破物理貨架限制,產品存儲幾乎無限,這些必定使得3D打印產品具有富裕的供給;數字形式的產品使得人們可以更加方便地搜索到自己所需的商品,加上便捷的網絡,這樣用戶購買你的產品的渠道就僅僅需要寬帶下載的方式就夠了,完全是一種打破原子的方式。
根據長尾理論,產品越偏向于數字形式,長尾就越往右延伸.因此,基于以上分析,3D打印技術將會給大規模工業經濟帶來的一次巨大沖擊,將會使市場向長尾方向無限延伸。
3、3D打印的優勢
(1)產品復雜度、多樣化與成本無關.傳統制造方式下,產品的形狀越復雜,其制造成本就越高.同時,傳統制造設備功能較少或單一,可加工的產品形狀有限.而對一臺3D打印機來說,它可以打印各種各樣形狀的產品,無論復雜還是簡單形狀的物體,并不對其制造成本產生太大影響.它無需機械加工或預制任何模具,這樣極大地減小了復雜產品的制造難度,縮短了研制周期。
(2)零技能制造.傳統工匠需要當幾年學徒才能掌握所需要的技能.批量生產和計算機控制的制造機器降低了對技能的要求,然而傳統的制造機器仍然需要熟練的專業人員進行機器調整和校準.利用3D打印技術制造同樣復雜的產品,個人只需在電腦中進行智能化設計,然后將復雜作業流程轉化為數字化文件,發送到3D打印機即可實現制造.整個過程中,用戶根本無需掌握各種復雜的制造工藝和加工技能,這樣大幅降低了制造業的技術門檻.
(3)個性化定制的優勢.3D打印可以實現按需生產,減少了企業的實物庫存,避免了大規模生產中大量未成交商品的資源浪費,更加環保.甚至,產品可按需就近就地打印,從而減少產品的物流運輸成本.
上述優勢使得3D打印非常適合以下幾類產品的快速制造:(1)復雜結構.如傳統方法難以加工的自由曲面葉片、復雜內流道等,甚至是無法加工的如內部鏤空結構等;(2)個性化定制產品.如珠寶、人體器官、文化創意等個性化定制生產、小批量生產以及產品大規模生產前的研發與驗證性制造;(3)高附加值產品.如航空航天、生物醫療以及珠寶等高附加值產品.
需要指出的是,從國內外的研究與應用情況看,3D打印技術與傳統機加工、鑄、鍛、焊、模具工藝的技術相比,首先它在產品尺寸精度和表面質量與后者相差較大,后處理比較繁瑣,產品性能還達不到許多高端金屬結構件的要求;其次,它在加工速度以及大批量生產效率方面還比較低,不能完全滿足工業領域的需求;最后,3D打印設備和耗材成本仍然很高,如基于金屬粉末的打印成本遠高于傳統制造的成本。
因此,3D打印技術雖然是對傳統制造技術的一次革命性突破,但它卻不可能完全取代切削、鑄鍛等傳統制造技術,兩者之間應是一種相互支持與補充,共同完善與發展的良性合作關系。
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