【民间语文第274期】3D打印技术，对我们究竟意味着什么

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2013年第274期3D打印技术，对我们究竟意味着什么本期主笔：e路狂飙新兴的3D打印技术作为一项新兴技术，3D打印或多或少都带有一些梦幻色彩，这种情况在上世纪90年代的“因特网”身上也曾发生过。在流传甚广的各类版本中，3D打印技术几乎无所不能，大到飞机、房屋和汽车，小到牙齿、手帕和刀叉，甚至是人体器官，都可以打印成型。成龙在其自编、自导、自演的电影《十二生肖》当中，更是将3D打印技术着实“秀”了一番，让人们非常直观地感受到了高科技的神韵。《十二生肖》运用了这个新兴技术3D打印技术的未来前景把计算机上的蓝图变成实物在现实中，对于3D打印技术的前景，唱多者和唱空者都大有人在。唱多者眼里，3D打印最终可以负责打印一切，将彻底颠覆人类生产模式，只有你想不到的，没有不可能的。而在唱空者眼中，3D打印局限很大，更多是在玩概念，打印出来的东西更多是中看不中用，精度和品质根本就不能同传统工艺模式下制造出来的东西相比，成不了多大气候。无论唱多者还是唱空者，基本都是言之凿凿，证据充分。如果我们回顾历史的话，类似情形在每一次新事物出现的时候都曾经发生过，火车、汽车、手机、互联网、电子商务，无一没遭受过“有事实”、“有根据”、“有权威”的严重质疑。在此我并没有丝毫贬低唱空者的意思，对唱多者的看法也不完全赞同。任何新事物都有其固有缺陷、成长过程和发展规律，3D打印随着技术的持续突破，肯定会具有广阔的发展空间，但也绝不可能变成传说中的“神器”。我们更多需要站在一个“实用主义者”的角度看待这一问题，对3D打印技术持迭代式乐观态度，不悲观、不虚妄，脚踏实地，紧跟技术发展节奏，享受其进步过程中所带来的每一项红利。这实际上更应该成为实业界，对包括3D打印在内的所有“新技术”持有的态度，务实、客观、动态，才真正有利于把握机会。3D打印技术的发展与应用美国空军被3D打印技术吸引3D打印，实际上是对一系列“增材制造”技术的总称。所谓“增材制造”，是指不经过车、铣、钻等传统“减材”切削加工，而是通过堆叠材料来直接形成最终产品的一种制造理念。整体上来看，3D打印技术具有以下几个方面的基本特征。第一、对打印耗材的要求比较苛刻。到目前为止，可供打印的材料品种主要有石膏、尼龙、ABS塑料、PC、树脂、金属、陶瓷等，原材料的形态限定在粉末状、丝状和液体状等仅有的几个大类上，绝非普通意义上的材料，整个打印过程宛如春蚕吐丝般一层一层包裹起来，最终形成自己想要的品质和形体。第二、打印设备的专属性很强，耗材也必须与设备匹配。而且不同的材质需要不同的3D打印机，暂时没有一种打印机能通吃所有材料。目前不同厂家的打印机捆绑不同厂家的材料，材料和设备方面都缺乏通行的行业标准。尽管随着整个产业发展，行业标准的突破只是时间问题，但通吃一切材料的“万能机”肯定还是神话，即便是真的能造出来，恐怕价格也会是一个天文数字。第三、打印前后还存在其他工序。打印之前需要复杂的3D及工程学建模，一些产品打印之后还需要打磨、烧结、组装和切割等后续工序，而这些环节都需要一定的专业技能才能够完成，最起码还是需要必要基础知识的。这就如同现在的IT软件，程序本身可以随着技术的进步不断简单化、人性化、傻瓜化，但这也不过是在降低操作难度而已，并不能完全取代专业性。第四、存在着精度和效率悖论。3D打印其实就是一层层来制作物品，如果想把物品制作的更精细，则需要每层厚度减小，如果想提高打印速度，则需要增加层厚，然而这势必会影响到产品的精度以及质量。伴随着科技的不断进步，上述四个问题，都存在着巨大改进和完善空间，但在相当长的发展阶段，3D打印技术的应用范围都将是较为有限的。摆在首位的一个问题，就是打印成本太高，一些功能简单且通用性很强的物品，譬如打火机、碗筷刀叉、购物袋以及鞋袜，按照传统大工业生产模式制造，分摊下来的成本会非常低，在售价上也会更有竞争优势，如果你使用3D打印机的话，光成本就够你到超市买大批同样的东西了。倘若打印复杂物品，不但对打印设备本身要求很高，同时对耗材种类的要求也较为苛刻，少的10种以内，多的需要几十种甚至上百种。尽管3D打印技术本身大大降低了“造物”门槛，但也不是把壁垒完全消解掉了，从技术建模到耗材配备，势必依旧会将大批寻常百姓拒之门外。家庭应用级的3D打印设备肯定会出现，但更多是一种体验式玩具，功能简单，适用范围十分狭窄。综合以上因素，3D打印技术只适合生产小批量、复杂、贵重、个性化或常规方式难以制造的产品，而且用户群体更加适合中小企业或者是研发机构，家庭普及基本是一种梦想。个性化是3D打印技术独特的优势《阿凡达》中运用了3D技术作为一项颠覆性技术，3D打印也有自己非常独特的优势。其中最为明显的还是个性化强。在大工业制造模式下，产品从设计、开模、备料、生产到组装，是一个比较复杂和繁琐的过程。尽管随着“差异化”和“体验式”营销理念兴起，在“个性化”方向上还是取得了长足进步，但其空间毕竟相当有限。大生产模式下所谓的“个性化”，在本质上还是“差异化”，只是生产批量相对要小一些罢了。只有在3D打印技术条件下，才有可能真正“回归”手工业时代的“个性化”生产。正是因为能够做到效率较高的个性化制造，物质产品“种类倍增”才变得简单可行，3D打印技术支撑产品种类以“加速度”方式一路飞奔，进而使得整个世界充满梦幻、更加丰富多彩。减少浪费，也是3D打印技术极为重要的一个优势。传统工艺属于典型的“减材制造”，中间环节多、产业链长，每经过一个环节，都会产生特定比例的“边角料”，造成的浪费极大，资源和能源转化率相对来说要低得多。而3D打印属于增材制造，可以避免“逐级减材”模式下材料的巨大浪费，并且可以大大缩短产业链，大幅提高原料和能源的利用效率，降低污染生成率，属于一种真正的“环境友好型”技术。在科学领域，3D打印并不是什么新鲜技术，其理论构想源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代逐步得到发展和推广，中国物联网校企联盟把3D打印称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。从目前来看，这项技术已经在工业制造、文化创意、数码娱乐、航空航天、国防军工、生物医疗、消费品、建筑工程、教育以及个性化定制等领域有所应用。在工业制造领域，3D打印技术被用作产品概念设计、原型制造、产品评审、功能验证、制作模具甚至是直接打印产品，其打印的各种器具模型，也常常被应用在企业的营销和品牌活动中。在文化创意和娱乐方面，3D打印技术被用来制造形状及结构复杂、材料特殊的艺术表达载体，电影《阿凡达》当中就运用3D打印技术制作了部分角色和道具，而3D打印的小提琴在其品质上已经能够接近手工艺水平。航天与国防军工领域，很多零部件十分个性化，尺寸、形状和性能等方面的要求极为苛刻，而且其数量要求往往非常少，甚至是惟一的，这不太可能通过传统工艺制造，只能通过3D打印来满足需求。生物医疗领域，3D打印技术常用来制造人造骨骼、牙齿、假肢等绝对个性化而且附加值极高的物品。在消费品领域，则主要用来打印珠宝、服饰、鞋类、玩具等极富创意的DIY作品。教育应用方面，3D打印的模型，在不同学科的实验和教学中，被用来验证科学假设，这在美国已经是比较常见的一件事情了。而在个性化定制领域，已经有人利用3D打印机来制作基于网络数据下载、电子商务的一些特色产品，并取得了较好的效益。3D打印技术，由于其制作方便，比较适合小规模、个性化生产，实际上也大大降低了制造业门槛，进而推动某些公司的形态发生巨大变化。借此机会，我们完全可以大胆设想一下。比如，现在的汽车工业，基本都是从通用供应商或者外协厂家采购零部件及各种总成进行整车组装，然后通过专业的“汽车物流商”将车辆发到各大城市的4S店进行销售。如果换成3D打印模式，汽车厂家仅仅需要负责3D建模、设计各种技术参数，顶多再对打印机和配套耗材进行专属性控制，然后在北京、上海、广州、深圳以及各省会城市，设立集中打印、组装的基地即可，“严格按照订单个性化生产”、“属地化打印”、“属地化组装”、“属地化交付”。这样一来，车厂不再需要那么多外协零部件供应商，只需要打印设备制造商和打印耗材提供商，这些设备和材料可以直接发往“市场临近性”打印基地，“汽车物流”整个环节可以取消掉，整个流程变得简单紧凑，整车厂的组织结构也将发生重大变革，总部更重要的是研发和建模，而生产环节则更大程度上将呈现离散化特征。3D打印技术带来的变革世界首个3D打印手枪试验成功产业链扁平化，将成为3D打印技术在产业生态系统中引发的巨大变革。逐级减材的大工业制造模式下，存在着大量的“中间加工环节”，产业链大多很长而且复杂，而以增材制造为理念的3D打印技术，尽可能地将一些中间环节压缩掉，这会引发“产业链扁平化”的革命，最终使得国民经济运行更具效率。譬如一个服装的生产，原本在大致上需要化纤、纺织、染色、剪料和成衣等诸多环节，相邻环节之间的衔接，又都需要配套的物流，而在3D打印模式下，中间需要的仅仅是耗材供应商和终端打印交付两个环节。尽管未来肯定不会是服装打印模式一统天下，甚至在相当长的发展时期内，这种模式还会处于从属地位，但已经足以影响到服装行业的产业格局。大量的小而精、富有特色且竞争力很强的小型服装企业会集中兴起，产业布局更多临近消费市场，原有的某些特色产业集群园区，则很有可能迅速走向衰落。服装公司最为核心的东西，恐怕除了品牌之外只剩下三个元素了，也就是“打印设备”、“专属耗材”和“智能建模软件”，而这些东西在国内最具优势的还是“北上广”，全球范围来看则是欧美日韩。从产业链简化和扁平化角度来看，受到冲击的绝不仅仅是加工制造商，其实还有传统的原辅料供应商、经销商、物流商和仓储商，整个产业链网络都将会面临剧烈的解构和重构。等待企业和品牌的，将是竞争格局重新洗牌，宛如手机行业曾发生过的那样，某些行业大佬短短几个月内从天堂坠入地狱，原本名不见经传的草根，则很有可能会坐着火箭一跃天际，成为炙手可热的新贵，接受万千创业者景仰。由于3D打印技术，在内在逻辑上更加支撑小批量个性化生产，并有力支撑市场临近型产业布局，因此从长远来看，还会在全球范围内导致产业格局的异动。而其中最有可能出现的，就是大量的“终端生产环节”，向欧美本土“回流”。支撑这一趋势的，除了“3D打印”之外，其实还有机器人、物联网、大数据和人工智能，这些技术元素叠加起来，欧美“再工业化”基本不存在太多问题，资本追求利润和效率的本性，在实践中也会推动这一进程加速。当然，受众多新兴技术的影响，欧美的“再工业化”，已经不再是传统意义上的工业化大生产，整体上也不支撑规模太大的企业，而是数以万计的规模中等、极富特色和竞争力，也就是“小而美”的创新型公司。而类似的情况，在中国“两洲一湾”地区同样会出现。受这些因素综合作用，我国的城镇化，也将更多和更快地呈现城市化甚至是都市化特征，北上广深一线城市、省会城市、副省级城市和国务院认定的较大的市才是城镇化的主流，这样的城市在全国大约有50个左右。同时在市场因素强力推动下，经济发达的“两洲一湾”地区会有一些极富竞争力的特色小城镇脱颖而出，因为产业布局和消费市场越来越“趋于同一化”。伴随着增材制造技术的持续进步和不断普及，材料工业格局也会发生巨大变化。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。在这种情况下，这些材料生产商的研发方向会发生重大调整，而且他们的供给相对以前，会通过打印设备厂家更多面向“小而精”的个性产品生产企业对接。在传统大工业制造模式下，品种繁多的商品，需要通过很多“中间环节”来逐级生成多样性；而3D打印技术，材料供应商只需提供品种相对要少得多的打印材料，并不需要太多中间环节，在终端就能“直接生成多样性”。3D打印技术，除了材料和设备之外，最为关键的就是技术参数和智能化设计软件了，“傻瓜式建模”和“参数设计智能程序”，甚至会变得比打印材料更为关键和重要。谈到这项技术，实际上又和大数据、云计算，以及开放式创新、群体创新加速是联系在一起的。未来用于打印的模型和程序，一定是通过“云端”与打印机及软件提供厂商的服务器和大数据库连接在一起的。厂家在提供在线贴心服务的同时，也会综合利用成千上万客户的反馈意见，快速提高软件质量，并且像现在的IT产品供应商那样，遵循“摩尔定律”去不断升级打印设备以及配套的耗材。现在很多人都在讲，未来所有的公司都将是互联网公司，实际上未来几乎所有的公司都将是“智能化”公司。就拿3D打印设备的制造商来说，她必须多重角色融为一体，才可能在长远的市场竞争中立于不败之地，也就是需要尽量集设备制造商、材料供应商、软件服务商和智能应用商于一体，变成一个巨大的平台，简单点来说，很大程度上类似于现在的苹果公司，或者是IBM、西门子，面向用户提供非常系统的一站式解决方案。以上是本人对3D打印技术的一些粗浅的看法。事实上一项新兴技术普及，给世界带来的变化，往往都会超出我们所有人的想象，当年互联网、电子商务和智能手机莫不如此。新技术的每一次进步，都会伴随着大批的先烈和殉道者，又都无一例外革了传统模式大佬们的命。商海是一次永远没有终点的远征，喜怒悲欢、兴衰荣辱，恐怕都只能自己去深深体味，“小心驶得百年船”，对于任何新鲜事物，我们都必须放下傲慢和偏见，对新兴技术发展保持必要的敏感性。笑傲江湖，除了实力之外，最为重要的，恐怕就是心智模式了，在其他方面基本过关的基础上，心态往往决定着你的成败。“创新驱动发展战略”，已经成为举国上下的一项共识，而“中国梦”也为炎黄子孙编织了更为美好、更为现实的未来，面对“第三次工业革命”浪潮，我们惟有修炼一种更为科学的心态，紧紧把握智能化时代所赋予的一切机遇，才能扬起云帆、乘风破浪、直济沧海，实现中华民族所固有的家国情怀。栏目策划:天涯《民间语文》编委会 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