创想智造3D打印手板模型加工

标题: 第三次工业革命关键要素——3D打印、大数据和分布式制造 [打印本页]

作者: 3D新闻 时间: 2016-3-26 23:03
标题: 第三次工业革命关键要素——3D打印、大数据和分布式制造
现如今，投资界纷纷将目光聚焦在移动互联网应用、互联网金融以及智能穿戴设备等项目，似乎它们将是一批风口上的猪。
而笔者将要阐述和挖掘的这座金矿，就是一头能真正能飞起来的猪——以3D打印和大数据为基础的分布式制造。这种制造模式将彻底打通互联网业和制造业，给人类带来深刻的社会变革。

一、新技术下的争议
3D打印技术，是先在计算机上设计好CAD三维模型，然后3D打印机将材料逐层叠加，最终生成产品。3D打印技术具有按需制造、减少废弃副产品、材料多种组合、精确实体复制、便携制造等多种优势。这些优势可以降低约50%制造费用，缩短加工周期70%，实现设计制造一体化和复杂制造。
目前3D打印技术已广泛应用于国防军工、航空航天、船舶汽车等工业领域，在建筑行业、医疗卫生、人偶玩具、服装服饰、食品加工等民用级行业则刚刚起步。
2012年4月，英国《经济学人》刊文认为，3D打印技术是第三次工业革命最具标志性的生产工具，该技术与其他数字化生产模式结合，将会推动第三次工业革命的实现。此论一出，反对的声音层出不穷。

最让业界耳熟能详的事例，莫过于富士康科技集团董事长郭台铭的“倒写论”。这位制造业的大鳄尖锐地指出，3D打印只是噱头，如果真的能颠覆产业，“那我的‘郭’字倒过来写”。

TCL董事长李东生认为，关于3D打印大部分说法言过其实，他不相信用3D打印技术能够做出一台电视机来，从哪个角度来看都没有可能性，这只是神话色彩。
比较温和一点的观点则认为，3D打印技术是现有制造业的补充和创新，而非完全颠覆性的革命。例如塞富亚洲投资基金合伙人阎炎说：“我不认为马上对产业会有革命性、风暴般的影响，但会逐步改变。它不像互联网技术、干细胞技术，深刻改变整个人类生存方式。

为什么《经济学人》与这些专家学者的观点有着如此大的反差?
单从产生制造工具的角度来看，3D打印技术的确只是制造业的补充，目前还存在一些技术上的缺点。
先是精度不够高。在逐层制造过程中，虽然每个层次会被计算机软件切得很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成一定厚度的一级级“台阶”，这就是所谓台阶效应。
其次是打印速度慢。3D打印受制于“三次方定律”，即随着体积的增加，打印时间、材料数量都会成三次方增长。如果想要打印两倍于原体积的物体，就需要花费8倍的时间和成本。

第三是机械强度差。受材料和成形技术的影响，一些产品的耐久性和可靠性还存问题，在长期应用、耐疲劳等方面是弱项。用于航空航天业、汽车制造业的金属3D打印除外。

除了上述主要缺点之外，目前3D打印技术还存在材料种类较少、材料昂贵、机器无法通用等问题。
沃顿商学院教授卡尔·乌尔里希(Karl Ulrich)在《华尔街日报》撰写的一篇专栏文章中指出，“3D打印每个材料单位都必须层层叠加。所以，3D打印的速度很慢。”根据乌尔里希的说法，工厂中一台注塑机每15秒就可生产100个完美无缺的塑料勺子，但性能最强大的3D打印机每10分钟只能生产一个勺子，“这样使生产效率降低了4000倍。”由此看来，3D打印技术在批量制造中的确不占优势。

二、3D打印真正的颠覆性力量：与大数据相结合的分布式制造
那么，3D打印技术的优势倒底在哪里呢?为什么《经济学人》会认为“3D打印技术是第三次工业革命最具标志性的生产工具”呢?我们先来看看传统制造业的产生、销售模式是怎样的。

传统的制造和销售模式，是在工厂里通过流水线作业，将产品生产制造出来，然后通过线上的电商平台、线下的销售渠道(批发商、零售商)将产品发送到世界各地的消费者手中。主要缺点如下：

一是在设计阶段，存在大量设计作品浪费。厂家难以准确把握市场的具体需求，但又因为昂贵的开模费用，只得从众多的设计作品中挑选一个来生产，很多优秀的设计作品无法通过生产来实现价值。

二是在产品生产与流通过程中，会消耗大量的资源。在生产之前，原材料要通过物流环节运送到工厂;在生产过程中，主要采取模具铸造和机械加工等方法，其造型能力受制于所使用的工具，物体形状越复杂，制造成本越高;产品生产出之后，需要将产品运送到各地，会占用能源、交通、仓储、人力等很多资源。

三是在消费端，产品不一定能真正受到用户的喜欢。通过传统制造方式生产的产品，一般具有一定的刚性需求，但在创意、设计方面，却未必受到用户的欢迎。用户能接受，是因为没有更多的选择。特别是用户需要的个性化定制的产品，传统制造方式因为本成原因很难现实。

而解决传统制造业这些痼疾的最好方式，就是建立以大数据为支撑的设计师平台，结合3D打印“个性化定制”的优点，打造出遍布世界各地的分布式制造点。其主要思想如下：

3D打印目前存在的“打印速度慢、难以批量成品”的问题，可以通过分布式制造来解决。分布式的概念，在《第三次工业革命》的作者，美国经济学家杰里米·里夫金的思想中已有体现，只不过他提出第三次工业革命的代表是分布式能源。笔者认为，分布式制造与分布式能源并不矛盾，只不过一个是未来工业的生产方式，另一个是工来生产的原动力。

在分布式制造的基础上，产品生产的单位时间消耗变得无足轻重，1万个分布式制造点生产出单个成品，与1万个成品在1个加工厂制造，其产能一样。而且前者无需仓储、物流的环节。

要打造分式制造点，要解决的核心问题之一，就是必须拥有以庞大的设计作品为基础的设计师平台。
在这个平台上，任何人即使不具备建模的知识，但只要有产品设计的创意，就可以和设计师及时进行沟通，设计出自己想要的数字模型，然后通过3D打印机来实现;另一方面，这个平台必须能够确保证设计师赢利，设计师的创造力、创意思维才能源源不断地发挥出来。一旦解决了这些问题，互联网与制造业就可以彻底打通。有了完善的设计师平台，在人群聚集的互联网上，创新创新思想就可以得到实现;有了以3D打印机为工具的分布式制造点，可以为制造点周边的普通用户提供个性化定制的产品。

这些分布式制造点如何去打造，笔者认为有三种可能。一是传统的小商品店、零售店，就是分布式制造点，比如文具店、灯具店、饰品店、眼镜店、蛋糕店等等，在当下和未来，都可以结合3D打印技术和传统制造方式，完成一些产品的实现，比如创意U盘、笔筒、灯罩等等;二是具有创新能力的“创客”，他们将是未来分布式制造点的一个分支，他们可以完成一些新产品的实现;三是具有一定经济实力的企业，他们能购置价格昂贵的工业级3D打印机，能生产制造出材料多样的汽车配件、建筑、装修、服装、鞋类等产品。

这种以创意设计平台与分布式制造的方式，将会形成一种全新的D2U(Designer to User)的商业模式。即线上的设计师直接与用户对接，从而省去大量的中间环节。
而3D打印产品本身，如果与大数据平台相对接，会产生更大的价值。下面以笔者团队研发的三维定制鞋为例，简单介绍一下这种产品的优势。

以大数据平台为基础的三维定制鞋是3D打印技术在垂直商业领域中的具体落地项目之一。通过对广泛人群的足部特征扫描、采样，将信息汇聚到云计算中心，形成规模庞大、可详尽分析的抽象数据，再结合3D打印定制化生产的特点和传统制造批量生产的优势，将虚拟的数据对象转化为实体成品。

精确的市场定位。人类的足部三维数据因地域、人种、个体特征等因素差异较大。传统的制鞋模式只能以尺码进行估计，无法对各类足部疾病，如平足、高足弓、先天性足部缺陷等进行长期的数据跟踪。而三维定制鞋加上大数据的模式，前端精确地对个体的足部形态进行数据采集，后端的分布式存储集群对海量数据进行汇总。用户可以利用大数据平台的查询检索功能，找到真正适合自己的鞋类，实现个性化定制;鞋类厂商则可以根据特殊人群的脚型数据，更加精确地批量生产。

良好的用户黏度。传统电商的优势主要体现在交易的便捷性，但用户在交易完成后，很少因为平台本身而产生依赖，同样服务质量的电商，用户的选择余地很大。而对于以人体大数据为支撑的平台，比如三维鞋类电商，则可以根据人的足部生长发育变化随时进行调整;不仅如此，一旦提供某个阶段的足部数据，用户就可以适应不同品牌、不同类型的鞋子。这两方面的特点，会使用户在线上线下不断地参与交互，所产生的用户黏度远远超过传统电商。

平台的垄断优势。大数据实施的对象是人，当某家公司掌握了足够多的人类数据时，也就意味掌握了足够多的变现可能，“谁掌握了大数据，谁就掌握了人类.”。三维定制鞋与大数据平台的结合，是大数据落地的优良的入口。未来不论是鞋类厂商还是其他传统电商，想要获得用户的足部数据，都要依赖以大数据为支撑的三维鞋类电商提供支持;谁率先将这种平台推向市场，谁就拥有数据垄断的先机。

综上所述，一旦形成以大数据平台为基础的3D打印分布式制造模式，将会产生颠覆性力量：
冲击传统电商。现在的电商运营模式是，在网上促成用户交易，通过物流将产品发售到用户手中。而未来，分布式制造方式，虽然不能达到人手一台3D打印机的程度，但人们居住周围的分布式制造点，可以就近提供相应的产品。人们无需在网上下单，就可以在分布式制造点的电脑里选择数字模型，然后打印出来。按照目前美国的“每4公里范围内有一台”3D打印的普及程度，在中国这种人口众多的地方，分布式制造点的辐射范围，会大大缩短。可以预见，这种制造方式的影响下，未来电商的作用会大大缩减，只能销售3D打印技术无法完成的产品，而物流的作用，更多的体现在对3D打印耗材的配送上。

改变制造模式和就业模式。从政治经济学的角度来看，现有的资本主义生产关系的实质是以生产资料私有制为基础的雇佣劳动制度。资本家占有生产资料，包括土地、厂房、机器设备、工具、原料等等，由被雇佣的劳动者付出劳动获得薪酬。分布式制造方式的重要意义在于：生产工具(3D打印机)不再被少数资本家独占，每一个个体劳者拥有极大的生产工业化产品的能力，并且会极大地提升他们的创新创意能力，这种模式是对传统工业化大生产、特别是劳动密集型制造业的重要破突，将会极大的提升人类社会的生产力，会改变当前的产业结构，甚至社会结构。

三、3D打印技术的未来与前景
我们可以想象一下，未来的服装店，将会把顾客的身材数据扫描之后传输到云端数据库，配合设计师的设计方案，以最贴身、最舒服的结果，将产品打印出来。这种在家里就可以完成的服装设计、生产方式，值得各界广泛关注和思考。

当然，现有的3D打印技术，特别是桌面级的技术，还不能达到无所不能的程度，但同样也是遵守摩尔定律的，笔者相信在未来5至10年，3D打印技术将会有巨大的突破。

2014年9月，以色列Tamicare公司开发了一种名为“Cosyflex”的弹性可降解的织物，这种织物打印的内衣，感觉就像真正的织物。“Cosyflex”使用了一种新的工艺，可以在3秒内制造一件一次性内衣。该工艺可使用各种类型的液体聚合物如天然乳胶、硅、聚氨酯、聚四氟乙烯，以及各种纺织纤维如棉花、粘胶纤维和聚酰胺，能打印出所有类型的服装、绷带和运动服。

2014年9月，美国Northeastern大学的科学家开发出了一款名为“NanoOPS”的3D打印机。在几分钟内，就能在柔性或硬质基板上使用导电、半导电或绝缘性的纳米材料打印出纳米结构和电路(最低可达25纳米)。这意味着今后3D打印机可以直接打印出芯片。Northeastern大学的Busnaina教授则对此充满信心，他认为“一或两年”我们就能看到纳米打印的消费产品出现。

2014年10月，惠普公司正式推出其最新的3D打印技术：多射流熔融(Multi-JetFusion)，其打印速度将超过当下最快设备的10倍。以批量生产1000个齿轮为例，使用高品质的激光烧结设备，这些齿轮至少需要38小时才能制造出来。而使用他们的新多喷头熔融技术，只需3个小时即可完成。

在产业布局方面，现在国际上的两家巨头，3Dsystems和Stratasys，他们已经在打造线上的平台。最近Stratasys公司花了一亿美金，收购线上设计师平台GrabCad。其目的，就是要完成设计师平台的融合，为将来的分布式制造作准备，当然，这个目的是笔者的一种推测，但是实现的可能性很大。

当3D打印技术的精度、速度以及打印的材料不断提升的时候，以3D打印和大数据为基础的分布式制造模式一旦普及，现有的投资产业也会受到极大的冲击。
以京东和阿里巴巴为例。京东从2007年第一轮融资1000万美金开始就在自建物流，目前全国36个城市拥有86个库房，其目的就在于减少物流和配送环节，尽可能地快速将商品投送到消费者手中。阿里巴巴从2013年6月，也宣布计划在10年分两期投入3000亿以上人民币，来建立能支撑日均300亿网络零售额、24小时内送达全国各地的物流网络体系。

然而刘强东、马云以及一些投资人，并没有看到新的生产模式将改变物流体系。中科院计算机技术研究所上海分所的所长、上海张江科技创业投资公司的首席专家孔华威认为，3D打印对物流业影响最大，“因为像杯子、装饰品、手机外壳、汽车零件等一些小的东西在物流中占的比重不低，尤其是现在以年轻为主导的网络购物。那么3D打印将给人们带来的是，可以只购买模版，然后省去运输的费用与繁琐，自己在家里完成产品。似乎听起来不大可能，但科技永远是向前发展的。”

在过去的5年里，3D打印已经融入航空、时尚、医疗到运动等各个工业领域的生产周期中。而下一步，3D打印又将要进军哪个领域呢?金融服务公司Jones Lang LeSalle为此展示了一张信息图表：“3D打印对供应链的影响”，认为尽管3D打印或许5至10年以后才能完全发挥作用，但它正在逐渐对供应链产生深远的影响。

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