从减材制造到增材制造 —— 制造业的新时代

张海滨
捷普北亚区运营副总裁

在过去的半个世纪里,拥有质量高、成本低、速度快等特点的机械加工和注塑成型工艺等传统制造工艺,被奉为大批量生产的工业标准。而增材制造(也称为3D打印)在当时则仅在快速成型和小批量生产运行的场景下有用武之地。

如今,随着产品生命周期的不断缩短和人们对产品个性化需求的日益高涨,企业开始面临产品在上市时间和成本方面的极大压力,传统制造技术的效率难以再胜其任。但是近年来,3D打印技术在设备和材料领域却取得了快速进步,迅猛起飞的3D打印技术超越制造业,进入医疗等市场也就不足为奇了。从纳米级金属结构和食物到人体组织器官、建筑甚至在未来可能打印出整个的城市 —— 各种各样令人眼花缭乱的东西都可以被3D打印出来,展现出了无穷无尽的可能性。

制造业转型

不可否认,数字经济下,产品的上市时间会极大地影响其盈利能力。将满足消费者期望的产品加速推向市场,已经发展为企业间相互竞争的一场持久战。仅仅依靠传统制造技术已经无法脱颖而出,但3D打印等数字技术却开始帮助企业在当前充满挑战的商业环境中的获得全新的生存和发展空间。

不同于传统制造技术,3D打印可以为企业带来创新的商业模式,并彻底地重新审视产品的设计和交付方式。通过3D打印技术,新产品导入(New Product Introduction,NPI)时间表将被大幅缩短。在设计方面,使用快速成型技术可以加速设计周期,快速而有效地测试多个迭代,同时避免使用高成本的制造工具。3D打印还可以消除传统制造在设计方面诸多限制,例如在生产过程中,之前的一些工具成本过高的零部件,如今就可以通过3D打印技术以一种前所未有的成本效益制造出来。

不仅如此,3D打印还赋予了厂家灵活自主地设计构造错综复杂零件的能力,不再受制于成型或减材工艺中存在的诸多限制,这为设计并打印一些组件的单个部分创造了可能。在这个产品个性化的时代,3D打印具有批量制造生产独特或着定制零部件的能力,这一点相比传统制造工艺具有无可比拟的优势。

3D打印在设备维护管理中同样发挥重要作用。通过3D扫描和打印技术可以经济高效地制造出替换部件,从而降低库存和存储成本。

分布式制造

分布式制造正在改变企业将3D打印融入其数字战略的方式。通过分散生产,分布式制造使得产品成品能够更贴近消费者端。而3D打印技术,可以为制造商提供更加完善的、连续的数字线程贯穿物理供应链,并对产品进行从设计概念到生命周期的全流程高效管理。厂家只需要发送一份文件,即可将生产任务分配给装配了数字制造系统的任意位置,这使供应链编排变得更加协调、透明和高效。捷普工厂在大规模生产中普遍采用包括设计到新产品导入方面的3D技术。捷普蓝天创新中心位于加州圣何塞市,自2012年以来一直使用3D打印机ODM进行硬件和软件开发。在中国,捷普广州公司和捷普无锡公司在使用工业3D打印机制造生产装配夹具方面已拥有多年经验,在生产速度以及生产灵活性方面均为捷普公司带来巨大帮助。

与智能数字供应链相结合,3D打印可以使分布式制造实践得到推广并且能提高整体成功率。通过对供应链健康状况的实时观察,企业可以分析历史数据,并利用预测分析功能来主动响应不断变化的市场情况。

下一个前沿 - 生产打印技术

在过去几年里,关于采用3D打印技术制作生产零件的话题一直备受关注,但该项技术只是刚刚开始投入生产应用,这主要是因为现有的3D打印技术尚存在一些问题,例如打印一致性、材料的可靠性、构建属性以及可用材料的选择等。在全球制造解决方案提供商捷普公司最近发布的一项调查中显示,目前仅有29%的制造商中只有29%目前采用3D打印技术生产零件。

当前,捷普正在与MakerBot公司开展合作,以实现3D打印制造技术的在生产中的应用。为了证明3D打印技术已具备应用于生产制造的条件,捷普在确认打印机的各类部件都有望采用3D打印技术高效地生产出来之后,便加快了MakerBot Replicator 3D打印机系列的生产制造的进度。这主要还是出于对这些备选零件在精度、性能和强度等方面要求的考虑。捷普还严密评估了采用3D打印技术与采用注模技术的在生产特定批量产品所需成本上的差异。研究发现,3D打印技术除了具有缩短产品上市时间和降低成本的优点外,还可实现高度的设计灵活性。

该项技术在生产提速和成本节约方面收效显著,正好印证了捷普的观点:3D打印技术已经具备了生产应用条件,不再仅仅局限于原型机制造领域。

3D打印技术的未来

3D打印技术的前景非常可观。该行业将保持良性增长,MarketsandMarkets市场研究与咨询公司预计,到2023年,全球3D印刷业的市值将达到327.8亿美元,2017~2023年间,年复合增长率(CAGR)预计为25.76%。随着3D打印技术不断开辟新的领域,并为工业和消费者提供更多的实际应用,未来我们制造和分销商品的方式将发生真正的改变。