分析：3D打印能否取代传统制造业(3)
时间：2013-07-09 09:21 来源：未知 作者：中国3d打印网 阅读：次
从汽车工业说起
发端于18世纪中叶的英国工业革命，标志着人类社会从农耕社会进入到工业化社会。从此之后200多年工业社会的发展，我们看到的是工业化在不断向新的领域扩张的同时，也在不断地细分，最终形成了今天林林总总的工业部门。
而汽车工业无疑是工业社会发育最为成熟的分支，它对制造业乃至整个社会带来深刻的影响。汽车工业也因此成为了解工业的理想切入点。
明年将是福特流水线诞生100周年。在1914年福特引入流水线之前，美国数百家汽车企业都是以作坊式的制造模式生产汽车，即几个技术熟练的工人从头至尾参与汽车的手工组装。
1914年，福特在新落成的海兰公园厂房建立了第一条流水线。流水线不仅通过提高工艺重复性确保了质量的一致性，最关键的是极其显著地提高了生产效率。福特生产的T型车累计销售量高达1500多万辆，其售价也从最初的850美元逐步下降到360美元。
这就是典型的工业化生产模式：通过大规模的生产方式，确保产品品质、降低生产成本、提高生产效率。
之后，通用汽车在组织架构方面对管理学的发展做出了开创性的贡献，而其多车型以适应不同市场需求的战略在击败福特的同时，也成为经典的市场营销案例。而丰田汽车凭借着精益生产体系，将福特汽车创立的大规模化生产与通用汽车推动的市场细分营销结合在一起，融个性化需求与规模化生产于一条生产线上，得以最终超越通用汽车。
精益生产的核心是消除一切不必要的浪费，这一理念将制造业从单纯追求生产效率转向全面节省：节省时间意味着提高效率，减少污染意味着保护环境，节省资源意味着可持续发展等。
无疑，制造业将从高能耗、高排放的粗放型生产转向全面节省的精益型生产。遗憾的是，不同国家、不同地区对再工业化核心理念之一的精益生产，在认知和实践上存在着相当大的差异。
目前而言，确保品质为前提的生产效率提高或者说时间的节省还是制造业最重视的生产方式，它使得无论是制造售价数万到数百万的汽车，还是生产蝇头微利的牙签，都成为有利可图的生意。
还应看到的是，汽车工业的发展过程，实质上是与本行业相关的技术、生产方式、管理等行业知识体系不断优化的过程，也是行业特征不断强化的过程。
颠覆还是互补?
通常，制造业特别是金属制造业采用的是减法工艺，即通过车、铣、刨、磨、钻等金属切削工艺对被加工件进行减材制造。而3D打印反其道而行之，采用的是加法工艺，即通过不断地进行材料的有序堆积，最终加工出成品。因此，3D打印也被称为增材制造。
而3D打印与传统加工工艺的差别也就体现在这增减上。而3D打印的特有优势也体现在这加法工艺上。比如说几乎可以百分之百地利用原材料，制造传统工艺无法实现的特殊结构的产品，因节省开模费用而在小批量生产上具有成本优势，在产品研发过程中可以快速制造样机，可以实现分布式制造等。
的确，3D打印这些优异的加工特点无疑是传统制造工艺难以实现的。如果一台3D打印机具备这些特点，无疑将会对传统的制造工艺带来强劲的冲击，甚至颠覆性的变化。但是，至今为止，人们常常规避3D打印在规模制造中的经济性这一关键指标。
比如说，飞机舷窗样机制作中3D打印的成本是传统开模成本的十分之一，同时省去很长的开模具的时间。但是飞机高昂的研发成本是靠批量摊薄的，这个数字应该远远不止十架，传统加工方式的优势就显现出来。
再如饮誉二战的远洋货轮“自由轮”，战时共制造了2751艘。随着工艺和管理水平的提升，“自由轮”的建造时间从最初的244天，缩短到平均42天，最快记录是4天15小时30分钟，这是大规模工业化制造的经典之作。
我们还应从整个制造过程看3D打印。当人们从使用的角度看，光伏产品确实是绿色、节能产品，但光伏产品的核心材料——多晶硅的西门子生产法却是高耗能、高污染。同样道理，3D打印只是产品制造中最后的加工环节，前面原材料的生产是否也具有同样节能减排效果呢?
还应注意的是3D打印设备与工艺的紧耦合现象，即3D打印设备很难做成通用设备，这在非金属熔融固化工艺中比较突出，要根据不同的打印原料更换相应的打印头，甚至打印机。这种非通用的特点削弱了3D打印的分布式制造色彩，毕竟，并不是所有3D打印的支持者，都有经济实力来购置多台3D打印设备的。
如果3D打印不能在足够多的制造领域替代传统的工艺，那么，就要慎言3D打印将颠覆整个传统制造业了。
事实上，既然3D打印无法完全替代传统制造工艺，那么，从产业高度看，传统制造技术和3D打印技术就应该是互补技术，只不过在不同的制造领域或者不同的产品制造上，两者在产品制造过程中工艺占比不同罢了。
核心还是制作工艺
对于已经给定的3D打印机而言，“3D打印之父” Crump的话确实没错，因为当打印机确定后，与之对应的打印工艺也就确定了，在这种情况下，想象力确实最为重要。但是，3D打印要想高速发展，就不能局限于现有的、相对有限的打印工艺和材料，仅靠畅想难以解决3D打印在工艺上和应用领域上的扩展。
在人们对3D打印抱以极度热情的同时，3D打印的定义着实令人头痛。如今，3D打印又被称之为增材制造，专家称其历史可以追溯到上个世纪90年代初的快速成型技术。可是笔者1982年大学毕业第一份工作就是光学薄膜，镀膜工艺就是在高真空环境中采用电子束将折射率不同的光学材料交替镀在光学玻璃上，膜厚控制精度为纳米级。如果要说与现在的基于电子束的增材制造有所区别的话，就是精度更高且无需后续工艺。
之所以举镀膜这个例子并非是跟专家对增材制造的断代过意不去，而是说增材制造的当务之急是对制造工艺的研究，特别是加大材料科学对制造过程中微观机理上研究，金属或合金增材制造中金相学方面的研究等。比如说，人们热衷谈论的增材制造打印飞机机翼，有没有从理论上证明增材制造可以有效避免金属疲劳，或者说还需要何种后续工艺处理。只有这样才能迅速增加增材制造的工艺种类，才能使增材制造在更广泛的领域得到应用。
最后，拿烹饪做个通俗的比喻。同样的加工炊具、食材、配料和调料，厨师和普通人的差异首先体现在厨艺(加工工艺)上而不是想象力上。
(责任编辑：admin)
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