美國掀起的「列印」革命

作者:日經商務週刊   |   2015 / 05 / 05

文章來源:日經技術   |   圖片來源:日經技術


【日經BP社報導】“歸根就底不過是製作人偶和試製品的工具吧?”很多人對3D印表機的評價過低。而在美國,Google和通用電氣(GE)正嘗試利用這種裝置,為產品製造開闢一片新天地。通過吸取外部的智慧,為用戶量身打造商品,製造由企業說了算的時代結束了。不僅在開發和製造現場,就是物流和銷售領域也將掀起革命。如何面對3D製造革命,未來的世界也將隨之改變。

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圖1是Google將於2015年上市的智慧手機,圖2是到訪創客的美國總統歐巴馬,圖3是通用電氣(GE)飛機引擎工廠,圖4是亞馬遜的購物網站。顯而易見,這四幅圖片呈現了美國代表性企業和人物的活動。這些圖片有一個共同點。都是利用通過堆積樹脂或金屬製作立體形狀的裝置“3D印表機”製造的。

說起“列印”飛機引擎零件,大家或許不知道該怎麼理解。其實,GE已經決定利用3D印表機,製作新一代引擎LEAP的金屬燃料噴嘴。目的是減少焊接點,使耐久性提高到以往的5倍。LEAP的訂單目前已經超過了6000台。2016年,3D印表機製作的LEAP將安裝在空中巴士正在開發的客機320neo的翅膀上,飛上藍天。其實,波音787的空調設備已經安裝了“列印”的塑膠零件。似乎難以置信,但這的確已經成事實。

兩年前美國雜誌總編克里斯·安德森的著作《自造者時代》和提出“復興製造業”歐巴馬總統的國情咨文,掀起了3D印表機的熱潮。一時的熱潮過後,3D印表機現在正腳踏實地改寫著以往的製造常識

下面就讓我們展示一下這場美國掀起的“列印”革命。

2014年4月,Google高調發佈了智慧手機開發計劃Project Ara。其構想是像積木一樣組裝電池、螢幕、攝影鏡頭、處理器和外裝等零件,按照個人的喜好和用途製作手機終端。這種終端將於2015年上市。「與食品、服裝一樣,智慧手機應該也可以量身訂製」,談到Google的雄心壯志,該項目的負責人Paul Eremenko這樣說道。而且用戶以後只要在網上訂購零件,無需更換智慧手機,就可以享受到最新技術。

智慧手機在購買後繼續進化

不僅如此,通過精簡組合的零件,甚至還可以製造出50美元的智慧手機。屆時,現在沒有經濟實力購買智慧手機的全球50億人口也將能夠用上價廉物美的智慧手機。用戶只要配合自己的經濟實力,逐漸增加零件,就能使智慧手機一點點實現進化。

只有借助3D印表機,這樣宏偉的構想才能得以實現。對於傳統的製造業,同一產品的產量與成本競爭力成正比。單獨按照某種形狀和參數進行製作會降低量產效果,導致成本增加,這是製造業的一大忌。

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與通過切削金屬、使樹脂變形的方式製作立體形狀的傳統製造方式相比,3D印表機有著截然不同的思維模式。因為3D印表機不依賴模具和工具,能夠從零開始堆積材料製作形狀,所以也叫“Additive Manufacturing(積層製造)”。

Eremenko強調說:「3D印表機是實現個性化製造最有效的方法。」但在過去,智慧手機這樣大量普及的產品還沒有使用3D印表機進行量產的先例。Google自信的背後,有著強大的“後台”坐鎮。

3D Systems雖然在日本還鮮為人知,其實正是這家企業於1987年在全球率先投產了光固化樹脂型3D印表機,堪稱3D印表機產業的先驅。全世界的3D印表機中,每3台就有1台出自該公司之手。這家產業龍頭為Project Ara開發的3D印表機與家電商場銷售的幾萬日元的機械根本不可同日而語,就連很多日本企業用來試製的數百萬日元的裝置也無法與之比擬。

3D Systems正在研製的3D印表機一天內能夠製造數千個形狀和材料各不相同的智慧手機零件。產能是一般裝置的50倍,這究竟是怎麼做到的呢?

「這可以用線路來打比方。」3D Systems的首席行銷官(CMO)Cathy Lewis這樣形容正在開發的3D印表機。“線路”上跑著許多輛“自動行駛車輛”,這些車輛在若干個“站臺”臨時停車。進站後,站臺安裝的噴嘴將噴射五顏六色的樹脂等。並且還會按照客戶訂單的要求,在車輛上列印出不同形狀的零件。

一個部分完成後,車輛再高速駛往下一站。也就是說,製造並不是由一台機械完成,而是使用了一條連續的生產線。對於目前無法利用3D印表機製作的攝影鏡頭等零件,還需要讓車輛暫時停靠到線路旁邊進行安裝,然後再回到線路上堆積樹脂外殼。在整個製造流程中,保留了傳統製造的優點。

Lewis斷言:「合作讓使用3D印表機的製造挺進新階段。」某大型汽車企業在聽聞Project Ara的事情後,已經向3D Systems表達了合作的意向。那麼,3D印表機究竟能夠用來製作什麼呢?通過採訪筆者發現,現實狀況其實已經超越了想像。

談到美國發起的列印革命,還有一家企業不能忘記。那就是Stratasys。該公司的銷售額達到4.844億美元。在2013年規模為31億美元的3D印表機(含相關服務)世界市場上,該公司與3D Systems不分伯仲,爭奪著首位的寶座。大家是否知道,包括日本企業在內,從2010年開始,企業開始源源不斷地進軍低價位3D印表機市場。這是因為Stratasys擁有的“FDM(熔融沉積成型)”成型技術的基本專利已于2009年到期。

其實,Stratasys看準這一轉換期,在2008年調整了業務方向。為自己的工廠大量購置3D印表機,推出了為世界各地的客戶訂製試製品和零件的業務。為了推廣使用3D印表機的新型製造方式,該公司沒有選擇製造裝置銷售給客戶,而是自己扮演起了代工的角色。現在,代工製造部門由子公司Redeye經營。帶領筆者參觀工廠的Redeye的Jeff Hanson說:「最終產品使用的零件佔訂單的3成多。」在2008年的時候,絕大多數的訂單都是試製品,但隨著時間的推移,工廠使用的夾具的訂單開始增加。最近,最終產品的訂單也增勢迅猛。

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委託方之一、醫療器械製造企業ACIST Medical Systems(明尼蘇達州)的開發負責人Dave Scott說:「與其他設備的連接部分等性能參數眾多的零件交給Redeye製作效率最高。」而在此之前,該公司是利用自己購買的兩台3D印表機製作試製品。因為幾乎可以直接沿用設計數據,所以將最終製造也交給3D印表機完成是省時省力的做法。

Redeye的銷售額最近已經佔到了Stratasys整體的4分之1。2014年8月,該公司收購了經常與波音等飛機製造商合作的兩家同行。成為了世界上最大的3D成型代工企業。Stratasys的基地遍佈中國、杜拜等9處,3D印表機的保有量達到了數百台。工廠之間實現了CAD數據的共用,在需求地附近製作零件、在不同的網點少量製作零件也是該公司的專長。

但是,為可能購買3D印表機的客戶代工生產,會不會造成裝置的滯銷?Stratasys的副總裁Patrick F. Carey說:「這樣反而會起到乘數效果。」因為通過了解3D成型的課題,該公司可以馬上將問題反饋到材料和裝置的開發之中。如果性能不好,就開拓不了新的客戶。該公司之所以能夠在基本專利到期後依然一馬當先,原因就在於此。

Stratasys選擇了自主開展製造,與製造業的開發到生產等各個環節“保持緊密關係”(Hanson)的道路。這條道路雖然與3D Systems擴大生態系統的做法截然不同,但二者都是美國製造業革命的中流砥柱。彷彿是反映新型製造方式所受到的期待,兩家公司的總市值在最近3年增長了6~7倍,超過了55億美元。面對美國掀起的這場列印革命,自詡製造大國的日本再也不能袖手旁觀了。(記者:佐藤 浩實,田中 深一郎,白壁 達久,《日經商務週刊》)

日經技術在線授權轉載》

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