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        3D打印推動制造業深化,深度剖析微型工廠的發展與邏輯

        作者:foopin 來源: 日期:2019/3/16 10:10:37

        高端鞋墊制造商Superfeet于2018年在美國華盛頓洲開了其第一家鞋制造工廠-Flowbuilt Manufacturing。該工廠并不是一家大規模生產鞋類產品的大型工廠,而是一家專注于小批量跑鞋快速定制化生產的工廠。

               或許Superfeet這樣的工廠還未曾引起大眾或者是制造業的注意,然而,Superfeet這樣的微型工廠(Micro-factory)正在更多的浮出水面。我們所看到的正是浮出水面部分的“冰山一角”,而在水面下還有著更多的“勢能”在攢動。

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             在過去的幾年里,空中客車、巴斯夫、通用電氣等一大批大型企業已經建立了工業規模的3D打印內部創業模式。這些公司能夠加速將3D打印集成到他們自己的制造流程中,以使用傳統的制造方法來制造難以實現或成本太高的部件。 3D打印內部啟動的概念正在迅速獲得重視,并將在未來幾年變得非常普遍。一家內部創業的公司可以使母公司把他們最聰明的一些人的注意力集中在3D打印創新上,同時保護他們現有的收入來源不受干擾。

            另外,大多數大型企業已經建立了工業規模的3D打印COE(Center of Excellence)卓越中心(例如波音、強生、勞斯萊斯、寶馬、GE等)。在這樣做的同時,他們已經將3D打印相關的工作流程整合到關鍵業務流程中。卓越中心的好處是能夠更好地完善現有的3D打印方法并為推廣3D打印技術做準備,同時創建度量標準,重點改進設計創新,健全關鍵流程標準化,并重點改進質量和檢驗流程。 3D打印卓越中心還可以作為供應鏈合作伙伴的培訓機構或體驗中心,并未企業內部的團隊提供培訓機會。

               近幾年,即時醫療(POC)進入到我們的視野中,隨著3D打印技術的不斷完善和其他技術的不斷完善,3D打印技術從教學醫院和專業中心擴展到更廣泛的醫院系統。根據Materialise公司,即時醫療(POC)3D打印是指即時用3D打印生產的醫療設備,直接在醫院進行生產,比如解剖模型。通常,即時醫療3D打印使用患者的醫療影像數據比如MRI,CT或者表面掃描。

        無論是內部創業,還是卓越中心,或者是新的數字化制造流程,這些猶如“冰山下的勢能”都在推動微型工廠(Micro-factory)以及中等規模工廠的出現。

        在分布式制造的基礎上,產品生產的單位時間消耗變得無足輕重,1萬個分布式制造點生產出單個成品,與1萬個成品在1個加工廠制造,其產能一樣。而且前者無需倉儲、物流的環節。

        block 消費品微型工廠

            “去中心化”是微型工廠和中等規模數字化工廠帶來的一大改變,拿鞋業來舉例,3D打印技術作為鞋類快速定制化生產鏈條中的一種重要工藝,受到了鞋類制造商的重視。3D打印為鞋制造商帶來的不僅是無模具化和小批量定制化生產的能力,還有商業模式上的改變,包括3D打印、數字化設計、三維掃描在內的數字化技術催生了鞋制造商與消費者緊密結合的小規模、去中心化的制造模式,這與設計、制造與消費者相互獨立的傳統大規模生產模式有著顯著的區別。

        2017年以來,陸續登陸市場的幾款帶有3D打印鞋中底的運動鞋,例如阿迪達斯Futurecraft 4D,Under Amour Under Armour Architech,匹克Future I,都是運動鞋制造商在小批量定制化生產方面所進行的嘗試。

        block 個性化、離散化汽車制造工廠

             即使是最難以撼動的汽車制造業,也在悄然的發生變化。雖然3D打印與汽車制造的結合之路還很長,這其中除了制造技術,軟件技術將發揮舉足輕重的作用,在具體的制造實施中,包括產品設計和迭代的快速數據收集以及定制生產復雜的機電一體化系統,這些都需要軟件和物流系統的集成來提供“無縫”的制造環節的銜接。

        不過一方面是傳統造車廠和互聯網新勢力造車廠動輒上百億的電動汽車研發與制造的投入,另一方面市場上還出現了一股個性化定制汽車的潮流,試圖將汽車的設計與制造變得個性化和離散化。

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             在這方面,只需按一下按鈕,即可定制汽車和摩托車。典型的案例是加州創業公司Hackrod,Hackrod計劃通過個性化設計和3D打印徹底改變移動解決方案的生產。西門子為公司提供數字創新平臺,這是一個集成的軟件包,可以順利實現從設計和開發到車輛生產的整個過程。

        對于Hackrod的創始人來說,生產集成也是西門子平臺的決定性優勢。它有助于克服所謂的“死亡之谷”,即從設計意圖到產品推向市場的過渡過程中遭遇失敗。

             工業增材制造消除了在大批量生產中所需要的昂貴的模具的需要,而且傳統銑削或成型機器無法難以加工這些利用人工智能創建的仿生力學結構的外觀設計。

        Hackrod為其未來主義設計開發了特殊的多軸3D打印機,由Siemens-Sinumerik控制單元控制。這臺設備有四米寬,超過七米半長,高約三米。更重要的是它的多樣性,它不僅可以打印,還可以掃描,然后通過精密機床進行最后的精加工。

              這是一種車庫級別的離散生產形態,可以說是將微型工廠(Micro-factory)的“微”概念發揮到了極致。La Bandita是全球首款采用虛擬現實技術設計的個性化汽車。由碳和鋁制成的Speedster車身結構,通過西門子產品生命周期管理(PLM)軟件中的智能設計程序獲得了優化的車架。由精確的生產軟件控制,La Bandita車身結構在車庫大小的3D打印機中逐層實現。

              類似的企業正在涌現,另外一家叫Local Motors的企業,其旗下設立了一家從事汽車小批量生產的微型制造工廠- LM Industries,他們沒有像傳統汽車制造商那樣配備大規模生產線,而是通過互聯網眾包設計、3D打印等數字化技術進行低速電動汽車的快速制造。LM Industries 稱自己為數字化OEM(原始設備制造商)。

              LM Industries和Hackrod代表了一種全新的工業制造模式,特別是對于中小型企業而言,Hackrod開辟了在沒有大型生產線的情況下針對客戶需求量身定制的創新汽車推向市場的可能性。

        雖然,這種模式處于早期階段,未來是否能夠在汽車制造領域占據一席之地還需市場的驗證,但這種借助3D打印等技術實現按需生產的制造模式對于制造企業探索未來的柔性生產服務模式有一定參考價值。

        block 數字線程賦能3D打印從原型走向批量生產

        微型工廠的背后是數字化的整體解決方案平臺。關于數據如何改變商業本質,計算如何重塑經濟未來,王堅博士在《在線》一書中提到“今后的制造業也一定要靠云計算和大數據來做支撐。一種新型經濟,就該這樣成長…過去衡量一個國家的經濟水平怎么樣,就看它用了多少電,而未來衡量一個國家的競爭力,看它用了多少計算能力!

        這并非是想像中的事情,而是已經成為現實。連接的制造設備提高了運營和服務的效率,根據3D科學谷的市場觀察,當前Carbon的3D制造解決方案就通過計算提供了數字化生產的效率。而世界上一些最具安全意識的大型財富100強企業能夠輕松連接到Carbon的設備來實現數字化生產,這其中包括幾家汽車制造商、航空航天公司和名牌消費者公司。

         

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        圖:數字貫穿設計與制造始終

        連接制造設備的主要優點是能夠有效地監視和控制操作并更新硬件。由于系統是遠程監控的,因此連接的系統可以加速客戶支持。專家可以使用可用的確切機器參數進行遠程故障排除,從而使客戶無需識別和傳達有關該問題的上下文信息。來自連接設備的操作數據還允許更精確的預測性維護,因為可以監控性能下降,并且可以提醒員工在影響生產之前解決問題。

        拿Carbon舉例來說,Carbon的客戶通過其計算機上的瀏覽器直接訪問3D打印機,以便在防火墻內部準備和打印文件。Carbon設備連接到安全的服務器,傳輸到這些服務器和從這些服務器傳輸的所有數據都是加密的,以確保所有數數據在Carbon設備或Carbon服務器的任一端在設備上解密。登錄設備可利用云對用戶進行身份驗證并確認其打印授權。

        在Carbon的打印界面中,請求打印幫助是無縫的。如果客戶選擇分享他們的零件,則會明確標注并要求確認他們打算與Carbon分享他們的零件。例如,定制助聽器制造商Earlens Corporation與Carbon共享代表性的設計數據,并利用Carbon的無線(OTA)軟件更新功能來提高制作定制助聽器所用生產模具的準確性。

        Carbon證明了可以開發出可在單臺或多臺機器上實現高重復性質的強大流程。隨著3D打印技術被納入更大的制造供應鏈中,根據3D科學谷的市場研究,人工智能在3D打印車間的運用將發揮兩大作用,一是提升工藝的自動化提升水平;第二個優勢是人工智能通過算法來獲取數據中的規律,賦能制造工藝不斷精進,并并加速所生產的產品商業化進程。當然,當前的3D打印工作流程中,由于沒有足夠的數據,人工智能尚未發揮主要作用。

        目前,3D打印行業對于人工智能對3D打印行業價值的理解還處于非常原始的階段。不過正如《在線》一書所提到的,算法是計算經濟的靈魂,一旦數據流動起來,它的價值將呈幾何級數增長。而在3D科學谷看來,價值在制造業的體現就是數據與算法的結合將加倍“獎勵”那些市場上形成一定規模和影響力的行業領跑者。

        根據3D科學谷的市場研究,在這些數字化工具的賦能作用下,3D打印行業不斷實現從原型生產到大批量生產的飛躍,也將出現更多的離散化的微型工廠,使得制造不僅實現按需生產,還實現就近生產。

        block 星星之火可以燎原

        微型工廠的出現代表了分布式制造的發展特點,這種特點將改變制造模式和就業模式。從政治經濟學的角度來看,現有的資本主義生產關系的實質是以生產資料私有制為基礎的雇傭勞動制度。資本家占有生產資料,包括土地、廠房、機器設備、工具、原料等等,由被雇傭的勞動者付出勞動獲得薪酬。

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        這種制造方式的重要意義在于:生產工具(3D打印機)不再被少數資本家獨占,每一個個體勞者擁有極大的生產工業化產品的能力,并且會極大地提升他們的創新創意能力,這種模式是對傳統工業化大生產、特別是勞動密集型制造業的重要破突,將會極大的提升人類社會的生產力,會改變當前的產業結構,甚至社會結構。

        星星之火可以燎原,微型工廠就像點點星星之火一樣,雖然目前還勢單力薄,然而這種商業模式一旦獲得市場驗證,將對我們所處的世界發生深遠的影響,將影響我們所熟悉的制造模式,物流模式,商業模式,并顛覆原來的供應鏈體系。

        或許有一天,我們要獲得牙齒矯正器就像去星巴克買一杯咖啡一樣便捷,我們只需要在門口的微型工廠掃描一下自己的口腔,所有的數據通過基于云的軟件完成建模工作,并通過云端發送至接收3D打印牙齒矯正器模型的設備端,最后經過壓模,后處理,我們所需要的牙套在家門口的微型工廠就可以實現隔天可取。

        (責任編輯:中國3D打印網)

         

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