书城计算机中国3D打印的未来
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第11章 3D打印与传统制造业(2)

“3D打印要全面替代传统制造业,以后就不用工厂、不用车间、不用工人,不用出门,自己就能够在家打印想要的任何东西”,“通过3D打印机可以打印自行车、飞机”,“3D打印将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具,改由更加灵巧的电脑软件主宰”……这是不少人的观点,也经常被一些媒体报道。

很多人非常关心这些问题,一些专家和媒体也总是信誓旦旦地表示:3D打印将取代传统制造业。而当对3D打印有了比较深入的了解以后,你会发现这样的观点并不可靠。

按照3D打印技术的原理,不可否认,3D打印真有那么“神”,的确可以打印出你设计出来的任何东西。但是,我们必须清楚地认识到,打印出来的东西不一定是我们所需要的“东西”。打印的杯子可以喝水吗?打印的飞机能够飞吗?打印的自行车能够骑行吗?打印的手枪能够用吗……

的确,打印出来的杯子一定是杯子,不会是其他的东西。打印的飞机一定是电脑上设计好的飞机。按照你的影像打印出来的人像一定是你,不是别人,一丝细如头发的皱纹都能够打印出来,而且颜色也能够做到与实物一样。可是,我们真的就可以使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具吗?

我们在高兴之余突然发现,原来打印出来的只是模型,大多数并不是真正的产品。即使是真实的杯子等物体,也并不意味着我们就可以用来喝水。利用传统方式生产的杯子,首先要考虑材料是否环保,是否对人的身体健康有影响。但是,3D打印要做到这点并不容易,一是材料还做不到,还没有办法为我们提供种类繁多的,能够满足各种功能需求的材料;二是缺乏用于家庭的质量检测手段。而打印的飞机、自行车也仅仅只是一个外壳或者一个模型,电子元器件和成千上万个零部件是根本不可能一下子打印出来的。无论打印的是飞机,还是自行车,都不可能直接使用,还需要增添无数的零部件和功能件。

利用3D打印技术打印出真实的物体,这的确不是什么难题,也不是什么新鲜事。但是打印出来的东西是否能够使用,是否能够替代传统方式生产的东西,这就不一定了。

即使我们打印的东西满足了环保要求,也不可能做到需要什么东西都靠自己打印。不同的东西需要不同的材料,我们每个家庭为此就成为了一家工厂,要准备成百上千种材料,还要占用生活中几乎全部的时间,忙于设计、忙于打印自己的用品。这样算下来,其成本将远远高于传统生产方式制造的产品,也不能给自己的生活带来乐趣。

在传统制造业领域,开模是一件非常令人头疼的事情,耗时长,难度大,成本高。而3D打印技术的优势恰恰体现在产品设计(模型设计)方面,凡是能够设计出来的任何复杂的个性化产品,都能够通过3D打印技术把模型打印出来,甚至直接生产制造出产品。

3D打印技术虽然能够打印出我们所需要的多种产品,但是从成本核算、材料约束、工艺水平等多方面因素综合比较来看,3D打印并不能够替代传统的生产方式。

3D打印的意义,核心体现在两个方面:一是传统生产方式不能生产制造的个性化、复杂高难度产品,通过3D打印技术都能够直接制造;二是虽然传统方式能够生产制造,但是投入成本太高,周期太长,通过3D打印技术可以实现快捷、方便、缩短周期、降低成本的目的。

因此,说3D打印技术将替代传统制造业,并不现实,一是成本并不划算,达不到规模化的要求;二是3D打印也不可能使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具。

3D打印技术作为传统生产方式的一次重大变革,是传统生产方式有益的补充。宣扬3D打印技术将完全取代传统制造业这种观点是一种严重的误导,既不科学,也不符合实际,是不可能做到的。关键原因在于,我们生产生活中所需要的任何商品,都具有功能性,而任何功能性的商品都是由不同的材料制造的。我们生产生活中需要很多种类的商品,但是我们每一个家庭不可能都成为工厂,去采购许多种材料。如果我们需要的任何东西都靠自己打印,首先是成本将大大超过商场中购买的同类商品;其次,传统制造业经过数千年的发展,在生产工艺等方面都比3D打印技术更为成熟。

3D打印技术:传统制造技术的有益补充

四川大学制造科学与工程学院先进制造技术省级重点实验室、CAD/CAM 研究所在快速原型制造技术、数字化设计制造技术、数控机床技术等方面有较好的研究成果。其研发的3D 打印机等多种快速原型制造设备已成功应用到与宁江机床、远景数控机床等企业合作项目的研究工作中,在仪器设备创新设计、钢结构建筑关键环节零件制造等方面起到很好的促进作用。

3D打印技术的核心是使用增材技术从而带来生产方式的变化。3D打印机不可能替代传统机床,而是会与传统机床和制造技术形成一个互补关系,带来机床生产工艺的改进。随着3D 打印的普及,大批量的个性化定制将成为重要的生产模式。

目前中国3D打印技术产业联盟成员均为3D打印相关研发单位和企业,如何让市场和传统产业更多地了解3D打印技术,成为当前工作的重中之重。因此,吸纳涵盖机床、汽车零部件、工程机械等领域的传统制造业企业成为联盟成员,是当前主要工作任务之一。

虽然无法替代传统产业,但3D打印与传统产业相结合,将带动并引领传统制造业大发展是大势所趋。中国虽然已经跃居制造业产值第一大国,但想要长期保持优势地位,单纯依靠传统技术难以为继,必须借助3D打印等先进技术。

3D打印技术不是要替代传统制造技术,与传统制造技术相比,其优势和劣势都非常明显,两者之间是很好的互补关系。

3D打印技术的确有许多神秘之处,既节能又环保,既能解决许多复杂的高难度加工难题,又能够作为工业设计和文化创意产业的重要载体,有许多值得我们期待的地方。通过深入研究后我认为,3D打印技术与传统制造业的互补性非常强,而不是要替代传统制造业。

3D打印技术相对传统制造技术来讲的确是一次重大的技术革命,用“颠覆”传统制造技术来形容也不过分,它能够解决传统制造所不能解决的技术难题,能够为传统制造业的创新发展注入新鲜动力。但是,传统制造业经过了数千年的积累和发展,已经在生产工艺、生产技术、材料等方面非常成熟,并形成了配套完善、功能齐全、社会各界广泛认可的产业基础。

从3D打印的技术原理来看,我们设计师设计的任何复杂的、高难度的、传统制造方式不能生产的产品,利用3D打印技术都可以轻松地打印出来。但是,传统制造业所擅长的批量化规模化生产、精益化生产,恰恰是3D打印技术的短板。比较来看,3D打印技术是擅长解决个性化、复杂化、高难度的生产技术,而传统制造业擅长的则是批量化和规模化生产。二者之间优劣态势正好形成互补关系,而不是谁替代谁的问题。因此,3D打印技术本身不是要取代传统制造业,也不能取代传统制造业。

至于3D打印技术要替代传统制造业,这种观点是一种严重的误导,既不科学,也不符合实际,是不可能做到的。关键原因在于,我们生产生活中所需要的任何商品,都具有功能性,而任何功能性的商品都是由不同的材料制造的。我们生产生活中需要很多种类的商品,但是我们每一个家庭不可能都成为工厂,去准备许多种材料自己加工。如果我们需要的任何东西都靠自己打印,首先是成本将大大超过商场中购买的同类商品;其次,传统制造业经过数千年的发展,在生产工艺等方面将比3D打印技术更为成熟。

自主创新是制造业转型升级的关键

从各国发展经验看,任何一个工业化后起国家都无法摆脱模仿的过程。通过模仿,熟悉了生产过程,培养了产业工人。但是,这仅仅是一个过程,是工业化起步时期的特殊阶段。如果较长时期停留在模仿这个环节,不仅是对知识产权的践踏,而且一定没有未来。

由于我国工业化和城市化起步晚,工业基础特别是科技人才严重短缺、科技发展滞后。为了实现创新立国目标,我们制定了“引进—消化—吸收—创新—再创新”的技术路线图,对“消化、吸收、创新”做了严格的区分。今天,我们在这里研讨创新,重点是谈再创新和原始创新。

关于“再创新”,我的理解是:消化、吸收、创新之后,在原有技术成果基础上的新跨越,而不是原有技术的简单翻版,更不是模仿。国际上任何一项技术的重大突破几乎都是没有事先参照的,是一次革命性的突破。

凡是成功的创新几乎都有一条规律,那就是消化、吸收所付出的成本一定是引进成本的5~10倍。也就是说,我们谈引进是需要付出代价的,但是消化、吸收是否还需要再付出比这多得多的代价,好像一直还存在争议。根据实践来看,消化、吸收还需要付出比引进时更大的成本和代价。

青岛南车集团四方机车在“消化、吸收”方面所花的成本是引进成本的7倍,这些费用就是研发成本。上海振华重工在20年前悄然起步,靠100万元创业,白手起家,能够在短短的20年实现销售收入200多亿元,连续10多年保持全球港口机械市场75%的市场份额,靠的就是创新。成都飞机工业集团生产的枭龙战机,为什么引起欧美的广泛关注?说明我们的技术已经有了大幅度提升,接近甚至超过了他们的水平,才会如此紧张。

创新一定是要有真东西、硬功夫,绝对不是靠花拳绣腿。我们在研发的过程中一定要沉得住气,实实在在地搞科研,不要浮在面上,不要在模仿上做太多文章。要多练基本功,敢于在原始创新上多做文章,做足文章。最近几年,我们的专利申请量位居全球第一,但是我们并没有诞生全球领先的产品技术,我们的专利大多数还是实用新型专利,发明专利和国际专利还非常少。

另外,我们也不要把创新寄托在别人的身上。过去的教训告诉我们:好的技术是用钱换不来的,用市场也换不来。汽车就是一个典型的例子。过去我们走了很多弯路,今天我们还得从头开始,从基本功开始。