3D打印启动第三次工业革命“自造者”时代来临

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  “午安!”一走进店里,店员笑吟吟地送上问候,周一中午的上班时刻,店里泰半座位都被坐满了。这家位于日本东京涩谷的FabCafe咖啡厅,空气中飘着咖啡香,一切看起来就跟一般咖啡厅没两样。然而,这家咖啡厅在过去两个月里,受到许多科技博客的关注,甚至连美国颇具盛名的科技网站“The Verge”都特地撰文介绍。究竟FabCafe特别在哪里?
  让更多人一起玩科技
  “一年前,这里其实是我们的会议室。”日本设计公司Loftwork创意项目协调师铃木真理子说,作为一家具有实验特性的设计公司,他们时常举行大大小小的“工作坊”,邀请朋友来体验。“那时同事说,为什么我们不把这里改成咖啡厅,让更多人可以跟我们一起玩?”就是这个灵光一闪,让Loftwork的老板们决定要开一家具有实验性质的咖啡厅。一开始,店里只提供镭射切割服务,不论是墙上摆的木头雕刻,或是高挂的有着精致雕花的牛仔裤,只要消费者提前预约,就能在FabCafe玩镭射切割服务。
  去年11月,他们有了更多新点子,LoftWork找来3D打印机经销商iGUAZU与3D打印顾问公司K’s Design Lab合作,希望透过体验的方式,让3D打印机走入消费大众。
  为了让更多人认识3D打印的魅力,他们在今年情人节这天, 针对女性消费者提供3D打印服务,只要扫描脸部,就能打造专属的人像巧克力。
  有别于二次工业革命大量制造的主流,他们认为,未来的工业革命将更重视每个人的差异,科技也将不再遥不可及,而是在每个人的生活里。
  不只是日本,3D打印技术在全球各地的应用更是五花八门,几乎所有的物品都可以透过它来制造。有人用3D打印技术设计立体时装;运用3D打印技术建造的建筑物即将在荷兰出现,预计明年完工;Urbee汽车是世界第一款3D打印汽车,其中除了最重要的引擎与底盘之外,大部分零件都是3D打印而来;也有人从网络下载枪支构造图,就此“印”出枪支;还有人“印”出会飞的遥控飞机,甚至造出全世界第一片可食用的“人造肉”!
  其实这项技术已存在近30年,直到最近几年才重获注意。《经济学人》杂志认为,继19世纪瓦特发明蒸汽机,以及20世纪流水线生产之后,3D打印将会掀起“第三次工业革命”。
  诸多管理学与经济学的理论
  将被颠覆
  波士顿咨询集团(BCG)高级合伙人太田直树预测:“苹果公司迟早会采用3D打印方式,来制造符合顾客喜好的手机等产品。也许终于有一天,iPhone手机可以从苹果手机连锁店,或是干脆从消费者家里的打印机直接‘印’出来。”也就是说,未来的产品生产,将会像用打印机一样方便。
  不仅如此,未来的工厂变得完全不一样,同一个工厂的3D打印机可以既生产茶杯,又能制造汽车零组件,以及量身订制的医疗产品,这将颠覆管理学与经济学的诸多理论。
  3D打印所带动的技术革新是典型的“破坏式创新”,尽管3D打印主要适用于小量生产,但是其打印的产品,可以远远优于传统制造业生产的产品,更轻便、坚固、客制化,可直接组装成形且成本更低。
  3D打印研究机构Wohlers Associates指出,3D打印市场快速成长,尤其自己动手做(DIY)市场蓬勃发展。该机构初估,2012年销售达16亿美元,2013年应可突破20亿美元,预估到了2019年整体市场将达65亿美元。换言之,3D打印全球产值将在7年内成长3倍。
  一旦3D打印被广为接受,那么对世界的意义会是什么?
  趋势一:制造业回流先进国家
  英国拉夫堡大学3D打印专家理查德·海格(Richard Hague)表示,3D打印对经济有深远的影响,企业再也用不着把各种商品堆积在仓库中,再将其配送出去,因为,产品可以按照用户需求在当地打印出来。这种类型的3D打印模式,不但大规模减少仓储需求,也削减运输成本,还可以帮助美国将制造业从海外迁回,“海外制造已经没有任何优势,只会导致运费增加。”
  趋势二:机器即工厂
  人人都是创业家
  3D打印技术让产品设计到制造之间只有一个“打印”按钮的间隔,第三次工业革命将会由大规模制造转向个人化生产,打破跨国代工产业链。
  3D打印设备龙头厂3D Systems,在今年发布消费型3D打印机Cube,可以制造如小玩具、棋子等简单的产品。这将掀起客制化的工业革命,未来五金行也可能会放一台3D打印机,提供各式各样的零件,以满足不同客户需求。
  趋势三:产品创新速度加快
  随着3D打印机价格迅速下降、设计软件越来越强大,以及更多的打印材料推陈出新,意味着设计人员能更方便地使用3D打印机,使他们在设计过程中,就能随时打印出原型产品进行修改,有助于加速创新。
  例如,当2010年苹果首次推出iPad后,4天之内,就有人利用3D打印代工服务商Shapeways所提供的代印服务,在4天内生产出保护套,整整比其他竞争对手快了一个月。
  趋势四:少量多样 个性化商品更为风行
  以往,若要请工厂帮你制作客制化商品,若没有一定的数量,开模、打样的成本肯定不划算;但有了3D打印,就变得易如反掌。未来专业代印服务势必逐渐普遍,可以随时应你的需求打印商品,甚至只要到便利商店就可以实现你的需求。
  麦肯锡的研究报告指出,这股自造者(自己制造产品)产业化的趋势,将改变制造业的未来:未来15年内,将有超过18亿消费人口,加入这股新制造产业价值链中。
  趋势五:门坎降低 创意设计才是王道
  3D打印代工服务商Shapeways执行长彼得·威萧森(Peter Weijmarshausen)认为,3D打印一层一层把材料堆栈起来的制造方式,让一些无法开模制造的特殊产品,也有机会被制造出来。因此,3D打印普及后,制造业门坎降低,产业价值链将加快由制造端位移至设计端。   趋势六:3D医疗为健康带来新革命
  如今在医学界,客制化的助听器、齿模已经逐渐为医界使用;甚至以钛粉打印,经由特殊设计,更容易与人体紧密结合的人工骨骼、关节,已有很多手术成功案例。
  此外,位于英国爱丁堡的赫瑞瓦特大学,研究人员透过3D打印技术,成功制造全世界第一个肝脏组织。美国的Organovo公司,则制造出全世界第一台商业化3D生物打印机,以自体干细胞生成原料后一层一层堆栈成血管壁,已成功长出静脉血管。未来若有一天,肾脏、心脏等大型脏器能被制造出来,且实验证明不会有后遗症,器官移植将变得很容易,人类的寿命可能大大延长。
  但是3D打印所带来的负面效应也不容小觑,例如:枪支管制。其中,最大的挑战将会是——如何保护智慧财产权。一旦所有实体物品都能转化成3D数字图文件,它们就会变得容易复制与传播,盗版的风险相当大。而如果盗版成风,就没有人愿意花重金投入研发设计。
  尽管如此,破坏式创新的历史已经证明,3D打印不会停止脚步。随着时间推移,所有的困难点与阻碍都会被克服。或许哪一天,我们就可以住在自己打印的房子里,吃着自己打印的糖果,穿着自己打印的衣服,开着自己打印的汽车……(编辑/袁红)
  小辞典 3D打印是什么?
  3D打印(英语:3D printing),即快速成形技术的一种,它是以一种数字模型档案为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,透过逐层打印的方式来构造物体的技术。
  3D打印的设计过程是:先透过电脑辅助设计(CAD)或电脑动画建模软件建模,再将建成的3D模型“分割”成逐层的截面,从而指导打印机逐层打印。打印机透过读取档案中的横截面讯息,用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来,再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。
  无所不“印”全面入侵你的生活
  1休闲
  印出来的跑鞋
  2012年伦敦奥运后,一名伦敦皇家艺术学院学生Luc Fusaro宣称,以3D打印技术量身订做的单片跑鞋,重量仅96克,让运动员在百米赛跑中增速0.3秒。
  2服装
  印出来的立体时装
  荷兰女服装设计师Iris van Herpen运用3D打印技术,打造立体感的时装设计,无论是用透明材质做出水花飞溅效果的礼服,还是犹如人体骨骼般细腻复杂结构的立体服饰,令人啧啧称奇。
  3军事
  印出来的一把枪
  美国Wiki Weapon团队,从网络上下载了枪支的构造图,并使用3D打印机打印出了AR-15的下机匣。经过多次改良,目前该团队已研制出可连续发射600发子弹的下机匣。
  4医疗
  印出来的人工骨骼
  2011年6月,一位83岁的女性骨髓炎患者在荷兰接受手术,成为3D打印颚骨的第一位受惠者。这个下颚骨采用高精密镭射层层融合钛粉制成,没有使用胶水或黏合剂,在金属中植入晶格状的天然骨骼内部结构,易与病人自身的骨骼接合。
  印出囚笼,关住细胞
  荷兰达尔特大学(University of Twente)纳米研究院采用被称为“边角平面印刷”(Corner Lithography)的纳米级3D打印技术,印出可以装下一个软骨细胞的“金字塔囚笼”,未来可望应用在癌症治疗,用此概念锁住癌细胞。
  5 交通
  印出来的飞机
  航空龙头波音公司研究利用3D打印技术,将机翼逐层印出,然后接合成形,包括787梦想飞机所用的32种组件。波音宣称,3D打印可以降低30%的零组件重量,进而节省燃油成本。
  印出来的跑车
  比利时的Formula Group T团队以一种名为“巨兽级3D打印”的技术打造塑料材质外壳,创造一辆叫作Areion的单座跑车,最高时速可达140公里。
  6住宅
  印出来的建筑物
  荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars使用一种名为D-Shape的巨型3D打印机,打印6米乘以9米的零件,再用这些零件拼接成建筑物,并命名为“景观房(Landscape House)”,实体建筑将于2014年竣工。
  7食物
  印出来的人造肉
  美国Modern Meadow公司使用生物3D打印技术,以活细胞构成的“生物墨水”为原料,成功生出长2厘米、宽1厘米、厚度小于0.5厘米的可食用人造肉品。
  第三次工业革命
  正在启动中
  第一次工业革命
  时间:1730年~1870年
  特点:发明蒸汽机
  机器取代传统手工业
  第二次工业革命
  时间:1870年~1914年
  特点:流水线生产
  发明电报与无线通讯系统 等新科技;福特汽车导入 流水线,提升生产效率
  第三次工业革命
  时间:1980年~
  特点:3D打印技术兴起
  革命性技术,可做出传统
  工艺做不出来的商品
  生产流程大进化
  1 锻造
  利用压力改变金属形状,使它符合后续制程的要求。
  2 磨床
  利用磨具研磨,以获得所需的形状、尺寸,或使表面精密化。
  3 钻孔
  用钻针钻出后续制程所需的定位孔、零件孔等。
  4 组装
  整个制程经过上述步骤,最后经由生产线组装。
  1 3D绘图
  将想要制造的物品利用3D CAD绘图软件或扫描输入电脑,形成3D数字档案。
  2 数字切片
  电脑软件会再将上述3D数字档案中的物体,进行2D“数字切片”,物体会被“切”成一层一层的数据数据。
  3 传送到
  打印机
  将数据传送到3D打印机内。
  4 输出产品
  就像2D打印机打印平面档案一样,此时3D打印机喷嘴会依据数据数据喷出材料,一层一层地堆栈出立体物品。
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