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《世界博览》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

《世界博览》由中华人民共和国外交部主管,世界知识出版社主办,为国家百种重点期刊之一。创刊于1984年,曾伴随跨世纪的一代少年、青年一步步走向成熟,名字为众多的中国人所熟悉。

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3D打印能拯救美国制造吗?

2012-12-12 21:47:05

3D打印能拯救美国制造吗?

借助3D打印,那些曾经被新兴市场夺走的生产岗位,也许能重新回到美国手中。

文 朱隽

 

上世纪50年代,纽约是主宰世界的城市。这里也是美国制造业之都,是服装生产中心、糖加工工业和机器制造业中心,四通八达的高速路连接着城郊的大片住宅区和工厂。1950年,有100多万人在这里从事制造业;而今天,这一数字已下降至区区8万,这些人受雇于家具厂、食品加工商和曼哈顿服装中心区,为专业生产商制作微不足道的日用产品。

20世纪50年代以后,在曼哈顿兴起了LOFT生活艺术潮流。艺术家将随处可见、空空如也的废弃仓库改造、搭建成自己的艺术空间,这已经隐隐预示着纽约城作为制造业中心的衰落。而现在,这个衰退已经蔓延到整个美国,甚至所有西方老牌制造业强国。世界的制造业中心,从纽约转移到美国西部,再从美国西部转移到日本、到中国。而现在,东南亚和巴西正摩拳擦掌,随时准备着迎接这一头衔的到来。

2011年以来,《经济学人》接连推出数期重磅的封面报道,致力于探讨发达国家制造业的复兴。在这些专题中,有一个执着的观念逐渐浮出水面——也许,只有发生第三次产业革命,才能挽救美国制造业的颓势。

 

美国制造在担心什么

中国的制造真的比美国强吗?严格意义上来说,并不是这样。

一百多年以来,美国一直是世界制造业的领头羊,如今以绝对实力而言,仍然与中国并驾齐驱。麻省理工学院校长苏珊•霍克菲尔德援引数据称,美国制造业的总产值与中国基本持平,而所用的劳动力仅为中国的10%。另一方面,美国制造业贡献的产值仅占到美国GDP11%

不可否认的是,尽管制造业产值在美国经济中并不占据主要的地位,政策的制定者却依然注重制造业的发展,美国用于研发的资金中有68%用于制造业。究其原因,无非是因为制造业既可以创造就业岗位 ,又可以遏制生产技术的外流,同时又有助于经济发展和创新。

苏珊•霍克菲尔德同时兼任奥巴马政府的“先进制造业合作计划(AMP)”的主席,AMP是最近新创立的一个项目,旨在联合企业与高校一同创造就业岗位、提升竞争力。

奥巴马任上尤其对“复兴制造业”表现出相当的热心。20123月份,这位总统就公开提议,要投资10亿美元建立“全美制造业创新网络”,以带动制造业创新和增长。

这一提议在8月底成为现实,白宫发表声明,表示将在俄亥俄州的扬斯敦建立一家制造业创新研究所,研发3D打印技术。美国国防部、能源部和商务部等5家政府部门将共同出资4500万美元,剩下的4000万美元由当地的企业和社会机构募集。

这一次,“3D打印技术”这个概念粉墨登场,在《经济学人》的数次渲染中,这个名词即将成为所谓“第三次产业革命”的核心,俨然成为提振发达国家制造业的救星。

 

产业革命的可能性

按照传统的说法,第一次产业革命开端于英国伦敦,机械取代了手工劳作,诞生了现代意义的“工厂”;第二次产业革命发生在美国的西雅图,由福特开创的流水线工业生产使得规模化生产成为可能。而第三次产业革命,也许即将发生在南卡罗来纳州,它的历史使命则是使工业回归单个产品的精细加工,在数字化的帮助下,降低定制产品的成本。

查克•胡尔(Chuck Hull)的3D Systems公司总部就位于南卡罗来纳的落基山下。从外观上看,那只是一幢不高的建筑,没有人会联想到这里将会是第三次产业革命的发端之地。

而在厂房里面,则是一派未来工厂的景象。在数十台机器的包围下,只有两名工作人员在聚精会神地工作。他们坐在控制室的玻璃窗后面,唯一的工作就是对着屏幕敲击键盘。厂房里的机器,无一例外,都是打印机。但匪夷所思的是,它们在打印的不是普通的纸样,而是各种更实在的东西。有些机器足足有汽车那么大,有些则只有微波炉大小,有的在“打印”珠宝,有的在“打印”义肢或者汽车零件,这些被打印出来的东西,20%是样品,其他都是可以直接使用的商品。

查克•胡尔是个和气的白胡子老头。现年73岁的他拥有60多项专利,其中一项名为“立体平板印刷”的专利奠定了3D打印技术的基础。这个专利非常简单:使用一束紫外线让一层薄薄的液态塑胶凝固,并不断重复这个过程,一层层叠加在一起,就能成为立体三维的样品。由于喷头可以使用电脑操纵,只要在电脑上设计好了喷涂的图样,就能浇塑出你想要的任何形状。

现在,许多消费品、机械零件和建筑模型都可以用3D打印的形式制作样品,供工程师,设计师和客户评估效果。任何的改动都可在几个小时内重新打印,而不像以前那样需要几周时间制作模型。有些设计师已在使用塑料和尼龙材料“打印”可以穿的鞋和衣服——除真皮,和衣服相关的所有人造材料都能“打印”出来。

3D打印技术带来的革命,更多地体现在“让成本上更自由”这一点上。在过去的规模化制造业中,模具的制作成本不菲,小批量生产的个性化产品往往在核算成本后被迫放弃。而现在,3D打印能让设计师生产出这类个性化产品,毫不费力,也不会花太多的代价。

减轻重量,也是3D“打印”出来的零部件的一大魅力。3D打印中,物品是一层一层地浇筑上去的,这就可以做到物尽其用。在传统的工厂中,生产时需要增加侧翼和支架,以便机器能将半成品搬运、研磨、铸模等,还要提供一个平面将零部件用螺栓栓住或焊接在一起。3D打印机可以打印出整个物品,省去了组装这一步。

它还会省下一大笔原料成本。在航空航天业中,金属零件常由昂贵的钛固体坯加工而成,这可能意味着90% 的材料被砍削掉,而且这些碎屑对飞机的制造已毫无用处。用钛粉“打印”飞机门上的支架甚至卫星部件,就是将废弃的材料重新利用。      另一方面,3D打印依赖强大的电脑软件生成极其复杂的设计,并用3D打印将其转变成实物——对设计师来说,这是一种全新的设计语言。它甚至有助于一些特殊行业的应用,比如与自然界天然产物相关的职业,比如说医疗。

比利时公司Materialise使用3D打印工艺生产一系列产品——主要是医疗设备。例如,在金属植入体中注入健康的、晶格状的天然骨骼内部结构,生产出的产品会比机械加工品更轻便,强度却不会有任何降低,且更易与病人自身的骨骼接合。对Materialise来说,更重要的是,现在他们能够随意按患者的实际需要设计出合适的产品,而不用再去经受模具工厂的盘剥了。

 

制造业回流美国的秘密

任何形式的革命,都意味着生产、生活或思考方式的解放。被发达国家舆论抬升到“产业革命”高度的3D打印技术同样如此。伴随而来的,必然是整个产业的模式变革和观念解放,这才是重点。

至少对美国和其他发达国家来说,它们希望从3D打印的变革中获得的,并不仅仅是极客们的奇思妙思,而是整个世界制造业版图的重新分布。它们希望一些很久前被新兴市场夺走的生产岗位,能借此重新回到发达国家手中。

千诗碧可是一家在美国销售香薰蜡烛的公司,从前这些蜡烛都是在中国制造并运往美国的。而美国提高了进口蜡烛的税率后,去年6月,这家位于马里兰的公司在总部附近开设了一家高度自动化的工厂,理由并不是海外劳动力成本上涨,而是因为拥有一家能够进行研发的美国工厂有利于公司对市场新趋势做出更快的反应。

过去很多公司都采用了“中国+1”式战略,通常在亚洲生产力成本较低的国家另设生产基地。现在这个思路正延伸为将生产设备都移回发达国家——因为一旦市场风向有变,公司很难迅速做出反应。

一般来说,供应链各环节库存时间共计约30天,过去,任何新设计至少6个月后才能变成产品。现在,公司在两三周内就可将设计转化为成品送到消费者手上。

正如《经济学人》提到的事实,随着3D打印等高自动化、数字化的产业兴起,劳动力成本正变得越来越不重要:一台499美元的第一代iPad,只有约33美元的劳动力成本,其中在中国总装的成本只占了8美元。境外生产正逐渐搬回发达国家,并不是因为中国工人的工资正上涨,而是由于公司现在要更贴近他们的客户,这样他们才能更迅速地依据需求来改变产品。

据波士顿咨询集团估计,到2020年,目前美国从中国进口的工业产品中,有10%30%可在其国内生产,这将每年给美国增加价值20亿~55亿美元的产值。

 

一种新型的产业关系

这种产品设计者与客户之间的新型产业关系,淋漓尽致地体现在3D打印领域中的一家公司Quiirky上。这家公司并没有离开纽约,两台3D打印机、一台激光切割机、几张铣床、一间喷漆房,及其他廖廖可数的设备组成了一个小工厂。Quiirky的主营业务,是为别人的创意定制产品。

Quiirky每周推出两种新的消费品。用户的点子如果有足够多的人喜欢,产品开发团队便设计出原型,用户可以对其进行点评,并为营销出谋划策。然后,Quiirky就负责找到合适的制造商并销售产品,并给提出点子的设计者提成。

迄今为止,Quiirky最成功的产品是一种蛇形的插线板,售价29.99美元,带有可调节插座的延长电线。顾客可在这种可变插座中插上不同类型的充电器,使用起来更加方便,销量突破了20万,其设计者高中生杰克•锡恩已获利12.4万美元。

Quirky类似的社群式制造厂在纽约地区快速繁殖,这些新创制造业的特色是,高技术密集而非人力密集,特别是软件技术密集。这些工厂的最大价值,不是制造,而是服务。而3D打印技术则让这类型社群式制造厂的存在成为可能。

利用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,社群协同制造的关系会改变制造流程,借此打破跨国代工产业链。这是发达国家对3D打印产生的期待。

 

中国的噩梦,还是美国的春梦

这会是中国制造的噩梦开始吗?

3D打印最大的优势是增加机器就可以提高产能。而且机器是一次性投资,仅需考虑电费,人力加工却要不断投入。更大的颠覆在于柔性供应链。在传统制造业模式中,客户提出生产需求时,须根据市场预期确定每批生产数量后开展批量生产,一旦工厂投入运作,即使供过于求或供不应求,生产线亦难以停下。而3D打印则可先打印实验性产品,依据市场反馈效果后再做决定。

未来3D打印将使一些传统制造中心的地位下降。例如深圳手机业的优势在于高效的供应链系统,上下游均能清晰掌握市场的走势,一旦产品滞销或者热销即可调整生产策略。但在3D制造时代,这些都不重要。3D打印可随时即开即停,工厂无论设在深圳还是美国,均可获得足够的产能与响应速度,人力成本、技工水平均可忽略不计。

然而,不可否认的一点是,现在的3D打印产业,技术上的突破仍没有达到临界点,对精细工业来说,材料和设计的成本仍然高昂,多数只适用于产业的上游企业。

据行业网站的数据显示,2011年全球3D打印市场规模为17.1亿美元,预计2012年将增长25%21.4亿美元,2015年将达到37亿美元,相比起其他传统产业来说,这点产值仍然微不足道,可以说依然摆脱不了概念阶段。

 

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