3D打印推动制造业深化，深度剖析微型工厂的发展与逻辑-aau3d打印

高端鞋垫制造商Superfeet于2018年在美国华盛顿洲开了其第一家鞋制造工厂-Flowbuilt Manufacturing。该工厂并不是一家大规模生产鞋类产品的大型工厂，而是一家专注于小批量跑鞋快速定制化生产的工厂。

或许Superfeet这样的工厂还未曾引起大众或者是制造业的注意，然而，Superfeet这样的微型工厂（Micro-factory)正在更多的浮出水面。我们所看到的正是浮出水面部分的“冰山一角”，而在水面下还有着更多的“势能”在攒动。

在过去的几年里，空中客车、巴斯夫、通用电气等一大批大型企业已经建立了工业规模的3D打印内部创业模式。这些公司能够加速将3D打印集成到他们自己的制造流程中，以使用传统的制造方法来制造难以实现或成本太高的部件。 3D打印内部启动的概念正在迅速获得重视，并将在未来几年变得非常普遍。一家内部创业的公司可以使母公司把他们最聪明的一些人的注意力集中在3D打印创新上，同时保护他们现有的收入来源不受干扰。

另外，大多数大型企业已经建立了工业规模的3D打印COE（Center of Excellence)卓越中心（例如波音、强生、劳斯莱斯、宝马、GE等）。在这样做的同时，他们已经将3D打印相关的工作流程整合到关键业务流程中。卓越中心的好处是能够更好地完善现有的3D打印方法并为推广3D打印技术做准备，同时创建度量标准，重点改进设计创新，健全关键流程标准化，并重点改进质量和检验流程。 3D打印卓越中心还可以作为供应链合作伙伴的培训机构或体验中心，并未企业内部的团队提供培训机会。

近几年，即时医疗（POC）进入到我们的视野中，随着3D打印技术的不断完善和其他技术的不断完善，3D打印技术从教学医院和专业中心扩展到更广泛的医院系统。根据Materialise公司，即时医疗（POC）3D打印是指即时用3D打印生产的医疗设备，直接在医院进行生产，比如解剖模型。通常，即时医疗3D打印使用患者的医疗影像数据比如MRI，CT或者表面扫描。

无论是内部创业，还是卓越中心，或者是新的数字化制造流程，这些犹如“冰山下的势能”都在推动微型工厂（Micro-factory)以及中等规模工厂的出现。

在分布式制造的基础上，产品生产的单位时间消耗变得无足轻重，1万个分布式制造点生产出单个成品，与1万个成品在1个加工厂制造，其产能一样。而且前者无需仓储、物流的环节。

消费品微型工厂

“去中心化”是微型工厂和中等规模数字化工厂带来的一大改变，拿鞋业来举例，3D打印技术作为鞋类快速定制化生产链条中的一种重要工艺，受到了鞋类制造商的重视。3D打印为鞋制造商带来的不仅是无模具化和小批量定制化生产的能力，还有商业模式上的改变，包括3D打印、数字化设计、三维扫描在内的数字化技术催生了鞋制造商与消费者紧密结合的小规模、去中心化的制造模式，这与设计、制造与消费者相互独立的传统大规模生产模式有着显著的区别。

2017年以来，陆续登陆市场的几款带有3D打印鞋中底的运动鞋，例如阿迪达斯Futurecraft 4D,Under Amour Under Armour Architech，匹克Future I，都是运动鞋制造商在小批量定制化生产方面所进行的尝试。

个性化、离散化汽车制造工厂

即使是最难以撼动的汽车制造业，也在悄然的发生变化。虽然3D打印与汽车制造的结合之路还很长，这其中除了制造技术，软件技术将发挥举足轻重的作用，在具体的制造实施中，包括产品设计和迭代的快速数据收集以及定制生产复杂的机电一体化系统，这些都需要软件和物流系统的集成来提供“无缝”的制造环节的衔接。

不过一方面是传统造车厂和互联网新势力造车厂动辄上百亿的电动汽车研发与制造的投入，另一方面市场上还出现了一股个性化定制汽车的潮流，试图将汽车的设计与制造变得个性化和离散化。

在这方面，只需按一下按钮，即可定制汽车和摩托车。典型的案例是加州创业公司Hackrod，Hackrod计划通过个性化设计和3D打印彻底改变移动解决方案的生产。西门子为公司提供数字创新平台，这是一个集成的软件包，可以顺利实现从设计和开发到车辆生产的整个过程。

对于Hackrod的创始人来说，生产集成也是西门子平台的决定性优势。它有助于克服所谓的“死亡之谷”，即从设计意图到产品推向市场的过渡过程中遭遇失败。

工业增材制造消除了在大批量生产中所需要的昂贵的模具的需要，而且传统铣削或成型机器无法难以加工这些利用人工智能创建的仿生力学结构的外观设计。

Hackrod为其未来主义设计开发了特殊的多轴3D打印机，由Siemens-Sinumerik控制单元控制。这台设备有四米宽，超过七米半长，高约三米。更重要的是它的多样性，它不仅可以打印，还可以扫描，然后通过精密机床进行最后的精加工。

这是一种车库级别的离散生产形态，可以说是将微型工厂（Micro-factory)的“微”概念发挥到了极致。La Bandita是全球首款采用虚拟现实技术设计的个性化汽车。由碳和铝制成的Speedster车身结构，通过西门子产品生命周期管理（PLM）软件中的智能设计程序获得了优化的车架。由精确的生产软件控制，La Bandita车身结构在车库大小的3D打印机中逐层实现。

类似的企业正在涌现，另外一家叫Local Motors的企业，其旗下设立了一家从事汽车小批量生产的微型制造工厂- LM Industries，他们没有像传统汽车制造商那样配备大规模生产线，而是通过互联网众包设计、3D打印等数字化技术进行低速电动汽车的快速制造。LM Industries 称自己为数字化OEM（原始设备制造商）。

LM Industries和Hackrod代表了一种全新的工业制造模式，特别是对于中小型企业而言，Hackrod开辟了在没有大型生产线的情况下针对客户需求量身定制的创新汽车推向市场的可能性。

虽然，这种模式处于早期阶段，未来是否能够在汽车制造领域占据一席之地还需市场的验证，但这种借助3D打印等技术实现按需生产的制造模式对于制造企业探索未来的柔性生产服务模式有一定参考价值。

数字线程赋能3D打印从原型走向批量生产

微型工厂的背后是数字化的整体解决方案平台。关于数据如何改变商业本质，计算如何重塑经济未来，王坚博士在《在线》一书中提到“今后的制造业也一定要靠云计算和大数据来做支撑。一种新型经济，就该这样成长…过去衡量一个国家的经济水平怎么样，就看它用了多少电，而未来衡量一个国家的竞争力，看它用了多少计算能力。”

这并非是想像中的事情，而是已经成为现实。连接的制造设备提高了运营和服务的效率，根据3D科学谷的市场观察，当前Carbon的3D制造解决方案就通过计算提供了数字化生产的效率。而世界上一些最具安全意识的大型财富100强企业能够轻松连接到Carbon的设备来实现数字化生产，这其中包括几家汽车制造商、航空航天公司和名牌消费者公司。

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图：数字贯穿设计与制造始终

连接制造设备的主要优点是能够有效地监视和控制操作并更新硬件。由于系统是远程监控的，因此连接的系统可以加速客户支持。专家可以使用可用的确切机器参数进行远程故障排除，从而使客户无需识别和传达有关该问题的上下文信息。来自连接设备的操作数据还允许更精确的预测性维护，因为可以监控性能下降，并且可以提醒员工在影响生产之前解决问题。

拿Carbon举例来说，Carbon的客户通过其计算机上的浏览器直接访问3D打印机，以便在防火墙内部准备和打印文件。Carbon设备连接到安全的服务器，传输到这些服务器和从这些服务器传输的所有数据都是加密的，以确保所有数数据在Carbon设备或Carbon服务器的任一端在设备上解密。登录设备可利用云对用户进行身份验证并确认其打印授权。

在Carbon的打印界面中，请求打印帮助是无缝的。如果客户选择分享他们的零件，则会明确标注并要求确认他们打算与Carbon分享他们的零件。例如，定制助听器制造商Earlens Corporation与Carbon共享代表性的设计数据，并利用Carbon的无线（OTA）软件更新功能来提高制作定制助听器所用生产模具的准确性。

Carbon证明了可以开发出可在单台或多台机器上实现高重复性质的强大流程。随着3D打印技术被纳入更大的制造供应链中，根据3D科学谷的市场研究，人工智能在3D打印车间的运用将发挥两大作用，一是提升工艺的自动化提升水平；第二个优势是人工智能通过算法来获取数据中的规律，赋能制造工艺不断精进，并并加速所生产的产品商业化进程。当然，当前的3D打印工作流程中，由于没有足够的数据，人工智能尚未发挥主要作用。

目前，3D打印行业对于人工智能对3D打印行业价值的理解还处于非常原始的阶段。不过正如《在线》一书所提到的，算法是计算经济的灵魂，一旦数据流动起来，它的价值将呈几何级数增长。而在3D科学谷看来，价值在制造业的体现就是数据与算法的结合将加倍“奖励”那些市场上形成一定规模和影响力的行业领跑者。

根据3D科学谷的市场研究，在这些数字化工具的赋能作用下，3D打印行业不断实现从原型生产到大批量生产的飞跃，也将出现更多的离散化的微型工厂，使得制造不仅实现按需生产，还实现就近生产。

星星之火可以燎原

微型工厂的出现代表了分布式制造的发展特点，这种特点将改变制造模式和就业模式。从政治经济学的角度来看，现有的资本主义生产关系的实质是以生产资料私有制为基础的雇佣劳动制度。资本家占有生产资料，包括土地、厂房、机器设备、工具、原料等等，由被雇佣的劳动者付出劳动获得薪酬。