与大数据相结合的分布式制造是3D打印真正颠覆所在-国土报中文版

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一、新技术下的争议

3d打印技术是先在计算机上设计一个cad 3d模型，然后3d打印机将材料层层叠加，最后生产出产品。3d打印技术具有许多优点，例如按需制造、减少废弃副产品、各种材料组合、精确的实体复制、便携式制造等。这些优点可降低制造成本约50%，缩短加工周期70%，实现设计制造一体化和复杂制造。

目前，3d打印技术已经广泛应用于国防和军工、航空空航天、船舶和汽车等工业领域，但在民用行业如建筑业、医疗保健、玩具娃娃、服装和食品加工等领域才刚刚起步。

2012年4月，《经济学人》发表文章称，3d打印技术是第三次工业革命中最具象征意义的生产工具，这一技术与其他数字化生产模式的结合将推动第三次工业革命的实现。这个理论一出来，就有无数的反对声音。

这个行业最熟悉的例子是富士康科技集团董事长郭台铭的“逆向写作理论”。这位制造业大亨尖锐地指出，3d打印只是一个噱头，如果它真的能颠覆这个行业，“那我就把‘郭’这个词倒过来写。”

tcl董事长李东生认为，大多数关于3d打印的说法都是夸大其词。他不相信使用3d打印技术可以制造电视机，这从任何角度来看都是不可能的。这只是神话的颜色。

一种较为温和的观点是，3d打印技术是对现有制造业的补充和创新，而不是一场彻底的颠覆性革命。例如，萨夫兰亚洲投资基金(Safran Asia Investment Fund)的合伙人闫妍表示:“我不认为它会立即对该行业产生革命性的冲击，但它会逐渐改变。与互联网技术和干细胞技术不同，它深刻地改变了整个人类的生活方式。

为什么《经济学人》和这些专家学者之间有如此大的反差？

从生产制造工具的角度来看，3d打印技术只是制造业的一个补充，还存在一些技术缺陷。

首先，精确度不够高。在逐层制造的过程中，虽然每一层都会被计算机软件切割得很薄，但在一定的微观尺度上，仍然会形成一定厚度的第一级“台阶”，这就是所谓的台阶效应。

其次，印刷速度慢。3d打印服从“立方定律”，即随着体积的增加，打印时间和材料量将增加到三次方。如果你想打印一个两倍于原始体积的物体，需要八倍的时间和成本。

第三是机械强度差。受材料和成型工艺的影响，一些产品在耐久性和可靠性方面仍存在问题，长期使用和抗疲劳能力较弱。航空/航天工业和汽车制造业的金属3d打印除外。

除了上述主要缺点之外，3d打印技术还存在一些问题，例如材料种类少、材料昂贵以及机器不能通用。

沃顿商学院(Wharton School of Business)教授卡尔乌尔里希(Karl ulrich)在《华尔街日报》(The Wall Street Journal)撰写的一篇专栏文章中指出，“3d打印中的每一个材料单元都必须叠放在一起。”因此，3d打印速度非常慢。”据ulrich说，工厂里的一台注塑机每15秒钟可以生产100个完美的塑料勺子，但是最强大的3d打印机每10分钟只能生产一个勺子。"这将生产效率降低了4000倍。"从这个角度来看，3d打印技术在批量生产中没有优势。

与大数据相结合的分布式制造是3D打印真正颠覆所在

第二，3d打印真正的颠覆性力量:分布式制造与大数据相结合

那么，3d打印技术的优势是什么？为什么《经济学人》认为“3d打印技术是第三次工业革命中最具象征意义的生产工具”？让我们先来看看传统制造业的出现和销售模式。

传统的制造和销售模式是通过流水线作业在工厂制造产品，然后通过在线电子商务平台和线下销售渠道(批发商和零售商)将产品发送给全世界的消费者。主要缺点如下:

首先，在设计阶段，有很多设计作品被浪费了。制造商很难准确把握市场的具体需求。然而，由于开模成本高，他们不得不从许多设计中选择一个设计来生产，许多优秀的设计作品不能通过生产实现其价值。

第二，在产品生产和流通过程中，它会消耗大量的资源。生产前，原材料应通过物流环节运输到工厂；在生产过程中，主要采用模具铸造和机械加工，其造型能力受到所用工具的限制。物体的形状越复杂，制造成本越高；产品生产后，需要运输到不同的地方，这将占用许多资源，如能源、运输、仓储和人力。

第三，在消费者方面，产品可能不会被用户真正喜欢。传统制造方法生产的产品一般都有一定的刚性要求，但在创意和设计方面，它们可能不受用户欢迎。用户可以接受它，因为没有更多的选择。特别是对于用户需要的定制产品，传统的制造方法由于这个原因很难实现。

解决传统制造业中这些长期问题的最好方法是建立一个由大数据支持的设计师平台，并结合3d打印的“个性化定制”优势，在全球创建分布式制造点。其主要观点如下:

目前，3d打印中“打印速度慢、批量生产困难”的问题可以通过分布式制造来解决。《第三次工业革命》一书的作者、美国经济学家杰里米·里夫金的思想中已经反映了分配的概念，但他提出第三次工业革命的代表是分布式能源。作者认为分布式制造和分布式能源并不矛盾，但一是未来的工业生产方式，二是工业生产的动力。

在分布式制造的基础上，产品生产的单位时间消耗变得微不足道，10，000个分布式制造点生产一个成品，这与一个加工厂生产10，000个成品是一样的。前者不需要仓储和物流。

构建分布式制造点需要解决的核心问题之一是拥有一个基于大量设计工作的设计平台。

在这个平台上，任何不具备建模知识的人都可以及时与设计师沟通，设计出他想要的数字模型，然后通过3d打印机实现；另一方面，这个平台必须能够保证设计师是盈利的，并且设计师的创造力和创造性思维能够不断得到发挥。一旦这些问题得到解决，互联网和制造业就可以完全连接起来。有了完美的设计师平台，创新的想法可以在人们聚集的互联网上实现；通过使用3d打印机作为工具的分布式制造点，可以为制造点周围的普通用户提供定制产品。

与大数据相结合的分布式制造是3D打印真正颠覆所在

如何建立这些分布式制造点，我认为有三种可能性。首先，传统的小商品商店和零售店都是分布式制造点，如文具店、灯饰店、珠宝店、眼镜店、蛋糕店等。现在和将来，3d打印技术和传统制造方法可以结合起来完成一些产品的实现，如创意u盘、笔筒、灯罩等。；二是具有创新能力的“制造者”，他们将是未来分布式制造点的一个分支，他们可以完成一些新产品的实现；第三，具有一定经济实力的企业可以购买价格昂贵的工业级3d打印机，用各种材料生产汽车零部件、建筑、装饰、服装、鞋类等产品。

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这种创意设计平台和分布式制造的方式将形成一种全新的d2u(设计师对用户)商业模式。也就是说，在线设计师直接与用户联系，从而节省了大量的中间环节。

然而，如果3d打印产品与大数据平台相连，它们将产生更大的价值。让我们以作者团队开发的3D定制鞋为例，简要介绍该产品的优势。

基于大数据平台的三维定制鞋是三维打印技术在垂直商业领域的具体落地项目之一。通过对大范围人群的足部特征进行扫描和采样，这些信息被收集到云计算中心，形成具有大规模和详细分析的抽象数据。然后，结合三维打印定制生产的特点和传统制造批量生产的优势，将虚拟数据对象转化为物理成品。

准确的市场定位。由于地区、种族和个人特征等因素，人体足部的三维数据差异很大。传统的制鞋模型只能通过尺寸来估计，而不能跟踪各种足部疾病，如扁平足、高拱和先天性足部缺陷。然而，在3D定制鞋加大数据的模式下，前端准确采集单个脚型数据，后端分布式存储集群汇总海量数据。用户可以利用大数据平台的查询和检索功能，找到真正适合自己的鞋子，实现个性化定制；鞋类制造商可以根据特殊人群的脚型数据更准确地批量生产。

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良好的用户粘性。传统电子商务的优势主要体现在交易的便捷性上，但交易完成后，用户很少依赖平台本身。对于服务质量相同的电子商务，用户有很大的选择余地。对于人体大数据支持的平台，如三维鞋类电子商务，可以根据人体足部的生长发育随时调整；此外，一旦提供了某个阶段的足部数据，用户就可以适应不同品牌和不同类型的鞋。这两个特点将使用户能够持续参与在线和离线的互动，从而产生远远超过传统电子商务的用户粘性。

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平台垄断优势。大数据实施的对象是人。当一家公司掌握了足够多的人类数据，就意味着它掌握了足够多的实现可能性。“谁掌握了大数据，谁就掌握了人类。”3D定制鞋和大数据平台的结合是大数据登陆的绝佳入口。未来，无论是鞋类制造商还是其他传统的电子商务，如果你想获得用户的足部数据，就必须依靠大数据支持的三维鞋类电子商务；谁率先将这个平台推向市场，谁就有机会垄断数据。

与大数据相结合的分布式制造是3D打印真正颠覆所在

综上所述，基于大数据平台的3d打印分布式制造模式一旦形成，将会产生颠覆性的力量:

对传统电子商务的冲击。目前的电子商务运作模式是方便用户在互联网上交易，并通过物流向用户销售产品。未来，分布式制造无法达到一台3d打印机的手工水平，但生活在周围分布式制造点的人们可以在附近提供相应的产品。人们不需要在网上订购，他们可以在分布式制造站点的计算机中选择数字模型并打印出来。根据目前美国“每4公里一个3d打印”的流行程度，在中国这个人口众多的地方，分布式制造场所的辐射范围将会大大缩短。可以预见，在这种制造方式的影响下，电子商务的作用在未来将会大大降低，只有3d打印技术无法完成的产品才能销售，而物流的作用更多的体现在3d打印耗材的配送上。

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改变制造模式和就业模式。从政治经济学的角度看，现存资本主义生产关系的本质是以生产资料私有制为基础的雇佣制度。资本家拥有生产资料，包括土地、厂房、机器设备、工具、原材料等。，受雇的劳动者支付他们的工作。分布式制造模式的意义在于生产工具(3d打印机)不再被少数资本家垄断，每个工人都有很大的能力生产工业化产品，并将极大地提高他们的创新和创造能力。这种模式是对传统工业化大生产，特别是劳动密集型制造业的重要突破，将极大地提高人类社会的生产力，改变当前的产业结构乃至社会结构。

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三、3d打印技术的未来与展望

我们可以想象，未来的服装店会扫描顾客的身材数据，然后将其传输到云端数据库，并配合设计师的设计计划，打印出最贴近、最舒适的产品。这种时尚的设计和制作方法可以在家里完成，值得社会各界的广泛关注和考虑。

当然，现有的3d打印技术，尤其是桌面技术，不能达到无所不能的水平，但它也遵守摩尔定律。我相信在未来的5到10年内，3d打印技术将会有一个巨大的突破。

2014年9月，以色列塔米卡公司开发了一种弹性可降解面料“cosyflex”。用这种布料印制的内衣摸起来像真的布料。“cosyflex”采用了一项新技术，可以在3秒钟内制造出一次性内衣。该工艺可使用各种类型的液体聚合物，如天然乳胶、硅、聚氨酯、聚四氟乙烯和各种纺织纤维，如棉、粘胶纤维和聚酰胺，并可印刷各种类型的服装、绷带和运动服。

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2014年9月，东北大学的科学家开发了一种名为“纳米操作”的3d打印机。在几分钟内，纳米结构和电路可以通过使用导电、半导电或绝缘纳米材料(最小可以是25纳米)印刷在柔性或硬基底上。这意味着3d打印机将来可以直接打印芯片。东北大学的布斯纳教授充满信心。他认为我们可以在一两年内看到纳米印刷消费品。

2014年10月，惠普公司(Hewlett-Packard Company)正式推出了其最新的3d打印技术:多重喷射融合，其打印速度将超过目前最快设备的10倍。以批量生产1000个齿轮为例，使用高质量的激光烧结设备，这些齿轮至少需要38小时才能制造出来。有了新的多喷嘴熔化技术，只需3小时即可完成。

在产业布局方面，两大国际巨头3dsystems和stratasys已经在构建在线平台。Stratasys最近斥资1亿美元收购了在线设计师平台grabcad。其目的是完成设计者平台的集成，并为将来的分布式制造做准备。当然，这个目的是作者的推测，但它很有可能实现。

当3d打印技术和打印材料的精度和速度不断提高时，基于3d打印和大数据的分布式制造模式一旦普及，将会对现有的投资行业产生巨大的冲击。

以京东和阿里巴巴为例。自2007年第一轮融资1000万美元以来，京东已经建立了自己的物流。目前，该公司在全国36个城市拥有86个仓库，旨在减少物流和配送环节，并尽快将货物交付给消费者。从2013年6月开始，阿里巴巴还宣布计划在10年内分两个阶段投资3000多亿元人民币，建立一个物流网络系统，能够支持300亿元人民币的日均网上零售，并在24小时内配送到全国各地。

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但是，刘、马云和一些投资者并没有看到新的生产模式会改变物流系统。中国科学院计算机技术研究所上海分院院长、上海张江科技创业投资公司首席专家孔华为认为，3d打印对物流业的影响最大，“因为一些小东西，如杯子、装饰品、手机外壳、汽车零部件等，在物流中占了很大比重，尤其是以年轻人为主的网上购物。”然后，3d打印将带给人们的是，他们只能购买模板，然后节省运输成本和复杂性，在家里完成他们的产品。这似乎不太可能，但技术总是在进步。”

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