3D打印顛覆傳統(tǒng)，制造業(yè)企業(yè)如何從容應對？

來源：新材料在線

有人認為，第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來，隨之而來的將是前所未有的變革和機遇。作為此次革命的核心驅(qū)動力，數(shù)字技術(shù)正在變得越來越快捷和經(jīng)濟，帶給更多人看得見、摸得著的切實利益。隨著人工智能 (AI)、機器學習、生成式設計和大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)正在加速各行各業(yè)的發(fā)展，3D 打印技術(shù)也正在一步一步地顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來的深遠影響是不可估量的，這一點無可厚非。但工業(yè)4.0時代不僅需要新的技術(shù)，還需要新的技能和新的思維與工作方式。對許多企業(yè)來說，這一變革非同小可，因為這意味著要注入新的投資、實施組織變革和提升員工技能。而為了增強客戶關(guān)系和吸納新業(yè)務，這種變革是必須的。企業(yè)必須作出積極轉(zhuǎn)變，擁抱工業(yè) 4.0。

王利博制圖

解鎖新的可能性，需要思維上的轉(zhuǎn)變
以 3D 打印為例，3D打印技術(shù)，即增材制造技術(shù)，可以通過不斷疊加和黏合材料層，從無到有地構(gòu)建出一個完整的功能部件，而無需建造注塑模具。這一轉(zhuǎn)變對制造流程和產(chǎn)品形態(tài)所產(chǎn)生的影響是巨大的。3D打印帶來了整體效率的提升——不但縮短了設計周期，降低了總生產(chǎn)成本，還縮短了從生產(chǎn)到交付的時間。

影響還不僅于此，3D打印技術(shù)還改變了設計師和制造商的工作方式，他們所采用的技術(shù)以及所需的培訓也完全不同以往。首先，3D打印技術(shù)可以說為設計師和工程師們打開了一扇全新的大門，讓他們有充分的自由空間，發(fā)揮自己的創(chuàng)意靈感，擺脫以往的限制和束縛。

因為無需再使用注塑成型的模具，即使是為大批量生產(chǎn)而設計，設計師也不再需要考慮拔模角度或接縫的問題。簡而言之，他們需要摒棄種種來自傳統(tǒng)制造業(yè)的桎梏。工業(yè)4.0時代需要的是全新的思維模式、設計思路和技能，因為增材制造可以允許設計師創(chuàng)造出更復雜、甚至前所未有的新部件，固守傳統(tǒng)的設計思維會漸落人后。

其次，不同于傳統(tǒng)制造業(yè)的線性工作流程，3D 打印要求設計師和工程師在流程的每個節(jié)點都要更緊密地協(xié)作。傳統(tǒng)的制造流程中，設計師和工程師之間的互動十分有限，設計師完成產(chǎn)品設計后，交由工程師開展原型構(gòu)建和測試工作，之后再構(gòu)建注塑成型的模具并進行批量生產(chǎn)。然而，這也意味著針對功能方面的考量僅僅出現(xiàn)在開發(fā)周期的后半階段，包括材料性能、結(jié)構(gòu)完整性和設計耐用性等。

而3D打印生態(tài)系統(tǒng)則鼓勵構(gòu)建一個集成度更高、互動性更強的流程。設計師必須從設計周期伊始就考慮一個零部件是如何制造出來的。全新的 CAD 技術(shù)（即計算機輔助設計技術(shù)）已經(jīng)可以支持在設計視覺構(gòu)建期間就將功能因素也納入考量，因此工程師也必須在設計初期就參與進來。

新的數(shù)字技術(shù)帶來新的機遇

3D打印還為設計師和制造商帶來了學習和應用新技術(shù)的機會。生成式設計和機器學習這兩大創(chuàng)新技術(shù)是促成這個機遇的關(guān)鍵。隨著數(shù)字化制造的普及，CAD技術(shù)也在不斷發(fā)展和更新。現(xiàn)在的 CAD 軟件已經(jīng)可以與虛擬現(xiàn)實 (VR) 或增強現(xiàn)實 (AR) 技術(shù)結(jié)合使用，支持設計師將計算機生成的任一圖像疊加到真實場景中。而且 CAD 軟件的操作也變得更加簡單易懂，有些甚至是專為非專業(yè)程序員打造的。這些趨勢正在推制造業(yè)的大眾化，讓每一個具有設計創(chuàng)造力的人都有機會成為一個制造者。

自動化的生成式設計軟件能支持設計師快速查看零部件設計，并基于所選材料、生產(chǎn)方法和成本約束等數(shù)據(jù)參數(shù)生成多種設計排列方式。工程設計領(lǐng)域的領(lǐng)導者歐特克(Autodesk)提出，AI 系統(tǒng)可通過應用生成式設計原則，從單一設計中自動生成多種高性能的產(chǎn)品選擇。這對設計師來說大有裨益，因為他們可以舉一反三，在AI系統(tǒng)生成的成百上千個更多的設計作品中挑選出一個最符合其重要標準的設計。此外，原始三維設計文件還能夠直接連接到 3D 打印機，計算出精確的材料使用量并快速地進行原型構(gòu)建，避免浪費。

企業(yè)如何幫助員工更從容地應對轉(zhuǎn)變

面對眾多可供選擇的新工具和新技術(shù)，如何打造合適的工作環(huán)境和員工支持系統(tǒng)是企業(yè)邁向數(shù)字化制造轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一步。首先是鼓勵工程師接觸新技術(shù)并進行積極嘗試。這些工程師們已經(jīng)習慣于傳統(tǒng)的注塑成型工作流程，在面臨學習新技能時可能會感到有些挑戰(zhàn)。但在嘗試新工具、學習新技能的過程中，他們會體驗到全新的設計力量。探索新功能，發(fā)現(xiàn)自身局限，將有助于激發(fā)新的思維方式。

在工程師嘗試熟悉 3D 打印技術(shù)時，持續(xù)性的培訓必不可少。在惠普，30％的 Indigo 打印機工程師都接受了增材制造設計 (DFAM) 培訓。從麻省理工學院到南洋理工大學，一些世界知名的高校也推出了在線課程和短期課堂培訓，向處于職業(yè)生涯中期的工程師介紹 3D 打印的基礎知識、應用和商業(yè)意義。

惠普還為處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的客戶提供諸多幫助。為了更好地了解客戶的需求及其當前的制造方式，我們從生產(chǎn)線入手，去查看生產(chǎn)線上的不同組件，了解每個零部件的應用和標準。這樣，我們可以識別出能用3D打印技術(shù)更優(yōu)化、更快捷生產(chǎn)的部件，從而最大限度地降低成本或減少對現(xiàn)有生產(chǎn)周期的影響。以這樣的方式，我們與各個公司合作，幫助他們確定在制造流程中哪些零部件的生產(chǎn)可以用3D打印技術(shù)替換。

讓下一代做好迎接數(shù)字化制造的準備
隨著工程和設計變得越來越密不可分，混合高等教育課程也將在下一代工程師中越來越普及。倫敦帝國理工學院和賓夕法尼亞州立大學等高校已分別開始提供設計工程綜合碩士學位和增材制造與設計工程碩士學位?；萜杖ツ?10 月推出的 HP-NTU 企業(yè)實驗室也將專注于開發(fā)關(guān)于增材制造設計的教育課程，涵蓋數(shù)據(jù)管理、安全性、用戶體驗和業(yè)務模式等領(lǐng)域。

這些課程將設計思維、工程知識和實踐相結(jié)合，能夠為畢業(yè)生提供促進數(shù)字化制造發(fā)展所需的技能。在短短幾年內(nèi)，他們將成為加速和規(guī)范數(shù)字化制造的主力軍。

行業(yè)的發(fā)展日新月異，如果制造商能夠采用正確的工具和技術(shù)并激勵員工探索創(chuàng)造性解決方案來應對業(yè)務挑戰(zhàn)，那我們將有機會解鎖無數(shù)嶄新的商機。