重塑美国制造:3D打印能挽回制造业颓势吗?

2017-05-31 14:23:00 时代周报 分享
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波音737 MAX 8已经完成它的首次商业飞行。 CFP供图

  时代周报特约记者 梁耀丹 发自广州

  当地时间5月22日,马来西亚马印航空完成了波音737 MAX 8的首次商业飞行,开启单通道飞机市场的新时代。

  5月16日,波音公司刚在西雅图庆祝了这架飞机的交付。这个畅销的机型迄今为止已经获得来自全球87家客户的3700多架订单。

  与此同时,美国通用电气公司(下称“GE”)航空总部的工程师们仍在埋头研究3D打印技术。就在这之前,他们用3D打印机“打印”出的19个燃油喷嘴被安装到了737 MAX的LEAP-1B引擎中,这一技术代表着迄今为止增材制造(即3D打印)在航空工业最具标志性的应用。来不及庆祝,他们又踏上了新的征途。此前,GE相关负责人曾表示,到2020年,3D打印的航空发动机燃料喷嘴将达到4万个。

  在美国,像GE这样将3D技术应用到工业上的制造商数量正在逐渐增加。有人提出,在3D技术的影响下,“重塑美国制造业”这一口号正在成为现实。

  GE的“伟大制造”计划

  科摩位于距瑞士边境仅5公里的意大利北部湖区,几十年来,岸边的面料工厂生产的丝绸成就了纽约、巴黎和米兰等时装公司的辉煌。而如今,一家特殊的制造厂出现在这里,正在进行着一项和3D打印技术有关的“伟大计划”。

  GE公司的这座工厂位于意大利Talamona市的一个小镇上。该厂主要使用3D打印设备来制造漩涡式喷嘴。据悉,GE公司为这些升级的涡轮和压缩机零部件制造设施总共投入了1000万欧元(约合人民币7711.7万元),并经过了两年的建设,使其成为GE最先进的制造中心之一。

  过去几年来,GE一直在其全球诸多研发中心加大对3D打印技术研发的投资,这些研发中心的所在城市包括上海(中国)、班加罗尔(印度)、慕尼黑(德国)、尼什卡纳(美国)等。

  公开资料显示,从2003年GE启动3D打印技术的项目开始,如今,3D打印技术的应用已逐渐延伸到了GE旗下所有业务领域。

  在自身研发3D打印技术的同时,GE也在收购业内的专业打印公司。2012年,GE出资收购3D打印技术公司莫利斯科技(Morris Technologies),而就在去年,GE又宣布收购德国概念激光公司(SLM Solutions)和瑞典Arcam AB两家3D打印技术公司。业内人士分析,这一系列收购使GE从3D打印行业最大的用户跻身最大供应商之列。

  所有这些,都是GE“伟大制造(Brilliant Manufacturing)”计划的一部分。

  查尔斯·吉尔曼是GE航空部3D打印技术研发中心的研究人员之一。他表示,直到2011年GE的航空部门准备用增材制造工艺生产LEAP喷气发动机的燃料喷嘴时,GE在3D打印领域的努力才广为人知。

  “在GE将3D打印应用到生产流程的计划中,首先选择燃料喷嘴是基于现实的考虑。一台喷气式发动机上有19个燃料喷嘴,如果一个或几个出现故障不会形成灾难性的后果。而且,燃料喷嘴的结构非常复杂,如果使用传统的切削工艺制造成本非常高,而且喷嘴设计也受到很多限制。”吉尔曼表示。

  GE航空部3D打印技术研发中心负责人格雷格·莫里斯表示,相比传统技术,3D打印制造出的燃油喷嘴耐用性是传统的5倍,重量却只有25%,预计最终年产量可达3.5万件。

  而在近日,GE还对外宣布打算在10年内卖出1万台3D打印机。“这是一个巨大的数目,也是我们投资这么多钱的原因。”GE增材部门高级销售总监表示。

  “分散式制造”趋势

  美国总统特朗普在竞选时就曾表示,贸易行政令将为美国制造业的复兴打好基础。事实上,无论是在美国还是中国,“美国制造业复兴”的话题在近几年来一直受到关注。

  还在1970年代时,1950多万美国人通过在工厂打工赚取薪水。这一数据此后便持续减少。1999年,美国“新经济”时期,制造业在美国GDP中的比例只有16%。到了2001-2002年进一步缩水到14%,金融危机爆发后,制造业产值占美国GDP的比例已不到13%。尽管如今现状已经好转,制造业就业人数在2009年时创下1150万人的最低纪录后有所恢复,但未没有回到理想的水平。

  人们寄望于新技术的出现可能改变供应链,从而扭转美国制造业的不景气局面—3D打印正是其中之一。

  美国国家标准与技术研究所(NIST)透露,采用3D打印和其他新兴技术,可以使美国制造业每年节省1000多亿美元,并且能够推动其创新和增长。据该非营利机构称,增材制造是制造商更有效的选择,3D打印本身可以节省达41亿美元,这相当于生产成本减少18.3%。

  3D打印新闻网站3DPrint.com的创始人布莱恩·克拉森斯坦表示,3D制造业的增长可能会改变全球劳动力市场,随着中国制造业成本的上升和美国经济的下滑,富士康等大型制造企业的就业机会可能开始消失。

  西门子公司预计,未来五年内,3D打印成本将降至五成,而速度也将提高五倍。咨询公司Gartner认为,尽管3D打印的市场份额在2015年只有16亿美元(约合人民币110.1亿元),到2018年,这个数目将达到134亿美元(约合人民币922.3亿元)。

  3D 打印为什么会对传统制造业造成冲击?3D 打印技术公司Hubs联合创始人布拉姆·兹瓦特举了一个形象的例子:“通过在家里附近的3D打印技术公司定制商品,不一会公司就能打印出来送到你的楼下了。那么,工厂基本都会倒闭。与其把1000台机器放在同一个地方,为什么不把1000台机器放在1000个地方呢?”

  布拉姆·兹瓦特提到的是“分散式制造”(Distributed Manufacturing)的场景。早在2015年的达沃斯论坛上,“分散式制造”被列为最重要的技术趋势之一。

  根据普华永道近日公布的最新调查报告,美国国内制造商在不同程度上使用3D打印技术的占总数大约2/3,与2014年以前35%的比例相比已经大大增加,其中,56%的人认为未来3-5年内会有超过半数的同行使用3D打印。

  除此之外,美国在各个行业领域也都开始了3D打印技术的全面应用,包括军工制造领域和海军战舰上。

  在法律层面,3D打印在美国也得到了完善。2016年5月11日,美国前任总统奥巴马签署了《保护商业秘密法案》,该法案赋予当事人对窃取3D打印等商业秘密的行为在联邦法院进行起诉的权利。而且在医疗领域,3D打印的医疗设备必须获得食品和药物管理局(FDA)批准后方可销售。

  尽管从被过度吹捧的炒作期进入到相对成熟期,3D打印技术未来依然充满挑战。

  上述普华永道报告指出,受访制造商表示,3D打印技术最大的障碍是设备成本过高,缺乏专业人才和技术(分别为41.3%和42.1%),其次是最终产品质量不确定度(33.1%)和打印机速度(25.6%)。

  值得一提的是,几乎同一时间,制造商认为产品质量的不确定是最大的障碍(47%),其次是缺乏专业人才和技术,然后才是成本问题。

责编:陶文冬