2024 年 3D 打印將如何影響供應(yīng)鏈彈性？

2023年底，拜登政府宣布成立一個致力于供應(yīng)鏈彈性的工作組。一個月后，美國國防部 (DoD) 發(fā)布了首份國防工業(yè)戰(zhàn)略，列出了與其供應(yīng)鏈相關(guān)的目標(biāo)。根據(jù)增材制造 (AM) Research 的《軍事和國防增材制造》報告，僅美國國防部就有可能在 2023 年直接在增材制造上花費3 億美元。



這些努力標(biāo)志著下一個制造業(yè)時代（即工業(yè) 4.0）的制度基礎(chǔ)。在供應(yīng)鏈彈性的保護下，出現(xiàn)了更大的可持續(xù)性問題。雖然大眾認(rèn)為企業(yè)和國家的努力是由利他主義驅(qū)動的，但是資源枯竭、全球變暖以及正在發(fā)生的無數(shù)其他生態(tài)危機也是影響物流的主要問題。畢竟，如果沒有足夠的資源來制造產(chǎn)品，也沒有足夠的化石燃料將產(chǎn)品運往海外，那么相關(guān)的供應(yīng)鏈就沒有真正的彈性。

因此，物流網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)兩個問題是密切相關(guān)的。增材制造可能不是解決這些問題的靈丹妙藥，但如果要維持工業(yè)社會的外觀，高效生產(chǎn)最接近使用點的優(yōu)化零件的能力可能會在解決這些問題中發(fā)揮關(guān)鍵作用。為了了解 3D 打印將如何在可持續(xù)地支持供應(yīng)鏈方面發(fā)揮作用，有外媒咨詢了兩家該領(lǐng)域的專家公司：惠普和Replique。

惠普的供應(yīng)鏈彈性
與 3D Systems 和 Stratasys 等主流企業(yè)相比，惠普在增材制造市場上相對較新，于 2016 年推出了首款系統(tǒng)。不過，它憑借多噴射融合 (MJF) 技術(shù)迅速占領(lǐng)了聚合物 3D 打印市場。

這一在增材制造領(lǐng)域創(chuàng)下的記錄，加上這家科技巨頭現(xiàn)有的成果，其處于構(gòu)建支持物流網(wǎng)絡(luò)所需的數(shù)字制造基礎(chǔ)設(shè)施的理想位置�；萜諅�性化和 3D 打印全球市場推廣主管 Dave Prezzano 反思了最近發(fā)生的事件對惠普自身增材制造業(yè)務(wù)的影響。

他表示：“COVID-19 暴露了傳統(tǒng)制造方法在應(yīng)對供應(yīng)鏈中斷方面的弱點。這種經(jīng)驗使我們更加注重提高供應(yīng)鏈的彈性，這在推動企業(yè)從設(shè)計到大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)過程各個方面的方式發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變。因此，革命性的工業(yè) 4.0 技術(shù)，尤其是 3D 打印，作為一種可以應(yīng)用于生產(chǎn)過程多個階段的整體工具，越來越受歡迎。這種重新關(guān)注將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到能夠承受供應(yīng)鏈波動的業(yè)務(wù)的做法，推動了各行各業(yè)的更多企業(yè)轉(zhuǎn)向 3D 打印，因為 3D 打印相對于傳統(tǒng)工具的優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)出來。因此，我們有機會與各行業(yè)的公司合作并合作，將新的、創(chuàng)新的 3D 打印應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實。”


△John Deere與 GKN Additive (Forecast 3D) 合作，通過制造 HP Metal Jet 打印閥門來轉(zhuǎn)變其農(nóng)業(yè)機械供應(yīng)鏈，即使在極端天氣條件下也能實現(xiàn)生產(chǎn)力的大幅提高、環(huán)境效益和高質(zhì)量的零件功能。隨著制造業(yè)物流網(wǎng)絡(luò)的弱點暴露出來，企業(yè)和政府已開始認(rèn)真解決這些問題。尤其是拜登政府，表現(xiàn)出了對這一問題的堅定承諾。

Prezzano解釋道：“白宮先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略的重點是重振制造業(yè)、建立強大的美國供應(yīng)鏈、投資研發(fā) (R&D) 以及賦予勞動力權(quán)力，該戰(zhàn)略概述了美國在先進制造業(yè)中處于領(lǐng)先地位的愿景——增長經(jīng)濟、創(chuàng)造就業(yè)機會、增強環(huán)境可持續(xù)性、應(yīng)對氣候變化、確保國家安全和改善醫(yī)療保健。3D打印有潛力對全球制造生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的積極影響，在國家的支持下，我們有動力繼續(xù)成為創(chuàng)新的領(lǐng)軍者，將技術(shù)和制造融為一體�！�

然而，全球供應(yīng)鏈問題的核心在于它們是全球性的，現(xiàn)代制造業(yè)依賴于世界各地參與者的合作，這意味著這些問題的解決也需要國際支持。對于像惠普這樣幾乎遍布每個大陸的公司來說，可以利用在多個國家的活動來建立更強大的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。


△HP 3D 打印解決方案以一流的速度和成本促進無縫批量生產(chǎn)和大規(guī)模個性化，以及能夠更好地控制作業(yè)到作業(yè)、打印機到打印機的新功能，徹底改變了供應(yīng)鏈。

Prezzano 說：“CHIPS 法案的通過以及其他措施表明，美國不僅致力于優(yōu)先考慮供應(yīng)鏈的彈性，而且對利用技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的可能性持開放態(tài)度。惠普的個性化和 3D 打印業(yè)務(wù)與其他國家合作開展這些工作，并探索提高全球供應(yīng)鏈彈性的新方法。我們看到世界各地都在努力改變我們開發(fā)和生產(chǎn)商品的方式，從 3D 打印到人工智能和其他非技術(shù)工具和實踐，隨著越來越多的全球企業(yè)優(yōu)先考慮支持供應(yīng)鏈彈性的工具，預(yù)計將看到更多國家采用供應(yīng)鏈優(yōu)先的方法，從而更多地利用工業(yè) 4.0 技術(shù)來實現(xiàn)此類工作流程�！�

可持續(xù)供應(yīng)鏈
作為一家數(shù)字庫存初創(chuàng)公司，Replique 可能不具備惠普那樣的影響力，但作為化工巨頭巴斯夫的衍生品，它可能擁有部分影響力。此外，它還擁有了解制造業(yè)在全球物流網(wǎng)絡(luò)中的作用以及這些網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)方面的可持續(xù)性的專業(yè)知識。鑒于其對供應(yīng)鏈數(shù)字化和備件的關(guān)注，該公司具有獨特的優(yōu)勢，可以更全面地了解情況。

Replique 首席運營官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Henrike Wonneberger 博士表示：“在 Replique，我們通過庫存數(shù)字化和按需生產(chǎn)來推動可持續(xù)發(fā)展，確保在需要時在正確的位置以正確的數(shù)量提供零件。通過數(shù)字庫存平臺和互聯(lián)的全球 3D 打印服務(wù)機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)這一目標(biāo)，使生產(chǎn)更接近需求點。我們相信，這種數(shù)字化生產(chǎn)方法對于通過共享數(shù)據(jù)并在整個價值鏈中實現(xiàn)高透明度來實現(xiàn)最高資源效率至關(guān)重要�！�


△通過 Replique 3D 打印平臺生產(chǎn)的金屬門檔

通過限制企業(yè)所依賴的實物庫存，Replique 能夠同時實現(xiàn)供應(yīng)鏈彈性和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。公司可以在必要時且最接近需求點時簡單地打印備件，而不是過度生產(chǎn)商品，從而同時減少制造和運輸方面的生態(tài)足跡。

Wonneberger 解釋道：“我們正在通過庫存數(shù)字化來解決普遍存在的間接庫存問題。這就消除了報廢廢棄零件的需要，這些零件占總庫存的 20-30%，此外，我們的分散制造網(wǎng)絡(luò)使公司能夠在全球任何地方生產(chǎn)零件，從而減少運輸路線和相關(guān)排放高達(dá) 90%。使用現(xiàn)有的合格網(wǎng)絡(luò)進一步使公司能夠利用 3D 打印，而無需在現(xiàn)場維護自己的打印機，從而優(yōu)化整體生產(chǎn)能力。”

庫存數(shù)字化的能力不僅限于大型制造商，因此即使是規(guī)模較小的企業(yè)也可以提供傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)成本高昂的 3D 打印備件。Wonneberger 表示，這反過來又延長了精品制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品的使用壽命。


△左側(cè)為原始腳帽，右側(cè)為 3D 打印重新設(shè)計的腳帽

可持續(xù)供應(yīng)鏈中增材制造的未來
3D 打印還遠(yuǎn)未成為解決供應(yīng)鏈中斷問題的真正、可持續(xù)的解決方案。然而，隨著行業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展，它將越來越能夠解決全球制造業(yè)帶來的問題。

對于Replique來說，這意味著改善其生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，以進一步縮短‘最后一英里’，從而減少運輸對環(huán)境的影響。“最后一英里”問題是在產(chǎn)品和用戶之間真正實現(xiàn)響應(yīng)速度更快、更有效的路線的關(guān)鍵因素之一。該公司還積極致力于新型可持續(xù)材料的研究，例如來自回收漁網(wǎng)的可打印顆粒。雖然這顯然是一種對生態(tài)有益的材料選擇，但回收將在制造業(yè)中發(fā)揮持續(xù)更大的作用，作為避免與資源枯竭相關(guān)的供應(yīng)鏈中斷的一種手段。

同時，惠普也將致力于以自己的方式實現(xiàn)分布式制造的目標(biāo)。與此同時，進一步的自動化將降低 3D 打印的總體成本，使其成為一種更可行、更可擴展的制造技術(shù)。Prezzano 表示：“3D 打印是在未來十年為更多企業(yè)和行業(yè)實現(xiàn)本地化、按需生產(chǎn)的方式，這一信念已深深融入惠普的長期業(yè)務(wù)和產(chǎn)品戰(zhàn)略中。除了去年針對 3D 聚合物和金屬發(fā)布的先進自動化功能之外，惠普還在不斷迭代其軟件、硬件和固件，以使‘熄燈’工廠的概念成為現(xiàn)實�；萜罩铝τ谡故� 3D 打印如何與自主移動機器人 (AMR) 和自動導(dǎo)引車 (AGV) 等其他高性能技術(shù)集成，其目標(biāo)是繼續(xù)降低 3D 打印技術(shù)的總擁有成本，并依靠其互補優(yōu)勢隨著客戶在美國擴大增材制造商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，工業(yè) 4.0 中的生產(chǎn)力優(yōu)勢將得到進一步提升�！�

展望未來，很明顯增材制造的可持續(xù)性不僅取決于技術(shù)進步，還取決于對增材制造過程每個階段對環(huán)境影響的全面了解。該行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方法正在不斷發(fā)展，越來越強調(diào)整個生產(chǎn)周期中協(xié)作努力和透明度的需要。這就是行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的見解變得無價的地方。Replique 的 Wonneberger 博士提出了一個概括增材制造不斷發(fā)展的前景的觀點。她說：

“為了增強增材制造的可持續(xù)性，可持續(xù)性數(shù)據(jù)的透明度和可見性將發(fā)揮越來越重要的作用。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，行業(yè)內(nèi)的合作至關(guān)重要。通過數(shù)字連接，可以提供參與增材制造流程的每個人（從材料到打印機生產(chǎn)再到后處理）的可持續(xù)性數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)集中在一個平臺上可以提高透明度，并逐個改善環(huán)境影響。此外，持續(xù)研究環(huán)保材料、采用回收工藝和促進按需制造實踐也是關(guān)鍵步驟。支持增材制造環(huán)保實踐的政府激勵措施和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以加速向更可持續(xù)的未來的過渡。最后，推廣共享印刷資源的概念，如集中印刷服務(wù)局，可以顯著優(yōu)化生產(chǎn)能力，減少能源消耗，并最大限度地減少浪費�！�

Wonneberger 博士的這一見解強調(diào)了增材制造中采用整體可持續(xù)發(fā)展方法的重要性，其中生產(chǎn)鏈的每個要素都考慮其對環(huán)境的影響。隨著我們的進步，將這些原則融入增材制造實踐的核心對于塑造供應(yīng)鏈可持續(xù)和有彈性的未來至關(guān)重要。