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3D新聞

3D打印的前景誘人,用不高的成本加工出獨一無二的定制式物體

星之球科技 來源:百度2022-03-21 我要評論(0 )   

引言增材制造又稱為3D打印,是通過把一層又一層的材料沉積下來形成一個完全符合數(shù)字設(shè)計規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的物體,可以用于打印包括粉狀金屬和高分子化合物在內(nèi)的材料。和這個生...

引言


增材制造又稱為3D打印,是通過把一層又一層的材料沉積下來形成一個完全符合數(shù)字設(shè)計規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的物體,可以用于打印包括粉狀金屬和高分子化合物在內(nèi)的材料。和這個生產(chǎn)過程不同的傳統(tǒng)機(jī)械加工是通過將材料鉆洞、切割、掏空來做出各種形狀的物體。


3D打印的誘人前景是用不高的成本就可以加工出獨一無二的定制式物體,這些物體可以供軍用,也可以供商用,這樣就可以大大加快從設(shè)計到產(chǎn)品生產(chǎn)的進(jìn)程,減少材料和能源消耗。其中最樂觀的前景是使生產(chǎn)制造大眾化?!敖o我打印一把斯特拉迪瓦里小提琴吧。”《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》2011年2月10日的封面上這么寫著,故事的主題是“一種新的制造科技將如何改變世界”。這種科技不但可以將新的工業(yè)世界的創(chuàng)新潛能完全釋放出來,舊的工業(yè)世界也會獲益良多,因為舊的工業(yè)世界就是一個不斷更換磨損零部件的世界,從髖關(guān)節(jié)到牙齒再到發(fā)電機(jī)的零部件,到達(dá)年限后都需要更換。美國國防部每年要把可以買好幾百把斯特拉迪瓦里小提琴的錢花在更換磨損了的國防設(shè)備零件上。



如果這些零配件可以需要更換時再生產(chǎn),美國國防部就不用支持多家供應(yīng)商了。因為現(xiàn)為每家供應(yīng)商需要同時開幾條生產(chǎn)流水線來生產(chǎn)零部件,還要建很多倉庫來裝那些暫時用不著的零件,這樣一來,節(jié)省的開支就真是太大了。這種誘人的前景使得美國國防部理所當(dāng)然地就成了NAMII這個項目的主要出資人。這些技術(shù)的最終客戶和供應(yīng)商跨越了好幾個產(chǎn)業(yè):航天、醫(yī)療器械、新材料、再生能源、汽車、建筑等。但是,想要讓這些產(chǎn)業(yè)的主要參與者對3D打印進(jìn)行重大投資時,他們都對這種技術(shù)持懷疑態(tài)度,認(rèn)為3D打印技術(shù)可能就只是在原型機(jī)制造方面有點用,還認(rèn)為這種技術(shù)可能只能打印出塑料的物體。3D打印其實已經(jīng)存在了好幾十年了。



但是由于種種原因,用途有限,比如質(zhì)量、性能達(dá)不到要求,現(xiàn)在使用的打印材料打印出來的物體不夠耐用,打印機(jī)要很長時間才能打印出一個物體來。如果這些技術(shù)發(fā)展到了可以和快速生產(chǎn)零部件的儀器結(jié)合在一起,而產(chǎn)品又能夠達(dá)到精密機(jī)械加工要求的地步的話,很多企業(yè)都會受益。但是要投入多少資源才能達(dá)到那一步是非常不確定的,因此風(fēng)險非常高。NAMII首先要解決的就是這些問題:要開發(fā)的技術(shù)有跨產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的潛力,但是要把不同產(chǎn)業(yè)的參與者調(diào)動起來,才能把技術(shù)變成可以投放市場的產(chǎn)品,而沒有一個企業(yè)可以接受這樣的風(fēng)險,技術(shù)的好處又太分散了,沒有一個企業(yè)可以獨自占有。



發(fā)展3D打印技術(shù),把它在各個產(chǎn)業(yè)中傳播開來要克服這么多困難,NAMII的建立過程可以讓我們深入了解政府如何利用財政撥款來召集、推動來自不同產(chǎn)業(yè)的私營企業(yè)結(jié)成同盟。政府最初提出要為項目提供3 000萬美元的經(jīng)費(fèi),這個提議使得大學(xué)、產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和州政府的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來,組成了好幾個互相競爭的同盟。最后,美國政府將要提供的3 000萬美元吸引了私營企業(yè)界4 000萬美元的投資。贏得了這個項目的同盟與其競爭對手的不同之處不是他們技術(shù)上的優(yōu)勝,而是他們表現(xiàn)出來的要把跨國企業(yè)、中小型企業(yè)、社區(qū)學(xué)院、大學(xué)都調(diào)動起來,為徹底改變區(qū)域性制造業(yè)而奮斗的決心,這種決心讓我們相信,他們設(shè)計出來的制度是可行的。



獲勝同盟列舉的支持者有86家企業(yè)、10所研究大學(xué)、9個勞動力發(fā)展成員(其中包括社區(qū)學(xué)院)、18家非營利性機(jī)構(gòu)(包括本·富蘭克林合作者機(jī)構(gòu)等)??萍悸?lián)系中心在同盟形成過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,是一個區(qū)域性的合機(jī)構(gòu),成員包括卡內(nèi)基美隆大學(xué)、凱斯西儲大學(xué)兩所大學(xué),還有總部設(shè)在俄亥俄州的蒂姆肯公司。這對研究性大學(xué)來說是一種全新的合作方式,但是其中一位大學(xué)的系科主任又說道:我們意識到,我們做的很多工作都是推動制造業(yè)發(fā)展的,盡管我們沒有給我們的工作打上這樣的標(biāo)簽,也沒做過這方面的推廣。這些主要參與者把提案的寫作過程和制度建設(shè)看作是把俄亥俄州東北部和賓夕法尼亞州西南部的供應(yīng)制造商通過先進(jìn)制造科技聯(lián)系起來的過程。



他們認(rèn)識到,要達(dá)到這個目的就要建立起一個廣泛的同盟,這就是為什么他們引進(jìn)了這樣的區(qū)域性發(fā)展機(jī)構(gòu)、社區(qū)學(xué)院和州立大學(xué),而這些參與者又引進(jìn)了很多和他們合作的企業(yè)。因為美國政府提供的經(jīng)費(fèi)大部分來自美國國防部,這個團(tuán)隊決定讓美國國家國防制造和機(jī)械加工中心,一家長期從事國防承包工作的機(jī)構(gòu),來對提案進(jìn)行審查。現(xiàn)在,NAMII已經(jīng)成立了,但是很多基本問題還沒有答案,它的任務(wù)是什么?它應(yīng)該如何運(yùn)作?誰能加入?這些問題還有待解決。雖然這家機(jī)構(gòu)剛剛成立,但還是值得一提的,因為它很可能成為一個把背景各異的合作方召集到一起的優(yōu)秀機(jī)構(gòu),而且已經(jīng)具備了相應(yīng)的架構(gòu)和機(jī)會。



關(guān)于誰能成為成員,問題還挺多的:一定要在該地區(qū)有實體設(shè)施才能成為成員嗎?既然經(jīng)費(fèi)是國防部這樣的美國政府機(jī)構(gòu)給的,其他地區(qū)的企業(yè)和大學(xué)應(yīng)該也可以加入吧?機(jī)構(gòu)的目標(biāo)是把該地區(qū)的供應(yīng)商和發(fā)明家及大企業(yè)聯(lián)系起來,因此就可以把區(qū)外的企業(yè)排除在外嗎?外國企業(yè)可以加入嗎?如果它們想加入的話,是不是也要在該地區(qū)有生產(chǎn)設(shè)施,或者是起碼在美國有生產(chǎn)設(shè)施?就像半導(dǎo)體制造技術(shù)研究聯(lián)合體那樣,NAMII要根據(jù)形勢發(fā)展,決定哪一等級的成員可以用到哪一級的資源,這是一個需要不斷修改的決定。一個開放式的創(chuàng)新體系將要創(chuàng)造出很多公共資源,誰應(yīng)該獲得這些資源的商業(yè)價值呢?一個開放式創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的盈利策略藍(lán)圖應(yīng)該是怎樣的?



NAMII的成員中還沒有新創(chuàng)企業(yè),但是成員中有些小企業(yè)有3D打印的專屬技術(shù)。這些小企業(yè)面臨著一種獨特的風(fēng)險,一方面大家時拿到共同資源開發(fā)出來的技術(shù),但是大企業(yè)比它們跑得快,在新技術(shù)應(yīng)用中,小企業(yè)一定會落后,而且因為新技術(shù)出來了,自己原有的專屬技術(shù)又會被淘汰了。這就有必要為這些小企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)提供一定的保護(hù),這樣才能吸引它們加入到項目中來,但是如果保護(hù)太多的話,又恐怕會遏制新技術(shù)的發(fā)展。從事這個領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究的大學(xué)在和產(chǎn)業(yè)合作方合作時,就要重新考慮常規(guī)的知識產(chǎn)權(quán)規(guī)定是否適用。發(fā)表學(xué)術(shù)論文的通常做法會受到怎樣的影響?



如果NAMII要幫助技術(shù)商業(yè)化,而大學(xué)是NAMII的成員,這樣的身份會不會影響到大學(xué)作為非營利機(jī)構(gòu)的免稅地位?另外,美國政府以及其他贊助商,作為出資人會對機(jī)構(gòu)產(chǎn)生什么影響?美國國防部這樣的美國政府機(jī)構(gòu)最關(guān)心的可能是武器采購和國家安全問題,而區(qū)域性參與者的主要目的是重建區(qū)域經(jīng)濟(jì)。有些成員企業(yè)的營業(yè)收入很多依靠美國政府機(jī)構(gòu)的訂單,要完成訂單,它們又需要當(dāng)?shù)毓?yīng)商的配合。其他私營企業(yè)的主要市場可能是全球市場,它們的供應(yīng)鏈也更加靈活,可以用區(qū)域內(nèi)的供應(yīng)商,也可以外包給世界各地的承包商。有些美國政府出資機(jī)構(gòu)如美國商務(wù)部,它制度規(guī)定,項目一定要有勞動力培訓(xùn)的內(nèi)容。


結(jié)語


在這些方面,區(qū)域性的社區(qū)學(xué)院和就業(yè)機(jī)構(gòu)的觀點和經(jīng)驗都可以不一樣。要包容差異如此之大的多個參與方,要讓它們在策略藍(lán)圖繪制、公共設(shè)施建設(shè)等方面都有被重視的參與感,從而共聚同一機(jī)構(gòu)。要達(dá)到這樣的目的,機(jī)構(gòu)的治理架構(gòu)也要根據(jù)不同地區(qū)的情況因地制宜。


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