這款3D打印冰島魚類處理機藴藏着未來去全球化經濟的秘密——《華爾街日報》

冰島哈夫納夫約杜爾鎮，是一座建在熔岩原上的小鎮，擁有3萬居民，位於該國首都雷克雅未克以南。若有遊客造訪此地，多半是為參觀當地"隱形居民"的居所而來——這些源自北歐童話的矮人與精靈，曾激發J.R.R.托爾金的創作靈感。

在一座不起眼的萬平方英尺建築內，藏着一家全天候運作的製造工廠，以幾年前尚不可行的方式生產魚類加工機零部件。該建築所有者Curio公司創始人埃利迪·赫雷因松表示，他所設計的機器若採用傳統工藝，有些部件將難以甚至無法制造，3D打印技術改變了這一局面。

“在冰島，我們就像海中的孤石，無法輕易四處求援，“赫雷因松先生説，“必須掌握全流程自主生產能力。“他銷往全球的機械設備中，有100多個零部件是通過7台Desktop Metal公司製造的3D打印機完成的。這種不鏽鋼部件打印技術跳過了傳統制造的所有環節——從原型製作到鑄造或注塑成型（後者通常需在亞洲完成，可能使產品從設計到交付延長數週甚至數月）。

如今，隨着圍繞3D打印的炒作熱潮逐漸消退——不再有2010年代那種"家家配備星際迷航式複製機"的論調——這項技術正悄然發生有趣的轉變。它正成為汽車、工業機械乃至食品等日常必需品製造加工方式的普及化革新，在某些領域甚至引發靜默革命。更重要的是，該技術的應用方式或將重塑未來全球供應鏈格局。

快速回顧一下：3D打印，又稱“增材製造”，通常通過逐層添加微小材料（通常是金屬粉末或塑料），並使用粘合劑、激光或其他方法將其融合，從而形成物品。因此，零件是通過“生長”而非傳統制造中的鍛造、鑄造、模壓或機械加工完成的。就在十年前，這種製造方式除極少數例外，僅適用於製作原型。如今的不同之處在於，新技術使這些系統能夠打印出強度足以用於成品的物體——而且速度相對較快。

例如，最近通用汽車使用3D打印技術生產了6萬個防水密封件，採用塑料材質而非傳統方法制造，以確保2022款雪佛蘭Tahoe按時交付。即將推出的“超豪華”車型凱迪拉克Celestiq將包含100多個3D打印部件。寶馬在其全系車型中廣泛使用3D打印零件。水星海事則採用3D打印模具生產其最新款V12、600馬力的舷外發動機。

在俄亥俄州揚斯敦，一家擁有63年曆史的家族企業長期為汽車製造商生產發動機缸體等金屬鑄件模具，如今其下屬部門已開始採用增材製造技術來製作這些模具，取代了傳統的機械加工方式。

凱迪拉克Celestiq車型將包含100多個3D打印部件。圖片來源：凱迪拉克漢姆敦增材製造公司採用砂型而非金屬或塑料進行3D打印。這種模具應用於鑄造工藝，而鑄造工藝自古代埃及發明以來幾乎未有改變。當然，法老時代沒有計算機、CAD軟件，也無法使用類似噴墨打印機的設備將特殊膠水逐層噴射到精細鬆散的砂塊中，從而打印出複雜形狀。

漢姆敦公司增材製造總監布蘭登·拉蒙查表示，當他在2010年代初開始研究這項技術時，製造業對這種新型鑄造方式並不接受。該公司由其祖父創立。他補充説，如今漢姆敦增材製造公司的客户每年使用多達5萬個3D打印模具。這些砂型粘合劑模具用途廣泛，從傳統卡車發動機缸體到電動汽車電機外殼均可製造。所有產品均由Desktop Metal子公司ExOne製造的3D砂型打印機生產。與赫雷因森先生一樣，拉蒙查先生也全天候24小時全力運行打印機以滿足需求。

漢姆鎮公司同樣採用的傳統砂型鑄造是一種勞動密集型多步驟工藝，需要機械師或其他製造工藝製作多部件模具，人為失誤空間很大。相比之下，3D打印砂鑄跳過了所有這些步驟，省去了全部人力，因為它可以直接從3D模型生成最終打印模具。

用於鑄造複雜金屬部件的3D打印砂模。圖片來源：漢姆鎮增材製造公司3D打印技術正在全球範圍內快速滲透傳統制造業，但仍處於起步階段。市場情報公司Context分析師克里斯·康納利指出，全球工業增材製造市場規模已從2016年的57億美元增長至2022年的133億美元。該數據涵蓋軟件服務、材料及工業級3D打印機等硬件設備，這類打印機起價約10萬美元，最高可達數百萬美元。

他補充道，隨着工業3D打印逐步取代傳統大規模製造，未來5年增速將加快，預計2026年行業規模將達到372億美元。

增材製造行業的龍頭企業主要生產塑料打印系統，如總部位於美國的Stratasys和3D Systems，以及德國的EOS。金屬打印領域由Desktop Metal佔據主導地位，但Markforged等多家企業和初創公司正在崛起。惠普、通用電氣和尼康等知名企業近期也通過收購佈局該領域，或銷售系統或內部應用該技術。

馬克福吉德公司工程師特里普·伯德表示，儘管3D打印技術取得了諸多進展，但傳統制造方式通常仍更具成本效益。該公司生產的金屬打印機與Desktop Metal部分型號存在競爭關係。

伯德先生指出：“這項技術不應盲目應用於倉庫中的所有物品，但若能明智使用，它將成為一個極其強大的工具。”

企業還可利用3D打印技術減少備件庫存，其中許多備件可能在倉庫貨架上存放多年。例如，全球最大的工程機械製造商卡特彼勒和產量最大的石油公司沙特阿美，都在將舊零件資料庫數字化，以便在那些使用壽命可能達數十年的設備出現故障時，能夠按需進行3D打印。

在國內進行3D打印零件而非在境外生產，還能幫助企業規避供應鏈瓶頸、工廠停擺及關税問題。Desktop Metal首席執行官裏克·富洛普透露，疫情期間卡特彼勒開始使用其美國工廠3D打印的零件，替代難以從印度進口的傳統制造部件。項目負責人發現，考慮到所需數量及潛在延誤的成本，採用3D打印所有所需零件比傳統工藝更經濟。

Humtown Additive位於俄亥俄州的設施。照片：Humtown Additive過去幾年，3D打印零件的成本急劇下降。拉蒙查先生表示這並不令人意外，因為十年前其中一些技術甚至還未商業化。他本人與3D打印的結緣始於2012年，當時奧巴馬政府資助在揚斯敦成立了國家增材製造創新研究所。隨着3D打印機速度更快、體積更大，預計這些成本將繼續下降，這意味着它們可以一次性生產更多零件。

目前，冰島魚類加工機械製造商Hreinsson先生使用的是Desktop Metal提供的最小型的3D金屬打印機。隨着越來越多的人學會使用這種機器，以及通常保守的製造業開始接受它們，他預見到製造業將發生變革，導致製造業及其相關產業（從魚類加工到我們日常依賴的物品製造）的“迴流”。

他補充説，以前魚類被送到中國進行手工加工。現在，它們可以在捕撈地附近進行加工，使用的機器由他製造，而這些機器的零件曾經在亞洲生產，如果當時能夠生產的話。

“現在3D打印正在做的事情是革命性的，”Hreinsson先生説。“這不再是夢想，它已經存在，而且只會不斷發展。”

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聯繫作者克里斯托弗·米姆斯，郵箱：[email protected]

本文發表於2023年1月14日印刷版，標題為《3D打印與全球製造業的未來》。