深度剖析3D打印對(duì)模具行業(yè)帶來(lái)的威脅、挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)

模具是“萬(wàn)業(yè)之母”，主要應(yīng)用在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀表、家電和通訊領(lǐng)域。我國(guó)是全球主要的注塑模具和沖壓模具生產(chǎn)國(guó)之一，主要應(yīng)用在汽車、家電、消費(fèi)電子、儀器儀表、航空航天和醫(yī)療器械等產(chǎn)品的加工成型。根據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)，我國(guó)模具產(chǎn)業(yè)沖壓模約占37%，塑料模約占43%，鑄造模（包含壓鑄模）約為10%，鍛模、輪胎模、玻璃模等其他類模具占10%，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)基本一致。

增材制造-3D打印技術(shù)其中一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是在無(wú)需模具的情況下直接制造出零部件，隨著3D打印材料的發(fā)展，增材制造質(zhì)量控制水平的提升，3D打印技術(shù)正在從少量原型產(chǎn)品的制造，向*終零部件的批量制造方向發(fā)展。如果從這個(gè)角度來(lái)看，3D打印技術(shù)與模具制造技術(shù)似乎是一對(duì)矛盾，3D打印似乎要讓制造流程跳過(guò)模具這一個(gè)環(huán)節(jié)…

變與不變之間的機(jī)遇

那么對(duì)于國(guó)內(nèi)的模具制造企業(yè)，如何理性的理解3D打印對(duì)模具行業(yè)帶來(lái)的威脅、挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)？如何決策在“變”與“不變”中取得發(fā)展機(jī)遇的*大化？這就需要從“底層”邏輯中理解3D打印發(fā)展的運(yùn)行邏輯與趨勢(shì)，以及對(duì)模具帶來(lái)的沖擊的沖擊力在何方？

從制造進(jìn)化角度，宏觀層面看，制造會(huì)逐步進(jìn)化掉中間的冗余和繁瑣的組裝拼接，或許3D打印的*發(fā)展會(huì)廢除現(xiàn)在很多壓鑄、鍛造用模具的存在，保留下來(lái)的是一些3D打印難以實(shí)現(xiàn)的超大零件或者是批量非常大零件的制造，那些必須通過(guò)傳統(tǒng)方式加工才具備經(jīng)濟(jì)效益的零件所需的模具將得以保留。另外一方面保留下來(lái)的是跟電子、白色家電、日用品相關(guān)的注塑模具。無(wú)疑在朝向資源利用率更加高效、更加可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，這是支撐3D打印滲透到制造的方方面面的發(fā)展邏輯。

然而，從另一方面看，3D打印又使得模具變得更加重要了，譬如說(shuō)米其林這家公司如此專注，做了這么多年的輪胎，為什么收購(gòu)addup這家3D打印設(shè)備企業(yè)，米其林通過(guò)自己擁有3D打印技術(shù)來(lái)探索輪胎模具的制造，這其中的邏輯主要是因?yàn)?D打印成就復(fù)雜形狀的能力，金屬3D打印很好的解決了刀具干涉的問(wèn)題，當(dāng)復(fù)雜性與可制造性不再是困擾輪胎模具制造的*大因素的時(shí)候，3D打印很好的釋放了輪胎產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代的便捷性，也催生了新型的輪胎制造能力。

例如通過(guò)3D打印技術(shù)，米其林設(shè)計(jì)出獨(dú)特的雕塑系列輪胎，3D打印成為米其林輪胎取得競(jìng)爭(zhēng)的決定性因素之一。

不過(guò)值得注意的是，米其林還反向布局了3D打印無(wú)充氣輪胎的技術(shù)路線，這或許為將來(lái)輪胎的制造“跨過(guò)”模具這個(gè)環(huán)節(jié)埋下了伏筆。

國(guó)內(nèi)，作為國(guó)內(nèi)較早在輪胎模具制造領(lǐng)域引進(jìn)增材制造的企業(yè)，巨輪智能目前已建成非金屬（高分子復(fù)合材料）增材制造-3D打印生產(chǎn)線，用于生產(chǎn)輪胎模具基礎(chǔ)模，一方面提升加工效率，另一方面節(jié)約材料、設(shè)備、刀具成本，具有一定的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

發(fā)展的底層邏輯

那么抬升一個(gè)維度來(lái)看，無(wú)論是成就更好的模具，還是跨過(guò)模具直接用于制造，3D打印得以迅速發(fā)展的底層邏輯是什么呢？根據(jù)ACAM德國(guó)亞琛增材制造中心，一方面，3D打印改變了制造邏輯。通常對(duì)于同一個(gè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，通過(guò)傳統(tǒng)制造技術(shù)生產(chǎn)的數(shù)量越多，產(chǎn)品的單件成本也隨之呈下降趨勢(shì)；而對(duì)于3D打印-增材制造來(lái)說(shuō)，單件成本與產(chǎn)量的相關(guān)性是獨(dú)立的，這是在考慮可擴(kuò)展性時(shí)需要考慮的因素。另一方面，關(guān)于產(chǎn)品的復(fù)雜性。通常在通過(guò)傳統(tǒng)制造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)零件時(shí)，產(chǎn)品越復(fù)雜，成本越高，企業(yè)則需要很昂貴的投資（包括新的模具，甚至是新的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)）；而對(duì)于增材制造來(lái)說(shuō)，零件的復(fù)雜性與成本的相關(guān)性也是獨(dú)立的，零件幾何形狀的復(fù)雜性通常并不會(huì)帶來(lái)額外的制造成本。

從這兩個(gè)邏輯角度看，3D打印這種帶有鮮明數(shù)字化特征的技術(shù)，這意味著增材制造能夠改變產(chǎn)品的生產(chǎn)方式是本質(zhì)性的，不僅可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化，還可以實(shí)現(xiàn)功能化導(dǎo)向的制造。從產(chǎn)品發(fā)展的角度看，人類在利用大自然所賜予的資源方面，在朝向資源利用率更加高效、更加可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。而3D打印在材料利用的經(jīng)濟(jì)性上，材料的可回收方面無(wú)疑帶來(lái)了劃時(shí)代的改變，這也是這項(xiàng)技術(shù)是第四次工業(yè)革命的一項(xiàng)核心技術(shù)的底層邏輯。

例如，寶馬德國(guó)在世界范圍內(nèi)*將金屬3D打印集成到汽車自動(dòng)化制造工藝中，兩條生產(chǎn)線其中一條在GKN在波恩的工廠，另一條在寶馬集團(tuán)在慕尼黑的工廠。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)自動(dòng)化將人工活動(dòng)從35%減少到5%，3D打印金屬零件成本降低一半以上。

從制造業(yè)的角度看待3D打印，很容易看到3D打印在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化面臨著諸多的挑戰(zhàn)，包括3D打印制造產(chǎn)品的*大尺寸，零件質(zhì)量的一致性，適用于汽車行業(yè)的材料，滿足汽車行業(yè)的制造效率，滿足汽車行業(yè)的低成本挑戰(zhàn)等，那么寶馬汽車為什么要挺進(jìn)3D打印的產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域呢？

這就類似于電動(dòng)汽車剛剛發(fā)展的初期，很多人認(rèn)為電動(dòng)汽車無(wú)法像燃油車這樣馬力十足，電動(dòng)汽車的動(dòng)力和續(xù)航能力都存在致命的缺陷。然而，環(huán)顧能源發(fā)展的底層邏輯，人類在地球上繁衍生息著么多年，目前所賴以生存的很多能源總有一天會(huì)使用殆盡，而能帶給持續(xù)供給的*可靠的能源是太陽(yáng)能，太陽(yáng)能能夠轉(zhuǎn)化的是電能，這也是電動(dòng)汽車勢(shì)必會(huì)取代燃油車的底層邏輯。

根據(jù)ACAM亞琛增材制造中心，3D打印-增材制造受制于高成本、高材料價(jià)格、高手動(dòng)工作量、低生產(chǎn)效率、設(shè)備之間溝通不暢、端到端的質(zhì)量保證缺乏一致性等等問(wèn)題，這些制約因素導(dǎo)致增材制造很難進(jìn)入到汽車的產(chǎn)業(yè)化全自動(dòng)生產(chǎn)線的形態(tài)。

而寶馬的這個(gè)案例中，開(kāi)發(fā)了一條能夠在計(jì)算機(jī)控制下自行執(zhí)行所有工作步驟的生產(chǎn)線。通過(guò)這種方式，組件可以自主設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和返工。甚至使用的金屬粉末也會(huì)自動(dòng)回收。無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)在生產(chǎn)線的各個(gè)模塊之間移動(dòng)原材料和*終產(chǎn)品，這些機(jī)器由一個(gè)中央控制單元協(xié)調(diào)，來(lái)自各個(gè)生產(chǎn)線模塊的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)都在其中匯集。

由此可見(jiàn)，3D打印將對(duì)傳統(tǒng)制造模式帶來(lái)很大的沖擊，業(yè)界必須清醒的看到這一點(diǎn)，認(rèn)可3D打印技術(shù)帶來(lái)的顛覆潛力，才能更好的抓住機(jī)遇。業(yè)界需要認(rèn)知到3D打印技術(shù)不是噱頭，3D打印技術(shù)之美，美在讓人類創(chuàng)造財(cái)富、創(chuàng)造美好生活的方式更加可持續(xù)。

那么3D打印對(duì)模具帶來(lái)的機(jī)遇又是什么呢？這需要來(lái)理解3D打印用于產(chǎn)品的制造在模具哪些層面上正在增加制造附加值的發(fā)展邏輯。

根據(jù)3D科學(xué)谷的《3D打印與模具行業(yè)白皮書(shū)》，3D打印目前可以用于制造塑料產(chǎn)品，這對(duì)注塑模具存在一定的沖擊，然而3D打印另外一方面正在成就更好的注塑模具。包括米其林金屬3D打印子公司Addup也在規(guī)�；�部署隨形冷卻模具制造技術(shù)，3D科學(xué)谷在《3D打印模具的價(jià)值怎么衡量？》一文中，分析了3D打印技術(shù)隨形冷卻模具中容易被模具制造用戶所忽略的價(jià)值，包括材料的節(jié)約，后期機(jī)加工過(guò)程中對(duì)刀具磨損的減少，以及對(duì)機(jī)床占用成本的降低等等。因此，衡量模具的價(jià)值也從單純?cè)u(píng)估模具的價(jià)格，轉(zhuǎn)變?yōu)槿�生命周期的評(píng)估（包括模具3D打印生產(chǎn)，后處理加工，注塑過(guò)程模具壽命，注塑成功率，產(chǎn)品質(zhì)量等等），這里面包含了3D打印所創(chuàng)造的附加值考量。

無(wú)疑，3D打印是天然的價(jià)值放大器，這對(duì)于模具企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)了機(jī)遇，國(guó)內(nèi)目前也出現(xiàn)了通過(guò)3D打印迅速獲得發(fā)展的模具企業(yè)，例如深圳德科。當(dāng)然，在3D打印的模具方面上，由于沒(méi)有增材專用夾具，業(yè)內(nèi)普遍使用人工調(diào)校工件水平度、手動(dòng)找中心點(diǎn)的方式，而這一環(huán)節(jié)又十分依賴于人員的熟練程度并受工件大小及復(fù)雜程度的影響。在這方面，業(yè)界可以向富有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)尋求解決方案，例如GF加工方案還在華東、華南以及西南各區(qū)域建立了模具3D打印創(chuàng)新平臺(tái)，平臺(tái)中匯聚了模具頭部企業(yè)、材料供應(yīng)商、注塑機(jī)廠家等等，從而促進(jìn)模具制造上下游企業(yè)之間的深度合作。

百花齊放的發(fā)展機(jī)會(huì)

不僅僅是隨形冷卻注塑模具這樣典型的案例，也不僅僅是輪胎模具這樣頗為細(xì)分的應(yīng)用，3D打印在模具領(lǐng)域的應(yīng)用正在呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢(shì)。

另外一個(gè)案例是在鞋底模具生產(chǎn)過(guò)程中，3D打印技術(shù)相比傳統(tǒng)制鞋工藝更智能化、自動(dòng)化，具有省人、高效、精準(zhǔn)、靈活等優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)制鞋市場(chǎng)，鞋模的制作從設(shè)計(jì)到一雙成品鞋模需要經(jīng)過(guò)編程、CNC、機(jī)械加工、修模、試模、咬花等工序，加工工序較復(fù)雜，3D打印一鍵式操作，可直接提取鞋模三維數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的加支撐及切片處理導(dǎo)入3D打印機(jī)，待打印完成即可得到鞋模，不論鞋底花紋及表面精細(xì)度都貼合三維數(shù)據(jù)滿足應(yīng)用需求。3D打印技術(shù)極大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，降低了產(chǎn)品綜合成本并加速了產(chǎn)品線的優(yōu)化迭代。應(yīng)用的優(yōu)越性在生產(chǎn)制造過(guò)程中得以充分體現(xiàn)。在這方面，國(guó)內(nèi)Uniontech3D-聯(lián)泰科技的3D打印系統(tǒng)將圖片轉(zhuǎn)換成皮紋貼于三維數(shù)據(jù)上，精細(xì)花紋連同整個(gè)鞋模一體打印出來(lái)。精細(xì)度高，成品表面質(zhì)量好，縮短了生產(chǎn)制程，降低了成本。

成本和產(chǎn)品的差異化一直是企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心因素，新的生產(chǎn)方式如何為企業(yè)的產(chǎn)品差異提供幫助，如果企業(yè)能夠充分利用3D的打印所帶來(lái)的創(chuàng)新的能量，就一定能在市場(chǎng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，而對(duì)于模具企業(yè)來(lái)說(shuō)，懂得取舍，懂得聚焦，在聚焦的基礎(chǔ)上利用3D打印實(shí)現(xiàn)高附加值模具的制造，將是另外一條上升路徑。

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