3D 列印改變分工,未來全公司員工都是 R&D

3D 列印,或稱添加製造(添加製造技術讓物件以一層又一層的方式堆疊,而非透過鑄模或像機械加工班的減法技術來製造物品)已經從當初發明時的簡單塑料製造走了很長一段路。現今的 3D 列印不只可以運用從鈦合金到人類軟骨等的原料,也能製造具有完整功能的零件,如複雜的機械零件、電池、晶體管與 LED 。

3D 列印的可能性也在快速進化中,現在已經可以製造更大的零件,以更快的速度與更低的成本達到更大的精確度與解析度。

這些優勢將科技提高到一個臨界點 —— 它已經準備從原先的小規模裡走出來,變成一項具有可行性的、對於傳統製造業製程的替代方案,可以運用的領域也越來越多。

如果這件事情成真,科技將會改變製造業的靈活性 —— 舉例來說,公司可以縮短開發時間、降低器具成本,並簡化產品製程 —— 同時也可以製造從前無法製造的複雜形狀與結構。此外,運用添加製造法將可降低傳統減法製造所浪費的生產力,進而 使經濟進入良性循環

3D 列印對經濟的影響十分顯著,麥肯錫全球研究院的研究指出, 2025 年時 3D 列印可能會帶來 5,500 億美元(約 16 兆 6490 億台幣)的影響。

3D 列印相對於其他製造科技的優勢,在於它可能帶來深遠的改變:改變事物設計、開發、製造與維修的方法。底下是五種 3D 列印會帶來的衝擊,高階主管應該開始準備了。

  • 1. 加速產品開發週期

降低產品開發週期是 3D 列印機的關鍵優勢,它被設計來加速生產產品原型的時間(看情況,可助於減少幾小時、幾天甚至幾周的循環時間。)現在許多產業都已經準備好迎來第二波傳統製造法與添加製造法間的界線模糊。

舉例來說,添加製造法已經被用來製造產品原型,並且以更快的速度提供給客戶,以獲得更快及更詳細的回饋。(這要感謝列印機解析度的提高、顏色的高清晰度與更廣泛的可用原料,讓客戶能夠預視到產品的終極樣貌。)不需要其他工具就能製造產品原型的能力讓公司能夠更快速的測試多種配置,以確定客戶的偏好,降低產品推行的風險與上市的時間。

公司可以在傳統生產機具還沒製造好的時候、或是根本還沒確定要不要製造該生產機具之前,先利用 3D 列印製造產品並且販賣。當公司決定要製造那些生產機具時,他們甚至可以用 3D 列印去製造,以省下更多的金錢與時間。

我們預期這種技術的運用會在下個十年為生產開發週期降低可觀的時間。舉例來說, 3D 列印讓每日的研發工作,如製作簡單的實驗室設備變得更加有生產力。

隨著時間推移, 3D 列印會開始讓公司把研發工作想得更廣,透過遠程合作讓科技強化眾人的思考。對某些公司來說, 眾人思考的力量可能會取代研發工作,變成管理的新重點。

  • 2. 新的製造策略與成本佔用空間

在 2011 年,只有約 25% 的添加製造涉及了最終產品。現在平均上升了 60% ,然而,這只是產業快速成長的冰山一角。

隨著成本逐漸降低、 3D 列印的可能性變高,能夠利用 3D 列印來更符合經濟效益製造的領域也會急速擴張。舉例來說,波音已經開始用 3D 列印機來製造兩百多項、十幾種不同的飛機,而藥廠也正在利用 3D 列印來提供替換髖關節等。

然而, 不是所有零件都適合 3D 列印 並可坐享其成,享受低成本與進步的品質。公司應該要去了解那些適合 3D 列印的產品特性,以決定哪些東西適合,哪些則否。

這些適合的特性包含需要花費巨大勞力(例如要花很多時間組裝或是再加工)、需要複雜的製造機具、需要高價機具成本才能製造出相對低質量的成品、或是高的過時與作廢率。具有前瞻性的廠商都已經再檢視他們的庫存零件,以找出哪些是有潛力的零件。

添加製造技術同時也會顯著影響製造業關於成本佔用空間的決策。事實上,即便 3D 列印必須製造相當大規模的零件,它也比傳統製造法的所需成本低得多,例如讓成品更加接近終端客戶。取而代之的,公司可以發現 3D 列印的數位天性能在偏遠地區製造複雜零件,以降低所需人力與電力。

一個主管們應該抱著興趣觀察的:是潛在 3D 列印可用材料的市場。 關於未來材料的價格還是未知,就像今日許多列印機都使用專有的、由印刷設備製造商擁有或授權的原料。如果這種狀況被改變了,且更普遍的規範被開發帶來更低的價錢,那主管們制定策略與決定成本佔用空間的速度會加快許多。

  • 3. 改變獲利來源

添加製造技術能夠轉換公司為產品與服務加值的方式。傳統的外包製造使得像 Nike 等的公司更加倚重它們的設計技術。相同的, 3D 技術能夠降低成本與複雜性,使得公司被迫以不同的方式改變他們的產品。這可能包括從延長產品生命到客製化設計。

確實,減少對硬體工具的依賴有利於製造數千件相同的物品,也創造了以更低價格提供客製化或訂製商品的可能,如此一來能觸及到的客戶就會變得非常廣泛。

牙齒矯正器是添加製造技術客製化的一個潛在例子,當這種東西變得能夠用科技製作,公司就必須去確定哪些東西是夠有吸引力並划算的。大規模客製化和新設計可能性的結合,將為許多公司提高賭注,並在某些領域對傳統製造商帶來破壞。

在價值鏈的某些部分,添加製造的應用對客戶來說可能不太明顯,雖然它的影響可能非常深遠。傳統售後供應鏈將面對的一大挑戰是適當管理庫存,尤其是那些老舊或是絕版的商品。 3D 列印能夠製造可替換零件,也會改變售後市場的經濟與產業結構。

3D 列印所需相對較小的機具能夠取代區域大倉庫,而服務供應鏈可能會外包:小型裝配廠可能會蓋在機場、醫院或是主要的製造廠聚集地,讓這些設備能在現場直接被製造商的資訊支持。

當然,零售商也可能會用到小型裝配,舉例來說,讓客戶端製造符合它們需求的玩具或建材。如果製造商擁有機具、核心設計或是兩者兼具,這樣的商業模式可能代表了它們的價值鏈。

  • 4. 新能力

設計與裝配是密切相關的。建築師不能不考慮建設技術就設計房子、工程師也不能不考慮澆鑄、鍛造、輾壓等的限制與優點就設計機器。

當關於製造的設計知識變得豐富,關於列印的知識就顯得少了。我們與主管們在製造公司裡的對話顯示很多主管都有意識到這項落差,並且正努力將他們的設計訣竅拼湊與分類。

將添加製造法運用到極致的同時也涉及了科技的挑戰,包含避免變形的環境參數、最大化列印速度,以及調整器具以適應各種不同新奇的材料。事實上,改變材質就是一項蠻大的挑戰。塑膠比較好使用、金屬較困難、泥漿和膠質如生物組織或鋅電池則是極度困難。

最成功的人將是會懂得這些挑戰的人。 有些人已經正在創造偉大的東西,並雇用有在這方面雄厚經驗的工程師了。

  • 5. 擾人的競爭者

3D 列印的很多好處可以為剛進入市場的玩家降低成本:科技的運用能為開始製造降低機具開銷,而且體積又小,也能在專門的領域中運作。直接的終端產品製造會被大幅簡化,也會為設計師降低工作量,他們只需要去電腦螢幕上觀看產品的可行性即可。

能夠提供高度客製化與合作設計的產品的新商機已如雨後春筍般冒出,其他製造與分銷平台能夠讓客戶線上設計與販賣。這些事業正在試圖洞察客戶的品味並且與他們建立關係,這是其他實體公司可能很難達成的事。

最初,這些新的競爭者將是利基市場玩家,會進入一般大企業沒有注意到的細微市場。那裡,消費者會願意為了訂製的設計、複雜的形狀結構或是迅速的交貨付出高價錢。

然而長期來看,他們會以意想不到的方式改變整個產業。他們會將競爭優勢從以便宜成本製造大體積的製造商,轉移到價值鏈的其他部分,例如設計或是擁有客戶網絡的人。不只如此, 3D 列印可以列印槍枝的功能也指出科技其實是有能力製造出道德與監管的兩難,也可能會破壞產業。

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(資料來源:McKinsey&Comapny;圖片來源:NASA’s Marshall Space Flight CenterRyan Soma, CC Licensed)

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