打印开启定制时代

Daniel Cohen，Matthew Sargeant，Ken Somers

增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）突飞猛进，企业高管现在就应当做好准备，迎接随之而来的五方面颠覆性变化。

3D打印或者增材制造技术^[1]已经从最初简单的塑料原型生产取得了很大进展。如今，3D打印机不仅可以处理从钛到人体软组织等各类材料，还可以生产全功能零件，包括复杂机械装置、电池、晶体管和LED屏幕。

3D打印的硬件能力也在飞速发展。现在可以制造大型零件，并且能以更快的速度、更低的成本实现更高的精度和分辨率。上述突破正引领3D打印技术接近临界点——它似乎随时会从所属的细分市场脱颖而出，并在越来越多的应用领域成为切实可行的传统制造工艺的替代方法。

如果这成为现实，3D打印技术将极大提升制造灵活性——比如，企业由此可以缩短开发时间，省略模具加工成本并简化流水线生产，而且过去难以制造的复杂形状和结构，现在也可以顺利生产。此外，增材制造技术将有助于企业消除在传统（减材）制造过程中造成的浪费，提高材料的生产效率，由此加速推动循环经济的形成（相关的更多信息请参阅本期《重塑产业经济》一文）。3D打印的经济影响也十分显著，麦肯锡全球研究院的研究表明，到2025年，其经济影响每年可能高达5500亿美元^[2]。

3D打印相对于其他制造技术的独特优势可能会为许多行业带来设计、开发、生产和技术支持方面的深远变化。下面我们着重阐述3D打印可能带来的五大颠覆性变化，高管人员应当从现在起就为此做好准备。

缩短产品开发时间是第一部3D打印机带来的主要收益，它本来就是为加速产品原型构建而生（在某些情况下，甚至可以将生产时间从数周或数天缩短至几个小时）。而且随着增材制造和常规制造界限的模糊，现在很多行业都有望进入第二轮加速周期。

例如，增材制造能够使原型产品更快到达客户手中，并且更快地获得更细致的反馈（这主要受惠于打印机分辨率的提高、高清晰度的色彩以及更加广泛的材料应用，比如聚酯纤维，可使客户提前看到最终产品的样子）。这种无模具的原型开发能力可以让企业快速测试多种配置，确定客户的喜好，从而减少新产品进入市场的风险并缩短上市时间。企业甚至可以在传统生产工具仍在制造过程中或者尚未做出生产决策之时，先用3D技术打印出零部件，并将相关产品在市场上进行试销。如果企业确实需要订购此类生产工具，他们也可以考虑使用增材制造技术来制造，从而节约更多时间和资金。

我们预计，3D打印技术将在未来10年里大幅缩短产品的开发周期（例如，3D打印会使制作简单的实验室仪器这类日常研发工作变得更高效）。由于3D打印技术能够提升通过远程合作进行众包创意的能力，随着时间的推移，它将会对企业从更广泛的视角考虑研发产生影响。对于一些企业而言，很可能有一天，众包智慧开始取代其内部的研发活动，而对众包的管理将成为一项新的要务。

截至2011年，只有约25%的增材制造市场涉及直接生产最终产品。但是，如今用3D打印技术直接生产最终产品已经成为这个行业中增长最快的部分，年增长率达到60%。随着成本的不断下降和3D打印机功能的不断改进，能够经济地使用增材技术制造的零件范围将大大拓宽。例如，波音公司已经使用3D打印机为10种不同类型的飞机制造了约200种零部件；医疗产品公司也在使用3D打印技术提供产品服务，如髋关节替换^[3]。

当然，并不是每一种零部件都适用这项技术并能从中获得收益（包括降低成本、性能改进或者兼而有之）。企业应该认清具有哪些特征的零部件更适合使用3D打印技术来生产，包括具有较高劳动力成本要素（如装配耗时以及有二次加工过程）的零部件、模具要求复杂且产量较低（因此加工水平很高）的零件、废弃率或者废品率过高的零部件。目前，有远见的制造商已经在研究如何对零部件库存进行妥善分类，以确定其中哪些类型的零部件更适合用3D打印技术生产。

增材制造技术也会影响企业的产地选择策略。对于3D打印制造而言，劳动力成本因素仍然存在，但事实上，它的重要性相对于传统制造方式大大降低了，这就使得企业未来在选择产地时会更多地考虑在发达国家进行本地化生产以贴近终端客户，而不仅仅是一味将制造业外包到低成本国家。但另一方面，由于3D打印的全数字化性质，企业也可以在电力和劳动力投入成本较低的欠发达国家生产复杂零部件，不必像现在这样一定要将其留在发达国家生产。

高级管理人员应该密切关注的一个相关领域是3D打印材料市场的发展。未来的材料成本是不确定的，因为现在很多打印机都使用其打印设备厂商专有或特许的材料。如果未来情况发生变化并且有更普遍的材料标准（因此定价降低），这将很快对高管设计制造战略和产地选择产生十分显著的影响。

增材制造技术可能会改变企业提升产品和服务附加价值的方式。正如传统制造业的外包曾经推动耐克等消费品公司更多地倚重其设计能力一样，3D打印技术可以降低传统生产方式的成本和复杂性，从而迫使企业以其他方式实现自身产品的差异化，比如使制造的产品更容易修复（因此寿命较长），或者推出更加个性化的设计。

硬模具便于制造数以千计的相同产品，但减少对硬模具的依赖其实也创造了新的机会，企业能够以较低的成本提供个性化或定制化的设计，并且可以更广泛地接触客户群。例如，个性化正畸牙套的增材制造就体现了这类新技术的潜力。随着越来越多的此类产品具备技术可行性，企业必须确定哪些有足够的吸引力和商业价值。大规模定制和新设计可能性的结合将会成为许多企业提高竞争力的手段，最终对一些细分的传统制造商产生颠覆性影响。

可能在价值链的某些环节，增材制造的应用对客户来说还比较抽象，但其实际影响可能更加深远。在传统的售后市场供应链上，一个关键的挑战是对备件库存（特别是陈旧的传统产品的备件库存）的管理。而使用3D打印机按需制造替换零件的能力会改变售后服务的经济效益和产业结构。一些具备现场增材制造能力的小型设施可以取代大型的地区性仓库，一些维修件的供应甚至可以外包。例如，位于机场、医院或者大型制造场所的小加工厂（或者代工厂）可以根据厂家直接提供的数据现场制作设备所需的大部分零件。

当然，有一天零售商也可能会使用这类代工厂量身定制产品（如玩具或建筑材料），以满足客户的不同需求。对于拥有机器、核心设计或者两者兼而有之的制造商而言，这种业务模式是具有代表性的产业链布局。

产品设计与制造方法有着内在的联系。建筑师不能设计无法施工的房子，而工程师则不能在设计机器时不考虑铸造、锻造、铣削、车削和焊接等工艺的优点和局限性。如今，围绕传统制造工艺的设计资源非常丰富，但围绕3D打印的设计资源则要少得多。我们对制造公司高管的访谈表明，许多人已经看到了这种不足，并且在争先恐后地进行弥补。

发挥增材制造技术的大部分潜力还涉及技术方面的挑战，包括设置环境参数以防止产品变形、优化打印速度以及调整新型材料的特性等。事实上，调整材料是相当大的挑战。塑料处理起来相对简单，金属则不那么容易，而浆和凝胶（比如打印活组织或锌空气电池的材料）是极其困难的。

最成功的市场参与者将会理解这些挑战。一些企业已经建立了卓越中心，并聘请在增材制造方面有丰富经验的工程师助其一臂之力。

3D打印的诸多优势可以降低新企业进入市场的成本：例如，利用3D技术会降低模具成本，这方面仅需较少的投入就可以进行生产，甚至可以小批量生产或者服务于利基市场。最终产品的直接制造可以大大简化并减少设计师的工作，之后设计师只需将电脑中的产品投入商业生产即可。新型企业不断涌现，它们有的提供高度定制或合作设计的产品，还有的则成为产品的制造和分销平台，由客户在线进行销售。这些企业对消费者偏好的洞察力、与客户联系的密切程度，都将是传统公司很难比拟的。

这些新的竞争者起初可能只是利基市场的参与者，在一些消费者愿意为定制设计、更复杂的几何形状和更迅速的交货支付溢价的领域进行运营。但是从长远来看，他们将以意想不到的方式改变整个行业，其竞争优势也将从低成本的大批量制造能力转向价值链的其他领域，比如设计甚至客户网络自营。此外，采用开源设计的图纸和3D打印技术还可以生产枪支，诸如此类的例子表明，增材制造技术很可能会造成道德和监管困境，并颠覆若干产业。

三位作者向Michael Chui和Markus Hammer对本文所作的贡献深表感谢。

Daniel Cohen是麦肯锡咨询顾问，常驻纽约分公司；

Matthew Sargeant是麦肯锡咨询顾问，常驻斯坦福分公司；

Ken Somers是安特卫普分公司大师级专家。

麦肯锡公司版权所有©2014年。未经许可，不得做任何形式的转载和出版。本文经麦肯锡中国公司授权出版。

注释

[1]与“减材”技术（比如机器加工）不同，增材制造技术通过逐层增加材料的方法制造实体物件。

[2]欲了解麦肯锡全球研究院的完整报告，请参阅“Disruptive technologies：Advances that will transform life，business，and the global economy”，2013年5月，mckinsey.com。

[3]比如，梅奥医学中心（Mayo Clinic）利用3D打印的髋关节模型（基于患者的CT扫描片）进行“实验性”手术。之后模型会寄送给制造商以生产定制的植入体。