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議題資料
3D Printing and the New Shape of Industrial Manufacturing
3D列印與工業製造的新貌
作者(外文) PWC
作者服務機構 PWC
出版年 2015/06
出版機構 PWC
連結網址 http://www.pwc.com/us/en/industrial-products/assets/3d-printing-next_manufacturing-pwc.pdf
摘要 3D列印,又稱為疊加製造,是一種製程,通常使用塑膠聚合物和金屬,將數百至數千層的材料,層層疊印出產品來。這種疊加製造過程,從1980年代已被製造業者使用於原型設計製作上,與傳統利用削減材料製造產品的製造方法不同。近年來拜列印機的速度及能力的提升,和列印機價錢及原料的下降,使這項科技漸趨流行。3D列印機的價格範圍可小至低於200美元的個人機器,大至高於10萬美元的工業用印表機。經由設計人員繪製或經由3D掃描而成的數位文件(如電腦輔助設計文件),透過印表機印出與完成該物品所需的各層或水平分段。3D列印技術有七種型式:(1)黏著劑噴射技術(Binder Jetting)---又稱噴墨頭或粉末床3D列印,利用沙、粉末或金屬,並應用如印表機的噴墨頭將黏著劑與素材結合,通常用於製作砂鑄件。(2)光固化(Stereolithography)---利用紫外線固化液態樹酯,並結合各層。(3)熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling)---將熔融的熱塑性材料噴出以製造各層,進而層層結合;常用的素材有ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)和聚乳酸聚合物(Polyactic Acid Polymers)。(4)選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering)---利用粉狀材料(如尼龍、鈦、鋁、聚苯乙烯、玻璃等)取代液態材料,選擇性雷射燒結所使用的雷射將粉末層層燒結或融合。(5)選擇性雷射熔結(Selective Laser Melting)---與選擇性雷射燒結相似,但將粉末高溫熔化。(6)電子束熔結(Electron Beam Melting)---與選擇性雷射燒結相似,但使用電子光束作為能源。(7)疊加實體製造(Laminated Object Manufacturing)---疊加過程包括將素材層板(如金屬、塑膠、或紙)分層疊起黏合,接著切割形狀,或透過加工或鑽孔製作成品。
3D列印的發展潛力的確描繪出人們的想像,從噴射機零件到量身訂製的比基尼,這項科技被譽為產品製造的革命。據估計,全球3D列印市場從2012年的22億美元,到2017年將達到60億美元,且運輸成本將大幅漸少。在美國工業製造的中心地帶,3D列印正在逐漸進化,隨著印表機、軟體和材料科技的進展,大小型企業也正在逐漸開發3D列印程式。他們發現不僅是這項科技建立在傳統製造過程中,更重要的是,科技所能創造出來的產品已超越傳統製造的範疇。
為了更清楚了解3D列印的未來景象,資誠聯合會計師事務所(普華永道,PwC)公司訪問超過100家大小型工業製造廠商。三分之二製造業者目前有應用3D列印科技(無論是實驗中或應用在原型及成品上),四分之一的業者願意在未來採用3D列印科技。根據本次調查,訪問工業領袖及PwC的分析,並探討公司如何將此科技應用到臨界點及其原因。有跡象顯示這項技術將逐漸走向主流,也能看出它所將創造的改變與機會,其中包括:(1)投資3D列印並且擁有操作人才的公司,在研發中看見速度及彈性上的成長,因此新產品的啟用與訂製能更快速。(2)早期採用者逐漸從原型製造轉為製造最終產品。(3)許多企業重新想像供應鏈的景象---未來物流將著重於傳送數位設計圖的印表機網路,從一個洲傳送資料至另一洲的印表機上,而非傳送容器、船和貨機。事實上,在PwC創的調查中有70%的製造業者相信未來3-5年3D列印將會用於製造老式過時的零件上,57%相信會應用於售後維修零件上,有30%的受訪者相信3D列印的最大潛力在改變供應鏈的方式。(4)許多公司期待3D列印帶來相較於傳統削減製造工法上材料、勞力和運輸上的節省。據PwC分析,全球航空業的維護、修理與操作(Maintenance, Repair, and Operations, MRO)的零件市場中,應用3D列印將會出現,如果全產業的MRO零件有一半皆採3D列印製造,將可節省34億美元的材料和運輸費用,就算只有20%的3D列印採用率,根據分析也能輕鬆節省10億美元。
航空MRO材料的成本節約模式,使用MRO零件市場的大小可將成本減少25%,在許多航空業的公共預算中有25%較接近低值,此乃估計3D列印使用率從10%到50%所做估計。運輸成本節省的計算,藉由平均供應鏈成本做為銷售百分比對MRO的零件市場,乃依據不同3D列印的使用率來估測。航空公司稅前盈收模組,利用零件成本標竿,並應用上述在不同3D列印使用率的成本縮減作估算。航空公司流動資金模式,採用公開的航空公司財務報表範例中零件相關庫存的中間值,並依據先前不同使用率下3D列印成本節省的預估值,來調整零件庫存的縮減量。但因為原料庫存增加而稍有偏差,再以銷售百分比在全球航空業銷售中計算,為了推導出全產業的庫存減少及與現今相稱的利益。本報告中的調查資料皆由Zpryme產生,在2014年2月對120位美國製造專家進行線上調查。
摘要撰稿 蔡進聰
語文 English