哈佛商业评论

增材制造（3D打印）的新时代即将到来。这对于3D打印技术的应用，以及企业可选择的相关商业模式都意义重大。从《3D打印革命》（2015年5月刊）一文在《哈佛商业评论》发表后的3年里，3D打印产能提高，可用材料和供应商生态系统扩张，使得以低廉价格生产更广泛的品类成为可能。从跑鞋鞋底到涡轮叶片，不一而足，而且量产规模更大。 3D打印技术提供了前所未有的定制产品和快速响应市场需求变化的能力。 因此，它不再限于原型设计和制造传统机床等应用，在越来越多行业的生产制造中都扮演着重要角色。

从战略上讲，这意味着，增材制造正成为成熟的竞争优势：可以用来保持市场领先地位，颠覆占主导优势的对手，或利用打印机的能力在不同行业进行生产，实现多元化。因此，企业领导者需要了解增材制造的限度和潜力，以及在不久将来的可能性。本文对3D打印的战略规划进行了说明。

最新进展

首先，让我们来看看那些推动增材制造传播的技术突破。技术进步让效率显著提高，应用领域增多。新3D打印机生产速度加快，成本降低。与早期3D打印机相比，它们生产的产品所需后期加工也更少。其中一些技术进步如下：

更快、更精确的打印喷头。主要用于塑料制品，它们堆积材料的速度是3年前的12到25倍。这使得打印喷头在很多产品的喷射造型工艺方面成为竞争优势。

更快的粉末沉积。采用接合剂和黏合剂的新型喷粉系统可为金属和塑料制品制造复杂零件，速度是激光打印机的80到100倍。这些零件的成本平均仅为4美元，耗时几分钟；以前成本约40美元，耗时数小时。

连续液体界面制造（CLIP）。 塑料物体从盛满树脂的桶中被连续拉出，而非层层堆积起来。尽管不如层状增材制造快速或廉价，但CLIP仍可用于量产，并且在后期加工、制造复杂零件及可用材料方面具有优势。

电子嵌入技术。新3D打印机可以将电子电路和组件（如天线和传感器）直接打印到物体壁上，减少了组装，释放了产品内部空间，提升了整个产品的电子集成度，减少了制造浪费并提高了质量。打印机精确度的提高，意味着它们可以用于生产OLED（有机发光二极管）显示屏。

材料上的突破近一步强化了这些进步带来的好处。

制造商可以选择的材料范围更广，包括用于喷气发动机部件的高科技合金和其他具有严格性能要求的产品。复合材料（如非常强韧的玻璃纤维混合塑料、碳纤维和碳纳米管）可以在很多情况下取代金属。大多数这些材料可以从多方销售商获得，因此，制造商无须被迫以高价从打印机制造商那里购买专有材料。

增材制造生态系统的大规模扩张，使公司采用新技术变得更容易。该生态系统现在包含一系列打印外包商、咨询顾问、软件供应商、质量控制扫描系统，以及打印机和原料制造商。参与者包括初创企业和在位企业，比如西门子、达索系统和陶氏杜邦等巨头。该领域已进入良性循环：更大的生态系统能容纳更多应用程序，而且成本更低，促使更多制造商采用该技术，从而吸引更多参与者加入。

增材制造正在履行承诺。现在增材制造每年能产出数万甚至数十万单位，与传统制造业展开竞争。工厂可以使用优化软件来调整生产（改变单位数量或切换所打印的产品），或以低成本实时升级产品，而不必在扩展、改变工具或更换传统工厂的昂贵装配线时停机。增材制造还能让公司制造十分复杂的产品。这些产品的复杂度非传统制造业的核心工艺所能企及，比如减去法（数控切割和钻）或成形（注塑）技术。最后，与传统的大规模生产设备相比，增材制造的资本密集程度要低得多：成本低于100万美元的打印机可以替代2000万美元的机器，使靠近客户的较小规模生产基地成为可能。

因此我们不难理解，从宝马、波音到日本的住友集团——越来越多的多元化在位企业都在大量采购3D打印机甚至收购打印机制造商。通用电气公司的目标不仅是使用3D打印机，而且还将其出售给其他公司。通用电气非常积极地进入该领域，已经收购了三家打印机制造商，并开发了与机器交流的软件。

与任何新兴技术一样，随着不断学习，当前应用会发展并可能演变成全新事物。失败和修正不可避免，但投资的广度和商业化之中的大量商业模式表明，几乎所有制造业的参与者都应考虑增材制造。

新兴商业模式

鉴于这些发展，大批量制造商应该从何做起？最重要的是决定商业模式。 目前为止，已经出现了六种商业模式。前三种模式探索增材制造相对传统制造在产品多样化方面的优势；第四和第五种最大限度地发挥其制造复杂产品的优势；第六种则利用了该技术的效率优势。B2B和B2C企业都可以使用这些模型。它们的实践进展快慢不同，但都显示了增材制造目前的可能性。

大规模定制

该模型将产品差异化推向极致。它需要创造一次性产品，根据个人购买者的需求或想法进行精确调整——只需将每位客户的数字文件上传到3D打印机即可。由于数字技术的高效性和精确性，产品的成本比传统制造低，而且更符合个人的具体需求。

大规模定制适用于任何客户对标准化和常规制造产品不满意的大型市场，并且很容易收集客户信息。比如，助听器、矫正牙套、假肢、太阳镜、汽车和摩托车配件以及圣诞树装饰。以助听器为例，患者耳朵的激光扫描会自动转换为生产文件，打印机打印出轮廓。虽然电子设备仍然需要单独添加，但已经有可能将它们直接打印到外壳中，现状很快会改变。

这种模式可以迅速且显著地影响整个行业。在助听器行业内，这样的变化仅用了一年半的时间，就让一些制造商破产。

主要的竞争挑战是降低获得个人客户信息的成本。听力辅助公司首先需要一台听力学专家可以轻松使用的扫描设备，这样顾客才愿意去找他们进行测量。相反，定制矫形器和鞋垫的买家不希望请昂贵的足科医生进行测量，这就是这一领域的创新系统SOLS无法自给自足的原因。SOLS在2017年被另一家鞋业公司Aetrex Worldwide收购。但随着智能手机应用程序的发展，人们可以自己测量双足，克服了信息收集障碍。而惠普公司已经设计了一个可以进店的3D扫描解决方案FitStation。该市场即将腾飞。

大规模差异化

大规模差异化模式适合的客户有强烈差异偏好，但不需要根据个人需求进行产品微调。制造商可以跳过收集个人信息的过程，并以合理的价格提供多种选择。与大规模定制一样，单位产品是一次性的。例如，一些珠宝制造商在若干设计基础上，制造数百甚至数千种款式，可以在线或在店展示。展示版首饰是空心的，由仿金或银制成。零售商无须维持庞大昂贵，且可能无法销售的零件库存，可以等待实际需求。拿到订单后，他们可以与Shapeways等增材制造商签订合同，用贵金属生产实心首饰，从设计师处订购所需的部件，或者购买3D打印机自行生产首饰。

大规模差异化的主要竞争挑战是管理选择。提供广泛的选择将扩大市场，但向买家提供大量可能性或许会让他们无所适从。即便使用增材制造，每种选择还是会增加一些设计成本。制造商须仔细观察市场或使用机器学习来不断感知并回应消费者的需求。他们必须准备好立即开发新设计，并清理滞销的旧设计——这种方法比传统制造更容易应用增材制造。

大规模细分

大规模细分极大限制了差异化，仅提供几十种版本的产品，与前两种模式相比，面向的客户需求变化较小且更易预测。该模式适用于高度细分市场，例如专门为流行B2B产品设计的组件。每个版本服务单独的细分市场，并且与其他细分市场的差异足以使传统制造商需要昂贵新机床满足所有细分。因此，增材制造商的生产成本更低。

一个产品可衍生出数十万个版本，甚至更多，因此需要分批生产而非一次性产出。即使利用增材制造、上传文件、更换材料等等，也需要少量转换成本。但是由于将打印机转移到制造其他产品仍然很容易，公司可将生产批量限制在销量之内。

这种模式也适用于季节性、周期性或短期的时尚市场，这对于传统制造商来说非常困难，因为他们必须要预测消费者未来几个月的偏好，来建立有效的生产线。增材制造商的入门时间和成本要低得多，可以在销售需求即将发生时才投入生产，提供更多选择并避免被大幅折扣滞销品拖累的风险。

RaceWare Direct是一家英国公司，为专业骑行者制造配件。该公司采用了大规模细分模式，销售各种车把支架和其他耐用、轻便的零件。例如，其用于GPS设备的每个版本仅销售几百或几千个单位。传统的制造商可能只需要为所有这些设备制造一个安装座来实现规模经济。

戴姆勒已逐步走向规模细分。该公司最初使用增材制造为老式卡车生产备用零件；在技术熟练后，开始生产一些当下小批量卡车车型的专用部件。随着服务的细分市场数量以及每个细分市场销售的单位数量增长，生产的零件足以使该流程成为可盈利的业务单元。

这里主要的竞争挑战在于，决定每个细分市场的规模和所服务细分市场的数量。较小的细分市场可以更好地满足某些客户的需求，但可能会增加设计和转换成本——在需要不同材料或性能规格的情况下，尤其如此。

大规模模块化

大规模模块化不是为客户提供不同版本的产品，而是销售可互换可插入模块的3D打印机。该模式适用于汽车、战斗机和无人机中的电子设备。目前为止，仅有军事硬件和一些小众汽车在利用该模式，但其潜力无限。Facebook就已经意识到了这点，收购了增材制造初创公司Nascent Objects，为其VR耳机和其他硬件创建模块化版本。

另一个应用是，可以让客户购买基础设备，然后添加模块的智能手机。基本设备的外骨骼可以打印成符合人体工程学的形状，或各种炫酷设计。随着时间的推移，用户可以根据技术进步和偏好改变，插入不同模块，而无需购买全新手机。几年前，谷歌放弃了这种手机创意，但澳大利亚公司Moduware已经开发出软件，帮助智能手机制造商设计基本设备。Moduware可以为其软件设计的产品制造模块，并从中获益。

很多领域的传统制造商已经在供应模块化产品。但3D打印产品有两个优点。首先，增材制造允许定制基本单位。其次，更重要的是，该单位可以采用全新的方式制造——天线、电线和电路可以直接打印在物体上或物体内。这减少了组装成本，增加了微型化机会，并为其他电子元件集成到产品中创造空间——传统模块化生产方法无法做到。

大规模模块化主要的竞争挑战是，决定嵌入的基本单元是什么，以及在模块中放置什么，这会影响定价和产品的多功能性。如果将更多内容放入基本单元，可以更容易免费提供竞争对手的功能。微软就将浏览器整合到Windows操作系统中，削弱了网景（Netscape）公司。

大规模复杂性

前四种模型利用增材制造的灵活性以低成本制造各种版本的产品。大规模复杂性利用增材制造生产常规技术无法实现的复杂产品设计，还能制造奇特形状并嵌入传感器和其他元件。这种能力可以降低生产成本，同时还提高了产品的耐用性。例如Vita-Mix利用CLIP打印机为其商用搅拌机制造喷嘴。现在该公司正在制造数万个CLIP打印的喷嘴。

波音公司也在利用增材制造为飞机生产像蜂巢一样的机身支架。支架错综复杂的结构使得这些承重部件保持了一贯的强度，但所需材料量少得多，能大大减轻重量和油耗。阿迪达斯使用CLIP打印机为跑鞋中底制作坚固、柔韧、轻盈的网格结构。这些网格过于复杂，传统技术无法实现。预计到2018年公司能打印10万双，2019年50万双，最终每年实现产量数百万双。人们跑步时，这些中底比传统鞋底减震效果更好。

随着新的设计软件不断涌现，增材制造现在可以在微观层面重组材料，改善孔隙度、强度、耐久性、弹性和刚度等特性；甚至可以提高产品的防水、防化学品和抗菌能力。

这里的主要挑战仅仅是人类的想象力。产品开发商是否可以摆脱传统的思维模式，设计出充分发挥增材制造潜力的产品？如果是这样，大规模复杂性模式可能会扩展到高性能产品之外。欧特克（Autodesk）、达索（Dassault）等公司的新软件意味着产品开发人员甚至可能无须进行构思。这些软件允许开发者指定某些属性，然后将其留给计算机生成设计，既优化性能和成本，又能避免困扰人类设计师的取舍权衡。例如，汽车既能更安全，又能更轻盈。这种“内生设计”可能会成为说服许多公司选择增材制造的撒手锏，以防对手拿出传统技术无法实现的理想新产品。

大规模标准化

最后一个模式直击传统制造业的主场。它驳斥了反对者的观点——增材制造不是只适用于小规模生产的利基技术，在某些情况下，可以低成本生产大批量标准化产品。增材制造的量产技术尚未完善，但很可能会改变游戏规则。

以显示屏为例。OLED屏幕的传统制造工艺浪费了许多昂贵的发光电气化学材料。目前市场上的3D打印机能更精确地处理这些材料，从而生产成本更低，性能更好的屏幕。用于手机和其他手持设备的增材制造OLED屏幕无处不在。对其有兴趣的电视厂商正在进行3D打印机大规模量产电视屏幕的试点项目。

即使科技含量低的产品也可以进行大规模标准化。由Tamicare制造的3D打印系统Cosyflex将聚合物和天然纤维混合剂喷涂于移动平台上，生产纺织品。该全自动系统可以更低成本，大规模量产纺织成品。Tamicare仍在商业化其技术，就目前成果而言，大有希望。

未来，随着3D打印机变得越来越高效，即使在不节省直接成本的情况下，它们也可能与标准化产品生产展开竞争。这是因为传统制造往往涉及大量的间接成本和日常费用、具有风险的延伸供应链、昂贵的资本设备、精密的零件组装，以及高库存或运输成本。增材制造能简化所有上述要素。更重要的是，打印机本身通常比使用工具和模具元件的传统机器便宜。

大规模标准化的竞争挑战可能在于，为这些产品开发3D打印机的专业化程度。专业化可以帮助实现大规模标准化所需的效率，但是将公司限制于某些行业可能会增加风险。

战略行动

这六种商业模式并不互斥，公司可能会利用更多差异化和更高复杂性产生价值。GE喷气发动机的燃料喷嘴将大规模复杂性与大规模细分模式相结合。喷嘴由许多复杂部件组合而成，并且每种喷气发动机都需要不同形状的喷嘴。因此，GE使用增材制造生产几十个版本，每版产量中等。阿迪达斯的增材制造中底属于大规模复杂性模式，但另一条单独生产线将使用大规模定制来满足高水平跑步者或整形特需跑步者。为更好地理解顾客偏好，阿迪达斯正在考虑将其制造厂转移到更近的地方，甚至可能直接搬到零售店里。

一旦拥有了增材制造这一利器，可以将之应用到各种竞争场景。以下是一些可以用来与传统制造竞争的方法：

阻止潜在对手。假设你的公司在市场占据有利位置，但容易受到竞争对手针对特定细分市场的攻击。你可以使用增材制造先发制人，扩展产品线并防范缺口。好时巧克力最近投资增材制造似乎遵循的就是这一战略。尽管好时是美国巧克力行业主导者，但高端外国公司一直在蚕食其大众市场份额。创建与意大利或比利时精品巧克力竞争的传统产品线成本过高，好时的销量也无法承担昂贵的设备。但使用增材制造，公司可以用很多小型打印机低成本制作不同国家风格配方的巧克力，从而阻止外国竞争对手扩张。好时还希望让新型巧克力打印机更易使用，以便将其出售给餐馆、面包店和糕点店，阻止可能试图通过这些渠道进入美国市场的对手。

颠覆龙头企业。假设你的公司正在与只提供少数标准产品的行业主导者苦苦竞争，由于龙头企业拥有最大的市场份额，规模经济使其能够比你更积极地投资。唯一的办法是改变游戏格局。增材制造能让公司廉价生产不同版本的标准产品，并决定客户是否对其感兴趣。如果客户兴趣足够多，公司就可以采用基于差异化的商业模式。即使你的产品并不比龙头企业的便宜，也能获得市场份额，因为客户会从适合自己口味或需求的产品中获益。随着添加的产品品种增多，你可能会吸引很多客户离开市场领导者，导致其不得不缩小规模，利润率也会缩水。即使领导者看到了危险也很难做出回应，因为龙头企业笃信通过生产标准产品来实现规模经济的重要性。

与市场领导者共存。如果你发现客户对差异化的需求不足以让你的公司在短期内抢占足够市场份额推翻领导者，依然能选择增材制造——只关注几个细分，采用差异化商业模式。通过抢占增长机会，你能够将竞争对手限制在当前市场。如果没有，公司仍然可以利用产品差异化和利基来避免直接竞争，从而实现盈利。

克服供应链或分销链强大的竞争对手。强大的价值链很难打败，但增材制造可以通过创建全新的材料和零部件供应链来改变格局。大规模复杂性商业模式尤其如此，它允许公司使用更少零件和不同材料创建新版产品。如果公司供应商具有增材制造能力，那么可以使用它来整合许多小批量零件制造，轻松在小批量产品之间进行切换。类似的逻辑也适用于分销，因为增材制造允许公司在靠近客户的地方建立较小的工厂。（有些公司甚至有移动增材制造工厂——放在卡车上的打印机可以快速驶到有需求客户的身边）。增材制造使工厂和供应商变得更加灵活，往往可以降低供应链复杂性。

供应和分销风险随保护主义增加而不断上升，增材制造进展可使公司免受此类风险影响。如果由于关税、自然灾害或地缘政治紧张局势导致特定零件或材料突然涨价，你可以重新设计产品，减少所需原料；也可以通过将设计文件转移到不同的增材制造设备，将生产重新分配到更安全的站点。

当竞争对手被迫长期依赖地理上和技术上复杂的供应链或分销链时，这种方法非常有效。

探索和捕捉新市场。改变竞争格局的一种方法是转移到相邻或全新的市场，当创意或机会出现在任意一种市场中，你都可以利用增材制造开发新产品，测试市场，并调整产品来促进销售，从而迅速获得先动优势，降低成本。

增材制造可以实现超出现有想象力的形状和结构，让探索新途径变得更容易。你可以将从新市场获得的利润投入现有市场，更好地参与竞争。这种方法有风险，但对于雄心勃勃的创业型公司来说可能是不错的选择。

泛工业企业时代来临

在强大软件平台的助力下，增材制造使企业能在更广范围内多元化。例如，2015年GE在印度浦那建立了一个特别的工厂。以前GE的每座工厂都致力于为单一部门提供服务，例如航空、医疗或电力。但是由于浦那的工厂使用3D打印机，GE可以为多个部门生产零部件，使其能够保持比仅服务单一业务更高的产能。（工厂也有一些传统的制造设备，用于生产对于增材制造不划算的零部件。）如果喷气机销售蓬勃发展，浦那将大部分产能用于制造喷气发动机零件。但是，如果该业务放缓，生产线就能转而制造风力涡轮机。相比之下，在传统的工厂进行这种切换昂贵且耗时。

浦那工厂主要依靠大规模细分业务模式生产不同产品，但随着学习曲线进展，也可能开始采用大规模复杂性模式。

多亏了浦那的工厂以及GE已经（或打算）建立的其他“辉煌工厂”，该公司的多元化业务将取得实质性成果。为使成功更近一步，各部门需要合作。GE可能不再是传统的集团企业。我们需要用新名称来形容将增材制造与软件平台结合的多元化制造商，实现公司上下的运营协同。我建议的名称是“泛工业企业”。（请参阅我在2017年夏季刊《斯隆管理评论》中的文章“选择规模而非焦点”。）

泛工业企业不会冒险进入任何行业：所需的技术专长、商业模式或可用材料将限制其广度。它们可能将重点放在耐用消费品、金属部件或塑料工业产品上。但其广度仍然会超过目前华尔街所能容纳的范围。随着公司逐渐了解如何充分发挥增材制造的潜力，迎来工业巨头竞争的新时代，多样化甚至可能成为战略的必然选择。

许多公司对增材制造的潜力十分感兴趣，但也担忧其风险，最多利用它来制作原型和低产量的利基产品。现在是时候认真考虑，将增材制造作为大规模商业生产的一种选择了。公司应该早日入场，熟悉新技术，并为如何改变竞争格局做出探索。

增材制造不仅有潜力改变单个行业，甚至能改变整个制造业。这种曾被工程师嘲笑缓慢的技术，终将成为经济的主导力量。（刘铮筝 | 译   刘筱薇 | 校   钮键军 | 编辑）

理查德·达韦尼是达特茅斯塔克商学院Bakala战略教席教授，在《哈佛商业评论》上发表过多篇文章。他还是10月即将问世新书《泛工业革命: 新制造业巨头将如何改变世界》的作者。