3D列印：數位化製造的關鍵利器

身為世界上最古老且仍最具聲望的達特茅斯學院塔克商學院的教授，我並不習慣扮演業餘偵探的角色。每當我在研究新興的商業潮流時，我通常只要打電話給《財星》美國500強榜上的任何一位執行長，就會獲得熱情的回應。

但是，近幾年來，在記錄與分析我認為是世界上最重要的新策略性商業發展時，我突然撞上了一堵虛擬的石牆。這堵石牆由與此牽涉最深的企業領導者的沉默、迴避，以及時不時的誤導所形成。當然，這種我所不熟悉的遮掩與保密，無法打消我追故事的念頭，反而使我的看法更為堅定。這股潮流絕對能顛覆情勢，這是每世紀只會發生一次的劃時代商業變動。

藏身於平凡外表下：積層製造如何轉變商業世界

一切是從我對3D列印這項新製造科技感到興趣開始。

每個人一定都聽過3D列印，這是從電腦怪傑小圈圈擴展到大眾意識的新進「酷」科技之一。但是許多人仍然將它與可愛的塑膠製飾品，或充其量與要被當成「真正」製程模型的小型原型產品設計與生產聯想在一起。他們不知道3D列印只是統稱為積層製造（AM）的眾多革新方式的一部分，不知道積層製造已適用於廣泛的材料、產品類型與用途，不知道許多最重要的製造業已逐漸開始以積層製造為主要的生產方式，更不知道以積層製造為主要基礎的大型新興產業已經啟動。

長久以來，我對新的科技在市場、經濟、商業策略上的影響一向感到很有興趣，在過去幾年我也緊密關注著積層製造的發展。因此你能想像得到，當我在2015年，接獲時任惠普-使3D列印普及化的公司之一-執行長的梅格．惠特曼（Meg Whitman）的邀請，參訪他們位於美麗的西班牙城市巴塞隆納的主要廠房時，我心中有多麼激動。

我永遠不會忘記和惠普的多射流熔融（MJF）列印機研發部領導者史考特．席勒（Scott Schiller）在「車庫」共處的那一天。史考特帶我到一扇大門處，那扇門用2D列印出的木板和金屬鉸鏈，設計成好像是知名新創公司會從其後發跡的車庫門的樣子。但是在這扇門後並非一般的車庫，而是一個腹地頗大的空間，有超過400位擁有高等學位的工程師，正在研究2D與3D列印機的突破性科技。他們所有的研究，包括發展出使3D列印科技的穩定性、耐久性、效能和可購性更臻完美的進展等，都在致力於消除積層製造和老舊的製造方法之間最後殘餘的品質分歧。

例如，我參觀了檢測多射流熔融3D列印機性能的四間測試房。其中一間裝飾了熱帶動植物的彩色圖像，由人工設定為模擬雨林的熱度與高溼狀態；第二間裝飾得如同沙漠地貌，既乾又熱且塵土飛揚；第三間有如霜凍般寒冷，有成排的北極冰山照片。這些房間裡的列印機都經過反覆測試，以確保不論在何種環境與狀態下，都能保有穩定的品質。在第四間房間裡，有一個巨大的機器手臂被設定來抓取並劇烈地搖晃列印機，這是模擬當列印機從一間辦公室被移動到另一間，或是進行海外運輸時，可能會被粗魯地搬來運去。他們還會以微米為標準，檢視測試後的列印機零件，是否改變了位置或是變形，列印出來的產品品質也同樣會接受測試。

參訪期間，我也得以見到發展中的3D列印技術。例如，我看到實驗用的列印機被設計來列印出一端堅硬、另一端有彈性的塑膠零件，這適合用來製作鏡框。有的列印機在測試生產含有添加物的塑膠的新方法，以強化諸如顏色、強度、堅硬度和多孔性等特性，這些特性對於製造諸如在極端情況下使用的工具或零件有其必要。我也看到了其他我還不便透露的工作內容的新製程。

在未來的製造業中，3D列印將是重大且主要的元素，而惠普顯然決定要在這個領域扮演領頭羊的角色。儘管已經有數十家公司正與惠普競爭積層製造的龍頭地位，其中多家公司甚至還擁有令人驚奇的新科技，但產業專家們仍看好惠普。

其實史考特．席勒和如今稱為HPI的惠普分拆公司的其他人，可能是世界上唯一已經將既存產業成功數位化的一群人士。這個既存產業，也就是傳統的2D列印，是在紙張或其他媒介上投放層層的墨水或色素，以形成文字或圖像。有這樣傲人的成績，無怪乎惠普工程師和主管們會對以幾乎相同的方式來革新製造業，這麼具有信心。

事實上，這個進程已經開始了。2016年，惠普發表了第一代產業用多射流熔融3D列印機，預期在接下來的兩年內，預購量會有數百台之多。為了跟上迅速發展的需求，惠普還在幾個月之內擴展了製造能力。2017年11月，惠普推出了擁有更多優異功能的第二代模型機MJF 4210，其中最具代表性的，就是它在3D列印的速度與效能上有令人難以置信的進展。例如，在同樣的時間內，最常使用的3D列印方式選擇性雷射燒結（SLS），只能生產1,000個齒輪，但是多射流熔融列印機卻可以製造12,600個齒輪。

這樣的進展，將大規模使用3D列印的收支平衡點，提高到11萬個單位。這是3D列印得以進行更大規模生產的一個里程碑。不僅如此，惠普還發表了更進一步的突破，其中包括一個價位較為低廉，首次能夠以高品質、全彩列印的3D列印機系列。

參訪惠普使我見到這些令人大開眼界的成就，以及推動其他轉變性發展的幕後團隊。但是，當我詢問惠普的接洽人員「是誰購買這些3D列印機？」「他們買來做什麼？」時，他們都不願多談，只願意介紹幾個重要的客戶給我認識。

其中一個客戶是捷普科技（Jabil Inc.），這是世界第三大代工合約製造商（前兩名是台灣的鴻海，以及創立於矽谷、現位於新加坡的偉創力）。捷普總部位於佛羅里達州，在全球28個國家中擁有102個生產廠房。他們製造印刷電路板（PCB）、組裝印刷電路板需要用到的塑膠與金屬機殼，以及其他從消費性電子產品到航太工業、從製藥到家用品產業公司的數千種加工零件。

捷普正在打造全球第一個製造平台，這是以數位科技連結世界上眾多商業活動，而形成的一個具有穩定連結的製造業重鎮。這樣的平台，將會為積層製造前所未見的效能增加動力。

但除了捷普以及一、兩個公司之外，惠普其他客戶的身分仍然隱晦不明。對方一再表示：「我相信你可以了解，因為競爭的關係，我們的客戶堅持要保密。」顯然，積層製造正在從一個新奇的玩意，變身成為製造業世界的重要元素。但它究竟如何做到？為何能做到？什麼樣的公司正在利用這項突破性技術來定位自己？這一切對21世紀的全球經濟又具有什麼樣的意義？

要回答這些問題，我得先化身為商業偵探。

從成人紙尿褲到噴射戰鬥機

我開始辦起案來，花了幾個月的時間，研究我從網路上能夠找到、跟積層製造有關的所有文件、文章、訪談和評論。幾位資深工程師和我商學院的許多聰明絕頂的學生，帶著我理解這個日新月異的科技的複雜來歷。有幾篇詳列了3D列印目前的使用者，以及積層製造的其他形式，其中揭露的許多新興科技及其潛在用途都非常吸引人。

有一篇文章指出，某家公司使用3D列印來生產手機天線。但供應商是誰？製造這些手機的又是哪家電子公司？這是真實故事還是純屬謠言？我在網路資源中孜孜不倦地尋找，除了有跡象顯示供應商位於中國之外，幾乎別無所得。我下定決心要有所斬獲，於是雇用了幾位說中文的年輕學生，讓他們用母語去探查報紙資料庫的商業內容。花了好幾個月的功夫，投資了數千美金之後，我們終於利用諸如聊天室的評論和求助廣告等間接方式，確認了這些傳言。我們發現，一家名為光寶科技（Lite-On）的供應商，確實使用積層製造，為台灣Android和Windows系統的智慧型手機製造商HTC生產天線。光寶科技使用由新墨西哥州Optomec公司所打造，專門用來生產電子產品的一系列3D列印機，每年製造了1,500萬支天線。

這麼大的事情卻沒有出現在主流商業媒體，顯示出一個鮮為人知的事實：在原型設計與少量客製化產品的領域之外，積層製造正在快速擴展，並且進入了大規模製造的世界，而許多老鳥工程師仍然以為那是積層製造還無法進場的世界。

積層製造也擴展到與高科技截然不同的生意。舉例來說，我發現了許多篇文章，都提到了一種Cosyflex科技，這是一項以3D列印機來製造衣料和不織布的突破性技術。Cosyflex背後是一家名為Tamicare的英國公司，該公司幾乎沒有任何的公開資料。我只在2014年曼徹斯特地方報的一篇文章中，查到在這家英國公司背後的是一對以色列夫妻檔發明家塔瑪和艾胡．季羅（Tamar and Ehud Giloh），據報載這家公司的投資基金獲利了1,000萬英鎊。

我費盡千辛萬苦才找到了塔瑪．季羅。她是出了名的口風緊，而且幾乎不接受採訪。但是我說服塔瑪跟我分享一些她的經歷。她以一段影片，顯示她運轉中的機器是如何為有尿失禁問題的成人生產多層防水內褲。

影片中是一間玻璃環繞的小屋，裡面有3D列印機、機器手臂以及在輸送帶上行進的金屬板。我和我聘請來協助我理解這段影片的三名工程師，一同觀看這個過程。我們看到混合不同天然纖維的各種塑膠聚合物，被一層層地噴灑在金屬板上使基底成形，接著機械手臂放上吸水墊、用熱氣包封住衣料，然後金屬板被彎折，準備進行最後的壓型與包封。

我還得知，單一台Cosyflex機器，每3秒鐘就可以製造出1件防水內褲，每年可以生產達300萬件之多，而且成本只略高於傳統製造方法-如果你將附加費用考慮進去，成本實際上是更低的。舉例來說，積層製造的生產系統精簡而靈活，因此只要將這些機器設置在鄰近客戶的地方，便可以大幅降低交通成本。

這是我從經濟學的角度分析積層製造，所得出的典型模式。許多工程師對傳統製造方法擁有廣泛的知識，他們仍然蔑視積層製造的潛力，宣稱其「太昂貴而無法取代舊有系統」。我稍後將會更詳細地解釋，他們的邏輯漏洞百出。而其中最大的一個問題是：他們沒有考量到隨著生產過程，積層製造在經銷、材料、倉儲與行銷上所節省下來的成本。

很明顯地，我觀看的這家公司的影片中，Cosyflex享有的成本效益並沒有遺失。影片展示出，這個系統被用來生產數千盒內褲。但是當我勸說Tamicare老闆透露客戶的名字時，她仍然保持緘默。

於是我必須再一次回到我的業餘偵探模式。我開始向我認識的每一個人，詢問誰可能是使用Cosyflex產品的神祕公司。根據我聽到的消息，我得知Cosyflex技術最有可能的大用戶是一家製造成人紙尿褲、醫療繃帶以及急救產品的特定公司。之後，我聽說Tamicare與一家大量生產運動鞋與內衣的服裝公司簽署了一項數百萬美金的交易，也聽說Cosyflex生產的成人排泄失禁用內褲已在以色列進行市場測試。但是這些事情的更多幕後細節一直難以捉摸。

與此同時，有人帶給我一個新消息，揭露了3D列印被用在更創新、更值得注意的用途上。「我不知道詳細的內容，」一個熟識者這麼告訴我，「但是我聽說洛克希德．馬丁（Lockheed Martin）正在申請將3D列印用在飛機製造業。」我打給該公司中我認識的人，但是他們拒絕了我的採訪要求。於是我想出了一個替代策略。我搜尋社交媒體網頁LinkedIn的資料庫，找出在洛克希德．馬丁工作的專家的名字。之後我打了好幾百通電話，只想找到一個願意跟我聊聊的人。

最後，我終於找到了一個年輕的工程師，他很樂意且極具自信地跟我討論他的工作。他說洛克希德．馬丁發展出一種新的複合材料，可以使用3D列印來生產超輕量、超堅固的F35戰鬥機機體。「我們可以在3個月內使用一種叫做大面積積層製造（big area additive manufacturing）的製程，印出整架戰鬥機的機體和內裝。」他說明道，「使用傳統科技需要2到3年才能造出一樣的戰鬥機，而我們現在的目標是縮短到3個星期。」

我這位年輕朋友告訴我的事實在令人難以置信。F35戰鬥機超過50英尺長，翼幅寬達35英尺，（空機）重達12噸。這麼一架戰鬥機能夠像塑膠首飾那樣被列印出來的想法，簡直匪夷所思。但是很顯然洛克希德．馬丁發現戰鬥機的機體和內裝，可以透過一批能夠上下與橫向攀爬金屬管製成的鷹架而列印出來。這個鷹架容易折疊與裝載進入尋常的運輸容器，這就是大面積積層製造。就算不是工程師，也很快能看出這能克服積層製造因尺寸與彈性的限制而可能減少的潛力。

更令人印象深刻的是，洛克希德．馬丁正在運用尚未有人描述過或是命名過的商業模式，我將它命名為巨型模組化（mass modularization）。巨型模組化代表標準化的戰鬥機機體與內裝，以大面積積層製造的方式打造，再以3D列印的線路嵌入機身、機翼、駕駛艙以及起落架。各式空間為了安裝模組而保持開放。特殊通訊系統、導航系統、武器系統和其他功能，各自存在不同的盒中等待固定。模組會與已嵌入的線路自動連接，所以一旦模組被置入，飛彈與引擎被固定之後，戰鬥機便準備就緒。

大面積積層製造結合巨型模組化之後的影響範圍很驚人，汽車、船隻、收割機、運土設備和其他複雜的機器都可以用這種方式製造出來。而且F35戰鬥機本身也可以在數秒內透過替換更新後的模組改裝，無須送回基地更新，模組還能夠空運到戰場，因應任務的轉換，讓戰鬥機安裝上新的電子功能或反制設備。

最令人印象深刻的是，飛機「工廠」已經不再是需要耗費數億美金建造又容易被間諜機與衛星看見的巨大機庫。工廠可以是小型的倉庫，包括幾個在運輸容器中的大面積積層製造系統，視需求快速安裝、易於拆卸與移動。當國家可以依其需求在現場即時列印出飛機，在地緣政治與軍事策略上的意義是十分巨大的。

當然，我要求讓我參觀製造廠，見識一下工作的過程。「我再跟你聯絡。」這位朋友這麼告訴我，而他從此銷聲匿跡，也沒有回應我後續的電話與電子郵件。不過在那之後，我得知大面積積層製造在一項辛辛那提股份有限公司（Cincinnati Incorporated）以及橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Labs）的合資事業中有所進展，便證實了洛克希德．馬丁確實使用了大面積積層製造法。

2016年，洛克希德．馬丁終於提出了一項包括戰鬥機積層製造過程的專利申請，這也是我現在還可以自由撰寫我從業餘偵查中發現的事情的原因。

我挖得愈深，就聽到愈多進一步的傳聞，好幾家領先全球的產業公司-備受關注的企業巨人，例如位於德國的西門子、日本的住友重機械工業株式會社以及美國公司聯合技術（United Technologies），都在追求3D列印技術的革新。這群翹楚之中，包括歷史悠久的奇異公司。在執行長傑夫．伊梅特（Jeff Immelt）的帶領之下，奇異有一段時間，鮮少公開聲明他們在積層製造上的努力。但是一連串的公司併購，使奇異在這個領域的興趣愈發廣為人知。包括他們在2012年買下位於辛辛那提的3D列印先鋒莫利斯科技（Morris Technologies），以及在2016年以總價14億美金的金額併購了兩家最早的金屬3D列印機製造商Concept Laser和Arcam AB-這是直到目前為止，在3D列印商場上最大宗的交易。最後在2017年中，奇異發出一系列聲明，透露他們計畫在積層製造的發展與普及上，成為重要的全球化力量。

另外較少被宣傳但長期來看也許較為重要的，是奇異也宣告他們要在接下來的10年內，成為全球十大軟體供應商的企圖。積層製造的驚人靈活度與能力，其關鍵之一，就是它完全數位化的製程。而這表示，能夠創造控制數位化製造-從產品設計、原型、測試到生產、倉儲與物流-的世界級軟體的能力，已突然躍升至極具價值的商業技能前線。

此後，奇異經歷了幾個重大挫折。由於慘淡的收益，撤下伊梅特換上約翰．夫蘭納瑞（John Flannery），他是公司老將，近來都執掌奇異的醫療部門。到了2017年底，謠傳奇異可能從許多表現不佳的生意中抽身。但就在這個時候，奇異宣布要花費21億美金在數位製造科技上，並強調他們在2020年將於數位化製造業市場中，仍會扮演「主要角色」。

在寫作本書期間（2017年冬天至2018年），奇異的未來如何猶未可知。但是這個曾經以「帶來美好生活」的口號聞名的公司，將在積層製造的持續發展與成長中，扮演舉足輕重的角色。

這些便是你現在閱讀的這本書的研究內容。從3D列印開始，但是必定不在3D列印結束。（摘錄整理自本書前言）

泛工業革命：製造業的超級英雄如何改變世界？

理察．達凡尼／著；王如欣、葉妍伶／譯

先覺出版

售價：450元

作者簡介

理察．達凡尼（Richard D'Aveni）

康乃爾大學政府學系學士，波士頓大學奎斯特羅姆商學院策略管理碩士，薩福克法律學院公司與稅務法律博士，哥倫比亞大學策略與組織理論博士。現為達特茅斯學院塔克商學院巴卡拉策略教授（Bakala Professor of Strategy）。

多次獲選前50大商業思想家，2017年更名列全球10大策略思想家。擔任多家《財星》500大企業執行長顧問。