本文探討了3D列印能力的潛力，可以通過支援下游生產來改變供應鏈。相比於傳統減材製造（SM）技術，3D 技術更多的是使用增材製造（AM）技術。
由於AM技術的快速發展，對管理大型、多樣化供應鏈組織的3D列印能力的重新評估是合理的。AM在各領域廣泛商用，從玩具製造到工具和原型，同時新的應用也在加速發展。美國政府對AM的興趣也在增長。美國能源部國家實驗室正在使用AM技術來製造自然界原本不存在的新材料的研究專案，如可以提供結構化功能的輕量的框架和天線。美國國防部也認為，應用AM技術有潛力為易磨損、昂貴或難以獲得的部件提供插入式替換，支援維護、修理和操作。
3D列印應用帶來了許多挑戰，無論使用的是哪種製造技術。考慮到AM技術的快速發展，本文很大一部分將側重於AM具體的優勢和挑戰。對於供應鏈的技術不可知的影響，我們將利用3D列印的擴充套件定義。
為了幫助國防部瞭解3D列印技術應用的廣度，以及為了支援這些努力可能需要的結構和政策變化，蘭德國防研究所進行了一個探索性專案，來發現3D列印技術在軍事環境中的潛在用途和好處。這一專案對3D列印技術進行全面的追蹤，從它的源頭到它的潛力，從而改變美國國防部的供應鏈。我們描述了3D列印技術的各種應用，並提供了一個框架，幫助國防部考慮3D列印在維護、修理和操作(MRO)環境中的未來影響。我們還分析了美國在AM技術發展和採用方面的戰略競爭平衡。最後，我們將討論這些新技術對國防部採購和其他計劃過程的廣泛影響。
(一) 增材製造的演進
1984年，日本、法國和美國同時提交了有關AM的專利，標誌著AM開始商用。到20世紀80年代末90年代初，出現了四種創造性的AM方法：立體光刻技術（由美國3D Systems公司開發）；實體磨削固化（由以色列的Cubital有限公司用的技術）；選擇性鐳射燒結（由德克薩斯大學奧斯汀先驅）；層壓物件製造（由Helisys，Inc.首次推出）。1989至2015年AM 的年複合增長率達26.2%。
從時間維度上看，，生產模式的演變是線性的，但可以看到AM作為本地化生產的迴歸：迴歸到工匠。3D列印提供了在本地生產高品質零件並且能夠根據特定需求進行響應的能力，就像工匠們一樣。 雖然對普通人群而言，採用AM類似於每個家庭中擁有一名獨立的工匠，但對國防部和商業應用，AM的願景還在於生產車間模式，該模式側重於根據當前需求提供高度快速響應的產品供應給終端使用者，包括軍隊。
(二) 3D列印的未來發展
基於3D列印市場的潛在規模，專案考慮這項技術可以為國防部和其他類似的供應方帶來哪些好處。在研究這個問題時，我們確定了潛在影響3D列印發展的兩個主要因素：（1）需求來源與供應鏈的相對隔離（或連通性）；（2）需求的特定性（或可變性）。需求越隨機，與分銷中心（例如，前向運營基地或船舶）的距離跨度越大，3D列印技術的影響就越大。在需求穩定，與現有供應鏈連線良好的地方，3D列印滲透的機會就很少。
為了進一步探索3D列印的未來選擇，我們開發了一種“四機解決方案”，它採用了fab-lab模型，可用於在遠端環境中支援下游MRO。雖然機器的確切尺寸和能力可能因空間和環境限制（例如，航空母艦與驅逐艦，或主要物流基地與前瞻性基地）而有所不同，但該fab-lab配置將提供一整套功能。工廠實驗室由以下元件組成：
- 數控銑床；
- 金屬合金AM機；
- 塑料複合材料AM機；
- 計算機斷層掃描（CT）計量機
- CT掃描/ X射線組合。
因要生產部分的複雜度和尺寸不同，每種機器所需的生產時間也不同。
要了解3D列印對DoD的價值，將3D列印生態系統概念的成本與其將替代的整個供應鏈流程的成本（包括進行交易和採購部分需要審批所需的時間）進行比較是非常重要的。由於國防部要考慮到惡劣環境中MRO的選擇，因此將本地生產中使用晶圓廠實驗室的成本與集中生產系統的成本進行比較，必須涉及整個供應鏈成本。
(三) 專利和戰略考慮
為了瞭解AM技術開發和採用的戰略競爭平衡，我們對某些國家的私營部門和國防部門的AM專利進行了評估。
對近4000項AM專利的分析發現，大部分的創造性AM專利由私有企業完成，政府支援的部分佔比較小。就國別和領域看，美國和日本的AM專利組合最強大和最多樣。幾乎在所有領域，日本和美國都是領導者。中國在冶金等特種機械方面發揮了強大的作用，可以支援航空航天，輕質材料，裝甲和模具的軍事和情報技術。
多功能元件、生成設計和可裁剪的材料屬性，將改變軍事和民用產品的製造方式，從簡單的物件到完整的車輛、機身和船隻。
(四) 結論和影響
3D列印技術在民用領域迅速發展。研究發現，這些技術的能力、穩定性和成熟度已經足以支撐經濟有效的開發軍事和民用應用。因此，雖然以前AM僅在原型設計和異型零件製造方面佔據重要位置，但其未來將很可能廣泛採用在供應鏈各個層面的MRO。隨著新技術能力的發展， AM將成為未來元件和產品設計的核心。多功能元件、生成設計和可裁剪的材料屬性，將改變軍事和民用產品的製造方式，從簡單的物件到完整的車輛、機身和船隻。3D列印最悲觀的場景是將其簡單地視為我們當前工具集中功能的替代品。
美國軍方領導人雖然對AM在消費者領域的應用仍不清楚，但AM在國防領域廣泛商用於工具、原型設計和MRO的條件已成熟。要推進3D列印技術，DOD應重點考慮四個關鍵因素：
實施3D列印技術將獲得潛在的顯著優勢；
必須像網路安全問題一樣，解決AM智慧財產權所有權和許可證問題；
相對於其他參與者，包括日本、德國和英國等有強大工業基礎的盟國，美國具有較大的優勢；
考慮AM對軍事平臺的影響，必須修改現有的採購政策和流程。
PDF版本將分享到199IT交流群，支援我們發展可加入！
