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一位前 F1 工程師想靠 3D 打印改變制造業,我們和他談了談

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一位前 F1 工程師想靠 3D 打印改變制造業,我們和他談了談

Angus Hervey2015-07-21 02:00:00

他的發明的市場容量也許會令你大吃一驚:到 2020 年,預計能有 200 億美元左右的價值。

本文由?Medium 和?Angus Hervey?權《好奇心日報》發布。Angus Hervey?是?future crunch 的聯合創始人

邁克爾·富勒(Michael Fuller)在最高級別的賽車比賽做了 10 多年的工程師。在 F1 的工作經驗讓他想到了一個潛在的賺錢點子:用 3D 打印做一個熱交換器,其重量將是現有的一半。熱交換器——一種要么使熱量進入設備的某部,要么使熱量散發出來的儀器,不僅對于汽車業來說很重要,對于航空業、化學制造業和制冷業等無數其他行業來說也很有意義。當你想要達到某一速度或把一些東西運上太空,關鍵部件的重量減半可是件大事兒,可見富勒的設計可謂是變革性的。這一發明的市場容量也許會令你大吃一驚:到 2020 年,熱交換器產業預計能有 200 億美元左右的價值

對于富勒來說,熱交換器只是個開始。他把自己的公司 Conflux Technology 視為我們造東西的道路上一個更大的革新的一部分。他的公司為開拓者們提供圍繞 3D 打印新技術方面的幫助,這能使大型工程項目中重要部件的組裝不再需要外包給第三世界國家去完成。這樣一來,關鍵部件和技術標準都可以就近送達。他預見說,制造業的基礎將會更小、更快、更具活性,性能上是我們現如今的上百倍。

當然啦,人們談論 3D 打印的潛能已經談了一段時間了。前些日子富勒也曾說,F1 用 3D 打印這一技術來做樣機研究,后來用來生產一些小部件。更進一步的制造目前還不太可能,畢竟現在的科技水平還不能夠滿足表面公差和抗張強度的需求。但在過去的 1 年里,他強調,3D 打印已經發展得足夠成熟了。相關的企業要當心了。

近期我與他的對話,就是圍繞著他對于制造業未來的設想是如何產生來展開的。

你小時候知道自己長大了想做什么嗎?

我小時候,父親總帶我和弟弟去卡丁車跑道。沒多久我就意識到,我不會成為下一個埃爾頓·塞納(Ayrton Senna,譯者注:傳奇賽車手,曾經于 1988 年、1990 年、1991 年三度奪取 F1 世界冠軍),但我仍很愛賽車,所以就總跟大家說我要做一個造賽車的。這樣過了差不多兩年,我父親讓我坐下來并告訴我說,要么行動,要么閉嘴。他幫我打了草稿,并幫我把信寄給了每一位 F1 的老板,信上寫道:“嗨,我叫邁克爾·富勒,現居澳大利亞,今年 12 歲了。如果我想要在 F1 工作,我該做些什么準備呢?”令我震驚的是,我竟收到了一些回復。

a邁克爾·富勒,Conflux Technology 創始人

13 歲開始,我在當地的一家賽車隊做志愿者。我做些清掃、照看輪胎的工作,并很快決定我不要做技工。這使我決心要成為 F1 高級工程師,也讓我明確了我需要在大學學什么專業——當然,也讓我在中學時要做的選擇簡單了起來。現在看來,那真是完美,因為在大家都在搖擺不定的時候,我知道自己在做什么,并且知道是為什么。這種清晰度帶給我一種難以置信的目的性。這讓我能夠忍受學習微分學的痛苦。想法或許有些模糊……但是目標一直都是做賽車。

F1 SA07,超級亞久里F1車隊在 2007 年 F1 賽季的賽車(Flickr/nhayashida)F1 SA07,超級亞久里 F1 車隊在 2007 年 F1 賽季的賽車(Flickr/nhayashida)

F1 這個行業是怎樣的呢?

對賽車業來說它是尖峰,也是革新的溫床。這意味著事情的變動非常迅速。比如說過去,F1 做剎車散熱管是這么一個流程:空氣動力學家會提出一個概念和模型,把它給到設計師,他們會用 CAD 給它塑型。之后模型制作者會制作一個模型并放進風洞。工程師對成果進行檢驗,之后會回到模型設計師環節,他可能會在模型兩旁各做五次修改來做測試。這意味著模型制作者現在有 10 個版本要建模,而且這些模型都要被認真檢查,確保在第二次進風洞做檢測時是精確無誤的。某種意義上來講,大概比賽之前 4 周,研發環節就得停止,然后說:“好了,我們可以就用那項設計了。”這是因為碳纖維復合材料剎車散熱管有 60 多個部分的工具組件;制造全尺寸的汽車零部件時,復雜度是非常高的。所以你可以想象造一輛 F1 賽車的整個流程有多復雜了吧。

當然,3D 打印機改變了一切。因為現在你可以直接用電腦做原型設計的部分,并且時不時地做些改進和調整。用我們剛才說的例子來打比方,這就意味著由于制造業的生產周期大幅縮短,我們能夠將研發階段延續得更長。我們不再需要在比賽開始 4 周前就停工了,因為現在把它打印出來只要 48 個小時。盡管優勢對我們來說是顯而易見的,對更年輕一代的工程師而言尤其如此,但它還需要一段時間做一些改變。讓每個人都加入進來大概需要 4-5 個月的時間。這對其他的工程學科來說已經快得不可思議了,但對 F1 來說簡直有冰河世紀那么長。

你什么時候想到要做 Conflux Technology 這樣一家公司的?

在我的職業生涯中,做過相當多的發動機安裝,負責把所有的系統連接起來。從科技角度來講,我想這算是物理層面的系統整合。我感到不足的地方在于熱交換器的性能。因為有無數種方法能讓它失效——它們的尺寸、重量、熱效率,以及流量限制造成的功率損耗等等。我一直對發掘金屬加層制造業,也就是 3D 打印技術的潛能很感興趣,你可以把金屬粉末鋪開,然后一層層地熔合。這都是多年前我在 F1 時嘗試過的,但那時能夠達到的尺寸和密度都還沒達標,這個技術當時還不夠成熟。

大約一年前,我覺得差不多時機成熟了。那時我冒出了一個想法,那是一款利用幾何自由度設計的熱交換器,只能通過加層制造來實現。一天早上我在沖澡的時候(也正是我的好點子誕生的時候),一個概念突然從我腦海里冒了出來,我意識到我可以把它做出來了。于是我在 CAD 里把幾個形狀拼在了一起。當時我還咨詢了墨爾本高校里和高級制造有關的學院,聽說莫納什大學孵化的科技公司 Amaero 可以提供商業原型設計服務。所以過去的半年里,在維多利亞州政府補助和我自有資金的扶持下,我們完成了無數次迭代打印,終于完成了實用的測試樣機。

你的設計特別在哪里?

熱轉換器的意義遠比表面看起來要深遠,它們是熱力學第一定律在實際中的應用。有時候你需要給系統加熱,有的時候你需要散熱。那該怎么處理熱量的問題呢?這可能是一個封閉的循環,液體將正在運作中的機器的熱量帶走,轉化為氣體。舉例來說,汽車散熱器就是一個典型的水 - 汽熱轉換器。水被泵壓到發動機周圍,帶走了一部分熱量,最終蒸發到大氣里。我們的皮膚其實也是一樣,我們吃進食物,把食物的化學勢能轉化為動能,為我們的行為(比如呼吸、動作等)提供能量,同時也有一部分熱量也通過皮膚散發到大氣里。無論何時,只要做好身體能量管理,提升效率,就能讓你的行為持續得更久,力量更大。

不過在過去的 20 年里,工業的這個領域里幾乎沒有任何革新。歷史性技術已經發展到了巔峰水平,損耗性制造技術,比如蝕刻、彎曲擠壓板、釬焊、熔焊技術等等已經登峰造極,是時候搞下一代熱交換設備了。我從歷史上的設計中吸取了一些元素,并以全新的幾何構型來組合它們。這就造就了一款緊湊型熱換器,高密度、低壓降,同時熱力轉換性能很高。我們剛完成的概念測試表明,我們的熱交換器表現已超越目前世界最佳水平,并且重量減少了 50%,這是相當驚人的。

測試階段的熱轉換器在工作中測試階段的熱轉換器在工作中

這項技術可以應用在哪些方面?

我們當前正處于加層制造業技術發展的黃金時代。就像我們所說的,3D 印刷設備變得更快、更大,應用更廣。創造一個產品來顛覆熱交換器行業并不是我們的主要目的。相反,這是我用來測試去中心化制造假設的第一步,現在也才到達能用它來制造零部件的地步而已。人們已經討論這項技術多年,然而我們現在才來到技術發展曲線上一個較低的點:它是可能實現的。現在的問題是,3D 打印能不能被用來制造零部件,如果可以的話,商業上的可行成本和交貨進度會大幅變動,從而真正顛覆現代工業。

一旦這個模式被應用到其他制造行業,這將會是革命性的變化。讓我舉幾個例子來說明一下。想象一下,一家工程公司要給一座山開條隧道,在這個過程中他們要消耗一定數量的組件。這就意味著這些組件需要在他們預計用完的幾個月前就要下訂單訂購,由此也創造了復雜到令人難以置信的全球供應鏈。有了這項技術,就不需要再去地球的另一邊采購專家制造的零部件再進行裝配了,只要有關鍵零部件和專業知識,你就可以在現場或者在附近制造出設備來。我們將推進 3D 打印金屬加層機器應用到這個階段;與工程公司一同開發這項工程設計,在現場打印就能付諸現實。這意味著更高的生產率、更快的交貨時間、更少的供應鏈風險,以及更低的環境及財務成本。

這個過程中遇到過什么困難?

工業業內人士還沒準備好做我現在想做的事,就是 3D 打印金屬部件的連續生產。曾經為我制作出我的原型機的公司 Amaero 在制造階段做得很好,但他們也不打算建立一個連續生產的設備。就跟在 F1 的時候一樣,在沒有資源的時候,時間總是很難熬,令人沮喪。我是一個不習慣長時間等待的人。不過我還是想說,澳大利亞的創新生態系統還是很贊的。

接下來會變得有趣的一步是試點生產廠的融資。我們將為此投資 1100 萬美金。籌到這個數字并不難(我很擅長做這方面的預算),在澳大利亞的前景提升才是更重要的。我想要在澳大利亞完成這件事,是因為這兒非常完美。我們有著非常優秀的工程師和豐富的人才儲備,參與全球競爭毫無壓力。試想一下,從名義上來說,3D 打印機在中國的售價和這里一樣,一旦把勞動力這個因素從成本里扣除,那障礙就只剩下政府監管框架和原材料供給了。這就意味著我們可以與中國及其他國家在一個環境下競爭。

制造業的未來何去何從?

我覺得 10 年內,更大的去中心化制造業圖景會初步得到證明,也就是到了應用這一步。這將創建一個完全不同類型的企業。它意味著供應商不再僅通過倉儲提供硬件,他們還會在有執照的前提下,通過當地設備制造并提供設計和 IP。10 年內我們就能看到如此規模。而可擴展性是最重要的,它意味著更高的生產率——我指的是,相對于傳統制造技術,生產率會有成百倍的提升。既然我們見證了它開始生根,我們就能看到這些機器通過生態系統服務應用公司在全球范圍擴散。一個新的、協同合作的高性能集聚型家庭手工業,將會具有更快的制造反應能力,帶來更高的價值增值能力。全球產業鏈將會實現去中心化、大眾化。

從根本上講,科技代表著我們能用更少的東西創造更大的價值。而這對地球上的每個人而言都很有意義。


翻譯 ? is譯社 塔米日

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