3D打印产业融合成长的低成本创新驱动模式分析

袁锋+蔡瑞林+郝中超

摘 要：分析3D打印技术实现低成本创新的理论基础，将低成本创新驱动力归纳为市场需求、技术创新、设计创新，并以登山模式解析三者之间的内在逻辑关系，通过技术与设计的渐进性与突破性变革二维关系，将3D打印产业融合成长下的低成本创新驱动模式可分为四种：市场需求驱动型、技术创新驱动型、设计创新驱动型以及技术顿悟型。

关键词：3D打印；产业融合；低成本创新；驱动力

低成本创新区别于传统创新主要体现在低时间成本、低财务成本和低市场风险三个方面，低成本创新不仅对于创新基础薄弱的企业具有现实意义，能够实现“穷人的创新”；而且对于产业转型升级、新旧动能接续转换具有促进作用。近年来，3D打印技术快速融入其他产业，3D打印产业融合下的低成本创新对于企业实现“中国制造”到“中国智造”具有重大意义，已经引起企业界和学术界的关注。本研究拟揭示3D打印技术实现低成本创新的理论基础，分析低成本创新驱动力以及各自之间的内在逻辑关系，探究3D打印产业融合成长下的低成本创新驱动模式。

一、概念界定和研究问题

1.3D打印

3D打印（3D Printing），又稱增材制造，是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要体现。当前，3D打印技术已经从研发转向各领域的产业化应用，其与信息网络技术的深度融合，将为传统制造业带来变革性影响，被称为新一轮工业革命的标志性技术之一。3D打印应用于航空航天等高端设备制造及修复领域，已在多个领域内成为产品研发、创新设计及定制化产品的重要技术手段，并且应用范围不断向医疗、建筑、服装、视频等行业领域发展，越来越多的企业将其作为技术转型方向，用于突破瓶颈或解决设计难题，助力智能制造、绿色制造等新型制造模型。

2.产业融合

从产业的内涵来看，产业是由技术、产品、企业、市场与制度等系统构成的。如果只从一个或少数几个子系统视角来定义，则会像“盲人摸象”那样无法得出一致的结论，也无法科学地界定产业融合的内涵与本质。而从系统的视角可以更好地界定产业融合的内涵与外延。从系统的视角看，产业融合是指开放产业系统中，新奇的出现与扩散引起不同产业构成要素之间相互竞争与相互协作，共同演进形成新兴产业的过程。它的外延包括技术融合、企业融合、产品融合、市场融合、制度融合等等。

3.低成本创新

曾鸣是我国较早关注低成本制造的学者之一，他认为，低成本创新包含两方面：一是企业通过创新，进一步降低成本；二是企业创造性地应用种种方法以降低成本的方式实现（主要是应用型）创新，从而带来性价比的大幅度上升，创造全球竞争优势（曾鸣和威廉姆斯，2008）。陈圻和任娟（2011）认为低创新成本包含低财务成本、低时间成本和低风险三个特征，同时又造就新的低成本产品。

与传统技术创新不同，低成本创新突出了低投入、低风险和低价位。但是，低成本创新不仅是低价位的技术创新和产品创新，从本质上讲，低成本创新实现了对产品的整个生产过程和商业模式的重新思考与设计，是围绕新产品的设计、生产、商业化等一系列系统性的活动。第一，低成本创新从设计阶段开始，对产品的整个生产过程进行重塑。低成本创新的产品不仅满足了价格低廉、功能足够等外在要求，同时，企业需要改变传统的生产流程思路，从产品的设计阶段就引入低成本创新思想。第二，低成本创新改变了原有的产品商业模式。在新产品进入市场销售环节，往往需要探索适当的商业模式，于是，低成本创新从始至终贯穿了产品的生命周期。

二、3D打印技术实现低成本创新的理论解析

1.3D打印技术促进技术与设计的耦合

3D打印技术涉及学科领域和应用领域广泛，是由众多具体技术构成的一个复杂技术群落，其创新发展需要多项技术的整合应用。优化选择不同技术群落的优势，形成合作共生的技术群落结构，进行集成创新。

一般来讲，设计位于技术研发的下游，其对技术创新的作用更多的体现在需求拉动上，而设计推动的更多的是功能创新；设计对技术的需求领先于技术需求，即通过设计师将尚未存在的需求传递到研究开发领域，促进新技术的实现。通过设计，拉动材料、工艺、部件等中间产品的研究开发。3D打印技术的快速发展，离不开三大要素，即计算机辅助设计程序（CAD等）、原材料和打印技术，三者之间共生合作实现螺旋式创新，任一个要素的创新都同时会推动另外两个要素的创新发展。3D打印在产品成型方面的优势，使设计师的创意思维不再受制于制生产工艺，能够在更广阔的空间发挥设计与创作能力。由此可见，3D打印技术促进了技术与设计的耦合。

2.3D打印技术能够驱动低成本创新的机理

对于低成本创新企业而言，3D打印技术具有多项竞争优势。

一是快速响应市场能力：3D打印技术能够缩短产品设计过程，在短时间内将设计模型转化为实物，并在开发过程的关键早期阶段即时反馈设计缺陷，经过多轮设计迭代，及时修复设计缺陷或者变更设计方案，由此提高产品的外形与功能，进而对企业的生产成本与上市时间产生巨大影响。

二是降低产品原型生产成本：相比一台快速原型设备的采购成本，3D 打印设备成本约为前者的5%，甚至更低。此外，3D 打印设备的维护成本也相对较低。企业可以利用3D打印设备自己加工零件，而无需外购原型，且3D打印可实现产品的多样化、个性化，消除了由于外购产品原型可能会导致的运送延迟等外界不利因素，相对传统的生产管理过程，为制造商提供了更大的灵活性和便利性。

三、低成本创新驱动力分析

关于低成本创新驱动力问题，尚未形成统一认识，比较典型的是两种：技术推动说和市场拉动说。技术推动说认为：科学技术是技术创新的根本动力；而市场拉动说认为：技术创新主要是由市场需求引发的。Verganti认为在技术、市场之外存在第三种创新驱动力量，提出了技术-语义--需求三维创新驱动模式，也由此开辟了设计驱动创新理论。如图1。endprint

从图1可以看出，技术创新、市场需求和设计驱动创新是创新的三大驱动力来源。可以看出，市场需求作为创新的拉动力量主要体现在产品技术和产品语义两方面的渐进式创新；设计创新侧重于在现有科技水平基础上，通过产品语义的突破式创新成为创新的驱动力量；技术创新则是实现了科学技术的颠覆式革新，成为创新的拉动力量。

1.市场需求

随着科技手段的更新，原有的技术或产品不再满足用户需求，企业需要不断推陈出新，从这一角度来说，市场推动了创新的发生。市场经济环境下，企业的生产经营活动都将围绕消费者的需求展开，以期在最大程度上满足消费者在产品/服务上对价格、功能、种类等方面的要求；同时，消费者的需求内容与满意度也会随着经济与科技的不断进步而发生变化，新的需求随之产生，也由此为企业提供了新的产品创新思路和市场机会，拉动并激励企业创新活动。

市场需求是企业创新的“源动力”的主要体现：一是市场需求为企业创新提出了明确的目标，即根据自身利益发展需求，有选择性的将新技术、新发明转换为企业生产的实用技术。二是，市场需求的不断变化，促使企业将创新活动由一个领域延伸到另一个领域，甚至整合多个应用领域，从而促进科学技术的功能与应用范围不断扩大，最终为新领域产业化的形成和发展奠定坚实的基础。

2.技术创新

传统观点认为，技术创新投入成本高、不确定因素多，主要适用于差异化生产战略的企业，而对低成本企业意义不大。然而，王文伟（2012）通过实证研究，证明了技术创新能够帮助低成本创新企业解决相应的产品与市场困境，为低成本创新提供一条新的可选路径。

从创新的内容，可以将技术创新分为产品创新和工艺创新，产品创新实现了产品的差异化生产，工艺创新能够降低产品生产所消耗的资源和成本。低成本创新企业总体来讲更侧重于后者，即通过提升工艺技术、优化生产流程、淘汰高能耗等方式，缩短生产周期、降低运营成本，改变物流策略，降低企业生产总成本。

3.设计创新

从创新的逻辑过程来说，设计必然先于产品（或服务或模式等），即首创者需要先构建设计理念，即创造出产品对应的符号，才能根据符号创造出产品；其次，首创者能够用已有的概念符号解释这个新的符号，即它是什么有什么用。设计驱动创新，强调设计行为对创新活动的重要性，强调产品与人与社会的内在延伸，深度挖掘用户在使用产品过程中所体现出来的心理与文化需求，由此，实现产品意义的突破性创新。通过设计创新，完善产品功能，提高产品附加值，提升产业竞争力，这恰恰是中国企业实现低成本创新发展的一个方向。

4.三者关系

无论是手工业时代还是大规模制造时代，还是消费需求升级下的个性化定制时代，设计均成为竞争的重要手段，Verganti等主张把设计从技术中分拆出来，成为独立的创新驱动维度。在此基础上，Norman和Verganti（2014）使用创新的登山模型来说明技术、市场、设计三种创新源动力之间的关联。见图2所示，所有新产品的设计都需要以人为中心，即以客户为中心开展人本设计，可以说，人本设计是一种比较典型的市场需求创新方法。一般来讲，人本设计通常收敛于局部最优。如图2，假设产品的初始状态为A，随着设計的渐进性变革，到达B--局部最优位置，此时设计方案无法继续优化，这意味着如果要达到全局最优，必须通过技术或设计的突破性创新，先达到C，然后不断优化到达D。在登山模型中，每一座独立的山峰可以理解为一条创新路径，市场需求创新是路径内部优化的过程，而突破性的技术创新和设计创新则是外部探索发现新创新路径的过程。

四、3D打印产业融合成长下的低成本创新模型

从产业创新和发展的角度，产业融合可以理解为不同产业或同一产业在不同行业的技术与制度创新的基础上相互渗透、相互交叉，最终融合为一体的、逐步形成新型产业形态的动态发展过程。创新是产业融合的内在驱动力，3D打印技术从其学科基础、技术集成以及推力机制等方面，都体现出了跨学科交融的创新特征。

根据创新的程度，可将创新分为渐进性创新和突破性创新，由此，从技术与设计创新两个维度变革下的渐进性创新和突破性创新角度，可将3D打印产业融合成长下的低成本创新分为四种模式：市场需求驱动型、技术创新驱动型、设计创新驱动型以及技术顿悟型创新模式，如图3所示。市场驱动型创新主要取决于消费者需求主导下的产品渐进性改进；技术创新驱动型创新是新技术演化积累到一定程度引起突破性变革的创新，促进了新产品的诞生；而设计创新驱动型创新则是产品设计上的突破性变革，即产品被赋予了新的消费信息和语言设计；技术顿悟型创新，指的是新技术与新设计融合产生的创新。

1.市场需求驱动型

如图3，市场需求驱动型创新体现了渐进性的技术与设计交叉变革，是企业在开展低成本创新过程中，为更好的理解和满足用户显性或隐性的需求，并据此设计、改善或提高产品（/服务）的一种创新模式。在这种创新模式下，甚至在可能的情况下允许用户参与产品的设计、研发及试验过程，进一步挖掘用户深层次的需求，提高企业的持续创新能力。这种创新模式，不同于传统的创新过程，其产品市场化顺序刚好相反，这也是为什么低成本创新常常被称作“逆向创新”或“反向创新”的原因。3D打印产业融合，能在逆向创新过程中以较短的时间提供用户体验的产品/服务，并及时调整产品的技术/设计方案。

2.技术创新驱动型

3D打印产业融合的主因在于各个领域发生的技术创新，以及通讯与信息技术的迅猛发展和广泛应用。技术驱动型创新是在3D打印产业融合过程中，突变性技术变革的结果，技术驱动也是3D打印实现低成本创新驱动的源头。3D打印技术已然在新能源、新材料、智能制造等领域有所突破，但近来年的“电饭煲问题”、“钢珠之忧”，实际上是对我国自主创新与研发能力的呼唤。3D打印产业融合下的低成本创新，是助力“中国制造”到“中国智造”，并实现在发达国家“再工业化”、新兴经济体“承接转移”中再造优势的路径之一。endprint

3.设计创新驱动型

设计创新驱动型低成本创新，突出强调的是创新过程中设计的突破性变革。3D打印技术简化了产品的制作过程、使其更直观、更具个性化，颠覆传统的设计创新思维，实现产品外在形态的创新突破；3D打印技术的应用，使产品的设计不再受制于规模化生产模式；改变了产品设计模式，模糊了专业设计师与用户之间的界限，将设计模式推向大众设计方向，某种程度上更有利于促进技术、社会文化与市场需求的匹配发展。设计驱动型创新模式突出体现了人本主义的设计思想在新产品突破性创新中的作用。设计创新能力可细分为产品语意创新能力和产品功能设计能力。产品功能设计能力贯穿设计始终，满足的使用户的使用需求；产品语意创新是设计驱动型创新的另一主要路径，新产品的设计和开发过程中，充分考虑消费者的品味、风俗文化、以及健康和环保等因素，设计的结果强化了购买者购买产品的理由。

4.技术顿悟型

技术顿悟型创新主要是指突破性技术与设计变革在创新过程中相互作用的结果。这里所说的技术顿悟，是指通过对新技术或传统技术的新应用进行系统化探索的结果，并非简单意义的灵感爆发。技术顿悟的原则是“设计优先，技术第二”（陈雪颂，2016）。已有研究表明，技术顿悟型创新战略适用于高科技企业创新，新技术与不同社会文化的结合，孕育了全新的市场需求，最终为技术的进一步发展提供新的路径。3D打印技术，能够设计出多元化、个性化和多形态的产品，迎合了现代人类生活与工作的多元化现状，创新者可以从3D打印技术出发，挖掘出更多内嵌于社会文化环境中的机遇，从而为新产品或服务赋予更多的创新元素。

五、结论

本文关注3D打印产业融合成长下的低成本创新的理论基础，创新驱动力以及创新模式。概括起来，3D打印技术实现低成本创新的理论基础有两方面，一是3D打印技术促进了技术与设计的耦合，二是3D打印技术能够驱动低成本创新；低成本创新驱动力主要分为市场需求、技术创新和设计创新三个方面，三者形成以登山模式为模型的内在逻辑关系；3D打印產业融合成长下的低成本创新驱动模式可分为四种：市场需求驱动型、技术创新驱动型、设计创新驱动型以及技术顿悟型，四种类型间主要的区分在于技术与设计的渐进性或突破性变革。

参考文献：

[1]Hod Lipson， Melba Kurman. Fabricated the New World of 3D Printing[M]. Beijing： China CITIC Press， 2013.1 （1）， P142-151 （CH）.

胡迪·利普森，梅尔芭·库曼.3D打印：从想象到现实[M].北京：中信出版社，2013.1（1），P142-151.

[2]陈雪颂，陈劲.设计驱动型创新理论最新进展评述[J].外国经济与管理，2016（11）：45-57.

[3]蔡瑞林，陈万明，陈圻.低成本创新驱动制造业高端化的路径研究[J].科学学研究，2014（3）：384-391+399.

[4]刘莹，王珂，王子健.3D打印技术在产品创新设计中的应用研究[J]. 艺术科技，2017（3）：14-15.

[5]陈国栋，张海波，陈圻.设计驱动在企业创新行为中的地位研究[J]. 科学学与科学技术管理，2012（5）：122-125.

作者简介：袁锋（1963- ），男，江苏常州人，教授，主要研究方向：3D打印技术应用；蔡瑞林（1970- ），男，江苏武进人，教授，主要研究方向：产业经济；郝中超（1981- ），女，吉林长春人，讲师，主要研究方向：电子商务endprint