2D和3D动画是完全不同的艺术形式。。。除了不用真人之外，制作技术和作品魅力，互相之间的差别估计不会比他们各自与真人电影的差别小。
我觉得把2D vs 3D跟无声 vs 有声还有黑白 vs 彩色拿来类比是不恰当的，后两者的进步是跨越式的并且是在完全吸纳前一代技术的基础之上，换句话说在表现力这个层面上（情怀什么的另说），只有加法没有减法。而如果硬要把2D和3D放入这个模式，就能发现，3D并不能完全复制2D的表现力，例子在排名第一的答案里面已经说的很清楚了。所以3D不能取代2D。
但是我觉得题主这个问题也还算问的有根有据，3D动画正在流行度上面赶超2D动画，这点在除了日本之外的其他国家，特别是美国是十分明显的。现在已经没有片商会向90年代那样大投资去拍摄2D动画电影了。但是按照我的理解，这个更多的是机缘巧合，而不是历史必然。如果没有皮克斯还有梦工厂这十多年时间里面制造的无数经典，3D动画估计很难有今天这般风光。仔细观察就能发现，当时的迪士尼2D动画那种“再现经典”的正剧路线不同，3D动画在题材一般都采用了戏谑和解构的路线。可以说3D这种形式只是当时的动画人反抗迪士尼霸权，大走差异化路线的其中一环。与其说是表现形式的本质上的优越性，还不如说因为同时期市场上3D动画的品质高+观众开始对于迪士尼的样板戏感到审美疲劳(结果现在出了一个Frozen，一切又反过来了)。在这种环境下，市场迅速的接纳了3D，形成风潮，再下一步就是势不可挡了。
综上，2D和3D不是被取代的关系，他们拥有各自独特的艺术魅力。不过受众确实存在很大程度上的重合，就算在2D动画最后的堡垒11区，3D也会慢慢的占据更大的份额。不过这不代表着2D会因此消失，不管2D还是3D，都只是表现手段而已，最终还是要服务于艺术感染力。3D过了早年的Hype之后，现在也不是出一款3D观众就买账了。而且2D动画的制作技术也在进化，更多的3D动画的技术会被吸纳进来。到时候甚至连将2D和3D区别来探讨都会成为一个困难的事情。所以作为观众，对于2D vs 3D之争大可不必担忧。
技术上3D确实无法代替2D，但商业上就难说了。
最典型的例子就是迪斯尼，请问迪斯尼的3D动画风格能代替2D风格吗？当然不可能，反真实渲染发展到极限，也只能是替代普通风格的2D动画，一旦涉及到偏门一点的风格就彻底完蛋，更不用说替代迪斯尼那些顶级艺术家了。 但问题是，观众根本不在乎什么艺术风格，他们只要画面够炫，颜色够艳，动作戏够多。所以迪斯尼考虑的问题只有一个——如果动画片要和好莱坞真人电影比火爆，3D是否比2D成本更低？ 如果以好莱坞电影的火爆效果为标准来制作动画，3D对比2D有无可比拟的优势，3D的画面复杂度增加的只是耗电量，而2D的画面复杂度增加的是人工。而且3D的新技术在研制成功后就能火速推广，剩下的无非是硬件升级+运算成本，跳过了培养画师这个过程，总成本大大减少。
当然，这是剧场版，而TV版之类的低成本动画就是另一回事了。实际上3D动画尚未迎来关键性的逆转——在低成本动画领域从成本上碾压2D。 目前3D只是在复杂的大动态画面中有成本优势，而面对手冢发展出来的极度简化的省钱动画就只有劣势了。 比如日本动画中出现的那种街头人海用一张静态的画配音效来表现，2D只要画张图就行，而3D就要老老实实把人物建模建筑建模都做好了，即使人物可以复制，动作套用现成的模组，总体来说还是比2D要麻烦很多。日本TV动画出现最多的就是一个脸部特写，只有嘴在动，对于3D动画来说，静止特写的运算量和镜头绕着这个人转8圈完全一样，2D的优势在静态，3D的优势在动态，而日本动画偏偏就是以静态见长的 动作方面，2D确实不够流畅，但是3D的流畅在低成本动画里也不算太明显的优点，反而动作采集不精造成的僵硬更为明显，至于手调动作就更别说了，低水平的效果不堪入目，高水平的工时又远超绘画。3D的建模虽然可以重复利用，但是动作采集的成本仍然很高，手工制作也很麻烦，而让计算机自动生成人物的动作，又无法配合剧情多变的需求。
2D动画因为成本够低，所以一些小众的美术风格也可以赚钱，而美术风格一般不影响成本，只有精度影响成本。而3D要通过反真实渲染来模拟某种特定的2D美术风格，成本就要急剧增加，这不光是指小众画风，很多最常见的2D画风目前3D也无法实现，因此在强调美术风格的TV动画市场上，3D还无法成为主流。3D要彻底吃掉2D的生存空间，必须能够模拟任意的2D风格而不增加成本，这在目前是不可能的。
归根结底，日式2D动画的成本太低了，而效果尚可，3D动画成本没有优势，画面又逊色一筹。如果以后真的实现了3D的全自动制作，那2D动画的末日就到了。
一个类似的例子是游戏圈，在古代，游戏只有一种风格——像素风格。遗老们说3D永远不可能代替像素，没错，3D不能，像素是被后来的手绘技术代替的。现在像素只能作为非常冷门的小众类型存在，2D游戏市场已经完全是手绘技术的天下了。
3d动画和手绘动画的关系更像足球和篮球、相声和小品、科幻片和言情片，两者的关系不是此消彼长，而是互相平行的。
当然大家的疑问产生的原因肯定是看见日本动画中3d动画的兴起，某些如苍钢、希骑取得了不错的销量记录，有些人还觉得手绘要完了。 其实大家都误解了，日本动画之所以发展3D最主要原因是手绘人不够了。 最近十年来日本动画总数高速度得增长，但是人才并不会随数量增多，所以各种缺人，动画行业的门槛也越来越低，底层人员的待遇也一降再降，也造成整体平均水平的下降，原画水平下降就靠作画监督来修，现在基本没什么动画是靠一个作监修就够的，现在问题是作画监督里也混入一些不能干的，比如最近的美少女战士新作，作监也会修出走形的脸。
原画不够，TV动画市场还能挖，于是就发展3D了，省去手绘，另开一条路子，就是这样的关系。
