來(lái)源：華爾街日報中文版

普遍稱(chēng)為3D打印的增材制造(Additive manufacturing)已經(jīng)成為新一輪工業(yè)革命的旗幟。它明顯不同于以往，專(zhuān)業(yè)人士和愛(ài)好者都可用上，而且帶有《星際迷航》(Star Trek)那樣的高科技性感色彩。一層一層地，就像是無(wú)中生有一樣，一件東西就那么神跡般地做出來(lái)了。還記得星際飛船“進(jìn)取號”(Enterprise)上面的那臺復制器嗎?

　　但增材制造不過(guò)是未來(lái)幾年有望給很多東西的制造方式帶來(lái)重大變革的一系列新興技術(shù)之一。甚至增材制造也非僅限于3D打印。一項剛剛嶄露頭角的工藝名叫“冷噴涂”，就是通過(guò)噴嘴噴射金屬顆粒，由于速度很高，這些顆粒會(huì )相互結合、組成形狀。通過(guò)精確控制噴嘴，機器操作員就可以像利用3D打印機打印一樣制造出齒輪之類(lèi)的三維金屬物體。物體就像是通過(guò)噴繪畫(huà)出來(lái)的一樣，哪怕是用鈦之類(lèi)的不常見(jiàn)金屬，也都是可以完成的。

　　除此以外還有什么呢?奧巴馬總統發(fā)起成立的先進(jìn)制造業(yè)合作委員會(huì )(Advanced Manufacturing Partnership)對未來(lái)做了一下展望。該組織劃出了11個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，認為這些領(lǐng)域將對制造業(yè)競爭力的決定起到關(guān)鍵作用，應當成為全國研發(fā)行動(dòng)的重點(diǎn)。

　　這里簡(jiǎn)單介紹一下該委員會(huì )強調的一部分內容：

　　傳感、測量和過(guò)程控制：幾乎所有先進(jìn)制造技術(shù)都有一個(gè)共通的東西：它們都由處理巨量數據的電腦驅動(dòng)。正因如此，那些捕捉并記錄數據的東西才如此重要，如監測濕度的傳感器、確定位置的GPS跟蹤器、測量材料厚度的卡尺等。這些設備不僅越來(lái)越多地用于智能手機的智能化，還使得智能、靈活、可靠、高效的制造技術(shù)成為可能。在一座現代化的工廠(chǎng)里面，傳感器不僅有助于引導日益靈敏的機器，還提供管理整個(gè)工廠(chǎng)的運營(yíng)所需要的信息。產(chǎn)品從誕生到送達都可以跟蹤，某些情況下還可以跟蹤到送達之后。在這個(gè)過(guò)程中，一旦有問(wèn)題出現，比如在噴漆室的濕度不適宜噴涂的時(shí)候，傳感器就會(huì )偵測出來(lái)，向機器操作者發(fā)送警報信號，甚至是向工廠(chǎng)管理者的手機發(fā)送警報信號。

　　材料設計、合成與加工：新機器將需要新材料，新材料將使新式機器的制造成為可能。隨著(zhù)將材料細分到原子或分子層級、幾乎不需要經(jīng)過(guò)漫長(cháng)的實(shí)驗室步驟就可以進(jìn)行操縱的進(jìn)展出現，涂層、復合材料和其他材料的開(kāi)發(fā)正在加快。借鑒人類(lèi)基因組計劃(Human Genome Initiative)取得的廣受認可的成功，能源部(Department of Energy)等美國政府機構去年發(fā)起成立了材料基因組計劃(Materials Genome Initiative)，其目標是將確定新材料、把新材料推向市場(chǎng)所需要的時(shí)間縮短一半。目前這個(gè)過(guò)程可能需要耗時(shí)幾十年，比如鋰離子電池技術(shù)是20世紀70年代?？松?Exxon)的一名員工首次構想出來(lái)的，但一直要到90年代才開(kāi)始商業(yè)化。這個(gè)計劃涉及的部分工作，便是讓該領(lǐng)域內散落在世界各處、兩耳不聞窗外事的研究人員共享創(chuàng )意和創(chuàng )新。

　　數字制造技術(shù)：工程師和設計師使用電腦輔助的建模工具已經(jīng)有些年頭，不僅用于設計產(chǎn)品，還以數字方式對產(chǎn)品進(jìn)行檢測、修正、改良，常常省略了更費錢(qián)、更費時(shí)的實(shí)體檢驗過(guò)程。云計算和低成本3D掃描儀(現在用iPhone就可以做一次簡(jiǎn)單的3D掃描)正在將這些方法從尖端實(shí)驗室里搬出來(lái)，使之進(jìn)入主流，讓創(chuàng )業(yè)者能夠用上。Autodesk制作了一套免費的的全功能CAD軟件“123 Design”，汽車(chē)制造商一度要用大型計算機才能完成的事情，個(gè)人拿這套軟件就可以做了。

　　可持續制造：其目標即便不好實(shí)現，理解起來(lái)也還是很容易的，就是將每一丁點(diǎn)物質(zhì)、每一焦耳能量最大化地用到生產(chǎn)當中，盡可能地減少浪費。高能效制造是其中的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。比如，制造業(yè)工程師常常會(huì )說(shuō)到“無(wú)燈”工廠(chǎng)的潛力，這種工廠(chǎng)在黑暗中持續運轉，不需要加熱或制冷，因為它們基本上都是由機器人或其他機器操作。隨著(zhù)規模更小、高度自動(dòng)化的本地工廠(chǎng)變得更加普遍，再制造和回收或許會(huì )變得更加重要，本地供應的材料也會(huì )更受重視。

　　納米制造：一納米等于一米的10億分之一，所以納米制造的意思就是能夠在分子、甚至原子層面操縱材料。預計納米材料將來(lái)會(huì )在高效太陽(yáng)能電池板、電池的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮作用，甚至會(huì )在基于生態(tài)系統的醫學(xué)應用當中發(fā)揮作用，比如在體內安置傳感器，可以告訴醫生癌癥已經(jīng)消失。未來(lái)幾代的電子設備和運算設備或許也會(huì )非常依賴(lài)于納米制造。

　　柔性電子制造：比如坐在上面的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生彎曲的平板電腦，與體溫連線(xiàn)、在你需要的時(shí)候提供制冷的衣服等。這些柔性技術(shù)已經(jīng)在向主流進(jìn)發(fā)，預計會(huì )定義下一代的消費設備和運算設備，成為未來(lái)10年增長(cháng)最快的產(chǎn)品門(mén)類(lèi)之一。但這需要極為先進(jìn)的制造工藝。

　　生物制造：該領(lǐng)域利用生物有機體或生物有機體的一部分以人工方式生產(chǎn)產(chǎn)品，如開(kāi)發(fā)藥物和復方藥。(生產(chǎn)奶酪不算。)但它可以用到很多領(lǐng)域，比如能效的提高、納米制造新方法的創(chuàng )造等。

　　增材制造：3D打印機不僅有希望在產(chǎn)量只有一件的時(shí)候就能夠實(shí)現很高的質(zhì)量，還有希望為全新的設計、材料結構與材料組合創(chuàng )造條件。能夠打印1,000多種材料(硬塑料、軟塑料、陶瓷和金屬等)的打印機已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。一家德國制造商開(kāi)發(fā)了一套一層層地堆積木漿的工藝， 地亞哥一家名叫Organovo的公司正在通過(guò)3D打印打印實(shí)驗用的人體組織?，F在有些打印機可以疊加不止一種材料，還可以將內置傳感器和電路編織到智能部件中，如助聽(tīng)器或動(dòng)作感應手套等。市場(chǎng)上甚至還有一種名叫“復制機”(Replicator)的東西，它是英國公司Cybaman Technologies開(kāi)發(fā)的一套系統，先是堆出基本形狀，然后用機器將粗糙的物體打磨成精確、光鮮的成品。

　　工業(yè)機器人：工業(yè)機器人可以每天24小時(shí)、每周七天地運轉，精度可重復且越來(lái)越高，時(shí)間上可以精確到幾百分之一秒，空間上可以精確到人眼都看不到的程度。它們精確地匯報進(jìn)展，在接受效率測試的時(shí)候做出改進(jìn)，如果安裝了先進(jìn)的傳感系統，還會(huì )變得更加靈巧。(它們也很少發(fā)牢騷。)隨著(zhù)機器人變得越來(lái)越普遍，它們的經(jīng)濟性也在提高：據麥肯錫全球研究院(McKinsey Global Institute)的一份報告，1990年以來(lái)與人工相比的機器人相關(guān)成本已經(jīng)下降高達50%。另外，隨著(zhù)生物技術(shù)和納米技術(shù)的進(jìn)步，預計機器人能夠做的事情將越來(lái)越精巧，如藥品加工、培植完整人體器官等。

　　先進(jìn)成形與連接技術(shù)：當前大部分機器制造工藝基本上還是依靠傳統技術(shù)、特別是針對金屬的技術(shù)，如鑄型、鍛造、加工和焊接等。但專(zhuān)家認為，這個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng )新時(shí)機已經(jīng)成熟，可以用新的方法來(lái)連接更多種類(lèi)的材料，同時(shí)提高能源和資源效率。比如冷成型技術(shù)就有可能作為一項修復技術(shù)或先進(jìn)焊接技術(shù)而發(fā)揮重大作用。