位于布里斯托尔郊外的菲尔顿是英国协和式超音速客机的 制造地。在这片绵延广阔的地方，靠近风洞处（编注：风洞是 一种产生人造气流的管道，用于研究空气流经物体所产生的 气动效应，主要应用于汽车、飞行器设计等领域）有一幢大楼， 那里面正在进行着更加神奇的生产制造：一台机器正一点一 点地“打印”出一个皮鞋大小的钛合金起落支架；而按照常 理推断，造就这样一个架子需要费力地和一整块儿坚硬的 金属块较劲。支架还仅仅只是个开始，菲尔顿的研究人员有 着更大的野心：他们要打印出客机的整个机翼。
印制出整个机翼的想法未免有些牵强，但是的确有一些人正 在运用三维印刷技术制造出一些不同凡响的东西，包括医疗 植入产品，珠宝，专为个人设计的足球鞋，灯罩，赛车部件，固态电池，还有定制手机，甚至是制造机械设备。麻省理工 学院的博士生彼得· 施密特一直在尝试印制出一种运作方式 类似于座钟的东西。他尝试了几次才做出来，最后，当他把塑 料钟从三维打印机中取出来挂到墙上，将钟摆甩起来时，钟 开始滴滴答答地走动了。
其实工程师和设计师们十多年来一直在使用三维打印机，虽 然大多数时候只是为了快而廉价地制造出产品的模型，以便 在花重金生产实物前心里能有个底儿。随着三维打印机的生 产能力越来越强大，能够处理的材料范围越来越广泛，它也正 在被越来越多地应用于生产成品。据该领域一个研究开发公 司的主创人员特里· 沃勒斯称，目前三维打印机生产出的产品 中，已经有超过20% 的成品了。他预计到2020 年，成品所占的比率会上升到50%。
将三维打印机 用作生产工具的加工方法 在工业界被称为“加法”制造（同以前的切 割，钻孔和金属分解这些“减法”制造相反）。 加法制造的过程中所需的原材料很少，由于 三维打印机是由软件控制的，因此无需耗 费财力重组装备就可以制造出不同的部件。 三维打印机还能生产流水线流程需求少的 现成品，以及传统工艺很难制成的产品。
轻轻一点，就能生产
由于印制出的部件和产品能够降低成本和 风险，因此这一举动具有变革制造业的潜 力。生产者们再也不用通过大规模生产来 赚回他们的固定成本。在如今这个经济体 规模已不再重要的世界里，批量生产相同 产品也许根本没必要，也不划算，尤其是现 在很多东西都可以通过三维印刷技术量身 订制。甚至可以预测，今后的消费者们能随 时随地把产品下载下来，就像我们现在下 载电影一样，然后打印出来；或者去当地的 三维印刷中心，根据自身的喜好设计出各 种不同的外观。听起来还挺遥远，然而一 场新的工业革命正蓄势待发。
印制出一件三维产品听起来不太靠谱。事 实上，这跟你在电脑屏幕上点击打印按钮， 然后喷墨打印机就会完成相应任务是一样 的道理。区别在于，三维打印机的“墨”是连续地、一层一层地放置进去的，直到“打印”出实物为止。 具体来说，电脑软件通过电脑辅助设计获取一系列的数据来定义材料层。关于 产品片段的描述会输入到三维打印机中，三维打印机根据这些资料构制出各 打印层。随后，各个层会通过多种途径组合起来。材料粉末会被置于一个托 盘上，然后根据所需要的样式用液体粘合喷射器、激光或者电子束使之烧结 凝固。有些机器上会沉积熔融的塑料丝。当一层熔铸完成后，构建托盘会以小 于一毫米的距离移动远离，然后下一层就添加进来了。
菲尔顿的研究员们已经开始使用三维打印机制造用于风洞试验的产品原型。 顺便提一句，这个研究小组属于以建造空中巴士闻名的欧洲宇航防务集团的 研究机构——创新工作组。用传统方法制造这些一次性的原型部件是相当昂 贵的。因此，当研究员们意识到三维打印机能够高效地制造这些产品时，他们 就知道该怎么办了。
在飞机制造中，飞机制造商们已经用碳纤维的轻型复合物替代了许多原来的金 属组件。但即便是一架小型客机依然需要耗费数吨造价昂贵的航天级别钛板。 这些部件通常是由固体钢坯加工而成的，而加工过程会浪费掉90% 的钢坯，而 这些金属垃圾却再也不能用于制造飞机了。
为了利用加法制造法生产飞机部件，欧洲宇航防务集团开始使用钛粉。他们将 一个大约20-30 微米（0.02-0.03 毫米）厚的钛粉层平铺在三维打印机的托盘上， 用激光或电子束融化钛粉层。多余的钛粉可以进行再利用。有些产品可能需要 进一步机械加工才能完成，但所需材料仍只是传统制造法的10%。此外，三维 打印的生产过程所耗能量要比传统工厂生产少得多，有时候速度也更快。
加法制造还有许多其他的优点。大多数金属和塑 料产品一开始就是为机械生产而设计的，这就意 味着它们可能会很重，并且包含与生产有关，但与 其功能无关的剩余物。有了三维打印术则无需如 此。欧洲宇航防务集团的项目总工程师安迪· 霍 金斯说：“只需把对产品有用的原材料放进去就可 以了。”他的团队生产的部件更加轻盈、美观，这 是因为抛开了生产的局限性，就能以最优化的方 式实现目标。与机器制造的产品相比，印刷出来 的产品重量要轻60％，并且坚固依然。
形式服从于功能
飞机制造的关键是其轻盈程度。飞机的重量减少 １公斤，每年就能节省约3000 美元的燃料，同时 还能减少碳排放量。因此，加法制造工艺能制造 出更加绿色环保的飞机——尤其是当一架飞机上 的1000 多个钛部件都能被印制出来的时候更是 如此。尽管目前可印刷的部件大小受三维打印机 大小的限制，但欧洲宇航防务集团的科研人员相 信，未来很可能会制造出更庞大的系统，用来生 产大型三维打印机，以便打印出35 米长的用于制 造组合飞机机翼的起重架。这样飞机机翼上的钛 组件就能直接用打印机打印在机翼结构上了。
许多人认为，利用加法制造工艺制造出的产品所 具有的强大优势是推动加法制造工艺向前发展的 主要动力。至少对于兴趣在“原始机器”上的施密特来说是这样的。这里所说的“原始机器”不是由预制部件组合而成 的，而是贯穿在设计意图中创造出来的。这听起来很艺术，事实也的 确如此：施密特是来自德国的艺术专业学生，他过去常常把时间消磨 在工厂的车床和铣床上，以完成自己的工业设计。他现在就读于麻省 理工学院，致力于研究机器人的基本组成部分——伺服机构装置。
特殊定制的伺服系统的成本是市场上成品的好几倍。施密特说，机 器人制造者应该能够自主确定伺服系统可执行的工作，而不是为了 配合电动机的需要来制造机器人。机器人制造者可以把所需信息发 送到三维打印机上，这样打印机的软件就会计算出如何以最低的成 本生产。施密特说：“这能在更大程度上普及制造业。”
三维打印机可以自主决定产品外形的理念引起了奈丽· 奥克斯曼的 兴趣。奈丽是一位建筑师兼设计师，在麻省理工学院媒体实验室里 带领研究小组进行创新科研。她目前正在设计一台打印机，用以探 究如何实现头脑中的设计构想。奥克斯曼博士相信，自然规律的启 发会让产品设计如有神助，要是最终方案的实现非加法制造工艺不 可，那才叫好。她设计制造的产品有雕刻品和防弹衣等，她甚至把目 光投向了建筑物，这种建筑物将由被电脑控制的、沉积了连续水泥 层的喷嘴浇灌而成。
有些三维系统允许改变打印材料的属性和内部结构。比如，“Within Technologies”公司有望今年开始制造类似于人类骨骼的钛金属医疗 植入产品。该公司研制的大腿骨植入产品既要有一定的硬度和强度， 同时也要具备坚固的晶格结构，能够让新生骨头长到植入骨头上。 这种植入产品比传统植入产品更稳固。
“Within Technologies”公司的首席执行官沙瓦什· 马达维说，在内 部细节层面上的运作使得物体的硬度和灵活度可以按需而定。马达 维博士还在研究其他的一些晶格结构，其中包括赛车的汽车动力学 组件；同时还在为一家希望制造出世界上最舒服的细高跟鞋的公司 研发特殊鞋垫。
另一家相关的公司“Digital Forming” （马达维博士是该公司的技术主管）运 用三维设计软件帮助客户定制批量生 产的产品。例如，他们为一家手机公司 提供一项服务，购买该手机的用户能 够在线更换他们新手机外壳的外形、 颜色和其他特征。只要可行，该软件就 能满足顾客的任意想法。一旦设计提 交，手机的新外壳就被打印出来了。该 公司总经理丽莎· 哈若尼认为该程序 几乎能适用于从珠宝到家具的任何消 费产品，她说：“我坚信这项技术将改 变我们的产品制造方法。”
还有一些服务能够允许个人上传他们自 己的设计，并把它们印出来。“Shapeways” 是一家从荷兰飞利浦电子公司中分离出 来的公司，以纽约为基地生产个性化的三 维产品，用该公司首席执行官彼得· 温 玛莎森的话说就是“大规模定制产品”。 “Shapeways”公司每个月打印的个性化 产品多达1 万件，原料范围从不锈钢、 玻璃、塑料到沙岩，数不胜数。客户中既 有个人也有商家，后者订制了珠宝，礼物和 小配件，把这些东西放到自己的店里出售。
德国的激光烧结三维打印机生产商EOS 称他们已经开始为汽车制造商、航天航 空公司和消费产品公司生产塑料和金属 部件了。EOS 称，他们还为牙医生产牙冠： 每台机器最多能一次性生产出450 个牙 冠，每一个都是为病人量身订制的。而 那些手工制造牙冠的工人每天能打造出 12 个牙冠就已经不错了。EOS 公司还进 行了一次工程实践，使用高性能聚合物 为小提琴印刷零部件，经过专业的小提 琴制造师组装后，小提琴家在音乐会上 还用它进行了演奏。
另一家位于明尼阿波里斯的“Stratasys” 公司和EOS 一样，都使用现有机器印制 出零部件，然后把这些零部件组装起来， 制造更多的三维打印机。“Stratasys”甚至开始尝试为一家位于温尼伯、名为 “科尔生态”的公司打印汽车，或者至 少是汽车的外壳。科尔生态公司的老板 吉姆· 科尔正在开发一种名为Urbee 的 电动混合力汽车。
制造小批量、高价值、量身订制的产品固 然很好，但是加法制造技术真的能同已 历经百年磨练的大规模生产技术相抗衡 吗？有些传统技术已经深深扎根，不可能 完全被取代。但有一点是肯定的：未来三 维打印机将同工厂中的铣床，印刷机，铸 造和塑料喷注模具装备协同合作，并且 会逐步地承担那些机器的工作量。
辛辛那提的莫里斯技术公司是首批大力 投资利用加法制造，为其他公司提供工程和生产服务的公司之一。起初，该公司的目的是加快制造产品原型的速度；但是 在2007 年，该公司意识到“一种新型产业即将诞生”，于是又成立了另一家名为“高 质量快速制造”的公司，专注于利用加法制造生产更大批量的部件。该公司称，许 多中小型组件在几小时或几天内就能从电脑设计转化成符合生产要求的金属零部 件，而用传统方法则要花上数天或者数星期。另外，打印机在无人看管的时候也能 继续生产，并且24 小时不间断工作。
尼尔· 霍普金森毫不怀疑三维打印能在许多领域与大规模生产技术相抗衡。他带 领的拉夫堡大学科研团队已经发明了一种高速烧结系统。该系统使用喷墨打印机 的喷头将红外吸收墨水铺在聚合物乳胶粉层上，在红外线的加热下，乳胶粉会被 熔结成固体形状。在该团队的其他项目中，有一项是为美国的高端冬季运动装备公 司“伯顿滑雪板”开发三维打印机制造塑料扣的潜能。这类产品通常都是用塑料喷 注模具生产的。霍普金森博士说，用他的方法能让塑料扣的造价低至10 便士一个， 而这比用塑料模具生产出来的产品要有竞争力的多。此外，塑料扣设计的变更也不 需要伯顿公司承担设备重组的高额费用。
霍普金森博士补充说，很难预测加法制造技术会以多快的速度进入到工业生产中。 之所以难以预测，并不能归咎于传统制造业的保守本性，而是由于有些方法发展之 快让人惊叹。几年前，要用三维打印机制造装饰灯罩看起来似乎是不可能完成的任务，但现在它已经成为了一个产业， 该产业内有许多有竞争力的公司，其 销量达到数千。
霍普金森博士认为，拉夫堡团队的喷 注模具已经有一定的竞争力，它的生 产量大约可达1000 件。他还预测到， 在未来的五年内，随着生产工艺的进 一步发展，它的竞争力还会加大，到那 时，生产量就算达不到几十万件，至少 也有几万件。一旦三维打印机能达到 那样的生产能力，那么就会有更多的 制造商采用这项技术。
英国一家咨询公司的负责人威尔· 西 勒尔期待着他称之为“数字化生产工 厂”的到来。他说，到那时，公司不再 需要将资金花在投资设备、流程和原 材料上。此外，他还相信，将一项数码设计从概念转化成实 物生产所需的时间将 会减少50% 到80%。随 着三维打印技术的改 善，克服生产局限的能 力和生产新产品的能 力将会结合起来，更加 高级的机械化将使三 维印刷成为主流。西勒 尔说：“到时候市场就 会青睐这项技术了。” 有些业内人认为，三 维印刷技术对制造 业的影响堪比喷墨 打印机对文件打印 的影响。约翰内斯· 古滕博格（Johannes Gutenberg）在15 世纪 发明的活字印刷将手写体变成了印刷体。印刷机像大规模生产 机器一样进行大规模生产，它高效地影印同一份材料，也可以打 印单个不同的文件。喷墨打印机使打印变得更便捷、廉价和个性。 如今，尽管传统印刷机仍然印刷着大量书籍，报纸等，但是喷墨 打印机的打印范围正越来越广，从急需影印的书籍到标签和照片， 几乎无所不包。
定制的个性化未来
这项技术将如何转化为生产？显然，它改变了定制个性化产品的 经济运营方式。如果一家公司需要一个特别设计的部件，它很可 能找当地方便又廉价的三维印刷公司为他印制，甚至自己动手， 而不用再给远方的供应商下订单。当设计变化越来越快时，这一 切都有可能发生。
三维印刷技术不仅是西方的专利：中国的公司也在采用 这项技术。也许你会由此推断某些制造业可能离开中国 这样的廉价生产中心而重返西方。在去年敦豪速递公司 举办的一次大会上，这种可能性就被提了出来。这对物 流公司造成的威胁是显而易见的：当一个公司能在产品 需求所在地印刷出急需的零部件时，又为什么要从国外 空运呢？
或许加法制造技术最激动人心之处就在于它降低了进入 生产制造业的门槛。三维打印机不用你筹钱建厂，也不 需要你寻求国内（甚至是国外）的大规模制造商，它直接 给你一条通往市场的廉价而低风险的道路。企业家可以 用三维打印机打印出一两个样品，看看想法是否可行再 做决定；他也可以多做几个看看卖得好不好，还可以根 据买家的要求来更改设计。如果东西卖得确实很好，他 就可以大规模生产了——不论是使用传统的大规模生 产还是大型的三维打印机生产都可以。
这意味着制造业的成功不再取决于生产规模，而是创意。 不过单靠绝佳的创意还不够你成功——三维印刷技术能 迅速地将好点子付诸实践，因而知识产权的斗争可能会 变得更加激烈。模仿者和创新者在市场上快速推出产品 都会变得更容易。因此，竞争优势的持续时间将会前所未 有地缩短。正如过去的工业革命一样，最大的受益者也许 不是企业，而是他们的顾客。但不论谁获益更大，使用“革 命”一词来形容这一前景也并不过分。
联系客服
