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普遍稱為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，專業(yè)人士和愛好者都可用上，而且?guī)в小缎请H迷航》(Star Trek)那樣的高科技性感色彩。一層一層地，就像是無中生有一樣，一件東西就那么神跡般地做出來了。還記得星際飛船“進取號”(Enterprise)上面的那臺復(fù)制器嗎？

但增材制造不過是未來幾年有望給很多東西的制造方式帶來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”，就是通過噴嘴噴射金屬顆粒，由于速度很高，這些顆粒會相互結(jié)合、組成形狀。通過精確控制噴嘴，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的三維金屬物體。物體就像是通過噴繪畫出來的一樣，哪怕是用鈦之類的不常見金屬，也都是可以完成的。

除此以外還有什么呢？奧巴馬總統(tǒng)發(fā)起成立的先進制造業(yè)合作委員會(Advanced Manufacturing Partnership)對未來做了一下展望。該組織劃出了11個技術(shù)領(lǐng)域，認為這些領(lǐng)域?qū)χ圃鞓I(yè)競爭力的決定起到關(guān)鍵作用，應(yīng)當(dāng)成為全國研發(fā)行動的重點。

這里簡單介紹一下該委員會強調(diào)的一部分內(nèi)容：

傳感、測量和過程控制

幾乎所有先進制造技術(shù)都有一個共通的東西：它們都由處理巨量數(shù)據(jù)的電腦驅(qū)動。正因如此，那些捕捉并記錄數(shù)據(jù)的東西才如此重要，如監(jiān)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(shè)備不僅越來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(xiàn)代化的工廠里面，傳感器不僅有助于引導(dǎo)日益靈敏的機器，還提供管理整個工廠的運營所需要的信息。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。在這個過程中，一旦有問題出現(xiàn)，比如在噴漆室的濕度不適宜噴涂的時候，傳感器就會偵測出來，向機器操作者發(fā)送警報信號，甚至是向工廠管理者的手機發(fā)送警報信號。

材料設(shè)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。隨著將材料細分到原子或分子層級、幾乎不需要經(jīng)過漫長的實驗室步驟就可以進行操縱的進展出現(xiàn)，涂層、復(fù)合材料和其他材料的開發(fā)正在加快。借鑒人類基因組計劃(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(gòu)去年發(fā)起成立了材料基因組計劃(Materials Genome Initiative)，其目標(biāo)是將確定新材料、把新材料推向市場所需要的時間縮短一半。目前這個過程可能需要耗時幾十年，比如鋰離子電池技術(shù)是20世紀(jì)70年代埃克森(Exxon)的一名員工首次構(gòu)想出來的，但一直要到90年代才開始商業(yè)化。這個計劃涉及的部分工作，便是讓該領(lǐng)域內(nèi)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(shù)字制造技術(shù)

工程師和設(shè)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(shè)計產(chǎn)品，還以數(shù)字方式對產(chǎn)品進行檢測、修正、改良，常常省略了更費錢、更費時的實體檢驗過程。云計算和低成本3D掃描儀（現(xiàn)在用iPhone就可以做一次簡單的3D掃描）正在將這些方法從尖端實驗室里搬出來，使之進入主流，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”，汽車制造商一度要用大型計算機才能完成的事情，個人拿這套軟件就可以做了。

可持續(xù)制造

其目標(biāo)即便不好實現(xiàn)，理解起來也還是很容易的，就是將每一丁點物質(zhì)、每一焦耳能量最大化地用到生產(chǎn)當(dāng)中，盡可能地減少浪費。高能效制造是其中的一個重點領(lǐng)域。比如，制造業(yè)工程師常常會說到“無燈”工廠的潛力，這種工廠在黑暗中持續(xù)運轉(zhuǎn)，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。隨著規(guī)模更小、高度自動化的本地工廠變得更加普遍，再制造和回收或許會變得更加重要，本地供應(yīng)的材料也會更受重視。

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(yù)計納米材料將來會在高效太陽能電池板、電池的生產(chǎn)過程中發(fā)揮作用，甚至?xí)诨谏鷳B(tài)系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮作用，比如在體內(nèi)安置傳感器，可以告訴醫(yī)生癌癥已經(jīng)消失。未來幾代的電子設(shè)備和運算設(shè)備或許也會非常依賴于納米制造。

柔性電子制造

比如坐在上面的時候會產(chǎn)生彎曲的平板電腦，與體溫連線、在你需要的時候提供制冷的衣服等。這些柔性技術(shù)已經(jīng)在向主流進發(fā)，預(yù)計會定義下一代的消費設(shè)備和運算設(shè)備，成為未來10年增長最快的產(chǎn)品門類之一。但這需要極為先進的制造工藝。

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，如開發(fā)藥物和復(fù)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)量只有一件的時候就能夠?qū)崿F(xiàn)很高的質(zhì)量，還有希望為全新的設(shè)計、材料結(jié)構(gòu)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)開發(fā)出來。一家德國制造商開發(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3D打印打印實驗用的人體組織。現(xiàn)在有些打印機可以疊加不止一種材料，還可以將內(nèi)置傳感器和電路編織到智能部件中，如助聽器或動作感應(yīng)手套等。市場上甚至還有一種名叫“復(fù)制機”(Replicator)的東西，它是英國公司Cybaman Technologies開發(fā)的一套系統(tǒng)，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、每周七天地運轉(zhuǎn)，精度可重復(fù)且越來越高，時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。它們精確地匯報進展，在接受效率測試的時候做出改進，如果安裝了先進的傳感系統(tǒng)，還會變得更加靈巧。（它們也很少發(fā)牢騷。）隨著機器人變得越來越普遍，它們的經(jīng)濟性也在提高：據(jù)麥肯錫全球研究院(McKinsey Global Institute)的一份報告，1990年以來與人工相比的機器人相關(guān)成本已經(jīng)下降高達50%。另外，隨著生物技術(shù)和納米技術(shù)的進步，預(yù)計機器人能夠做的事情將越來越精巧，如藥品加工、培植完整人體器官等。

先進成形與連接技術(shù)

當(dāng)前大部分機器制造工藝基本上還是依靠傳統(tǒng)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。但專家認為，這個領(lǐng)域的創(chuàng)新時機已經(jīng)成熟，可以用新的方法來連接更多種類的材料，同時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(fù)技術(shù)或先進焊接技術(shù)而發(fā)揮重大作用。