3D打印机　颠覆世界制造

3D打印机的出现，完全是数字时代和新材料行业进化的产物，随着这一新型制造方式的成熟，世界制造业将被彻底颠覆，有人称，它将引发真正的第三次工业革命。
 
    当已故的美国科幻作家罗伯特•希克利(Robert Sheckley)在半个世纪后的今天被人们重新提及的时候，不是因为他的小说成就，而是因为他在一篇名为《万能制造机》的小说里所描述的那台机器已经从他的幻想中来到人间。人们称其为“3D打印机(3D printers)”。

     罗伯特•希克利在小说中想象??人类去太空生活需要2305件不同的物品，但飞船的空间有限，只要一台“万能制造机器”，一切问题都迎刃而解。未来的宇航员几乎可以使用3D打印机打印他们所需的任何物品，甚至金属材质的机器零部件也不在话下。
    3D打印机并非我们所理解的传统打印机，它打印时，软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
    换言之，只要有合适的材料，3D打印机可以制造出住宅、汽车、飞机等各种物件。已有的例子是，2011年3月，英国一名科学家设计出一款名为Airbike的自行车，并用打印机一次成型地打印出车轮、轴承和车轴;与此同时，美国康奈尔大学一位教授带领他的学生，在实验室里用一台打印机，打印出一块有草莓酱的巧克力蛋糕;4个月后，英国南安普顿大学一位教授和他的团队，“打印”了一台最高飞行时速100英里的电控飞行器;哈佛大学医学院的研究人员则宣布开发出一台可以进行生物打印的设备;2011年9月，世界首辆3D打印机制造的汽车现身加拿大温尼伯市。
    3D打印机的出现，完全是数字时代和新材料行业进化的产物，随着这一新型制造方式的成熟，世界制造业将被彻底颠覆。所以，有人称之将引发真正的第三次工业革命。当工厂不再像以往那样依赖廉价劳动力的时候，产业不再需要四处转移，无论在繁华的大都市还是任何偏远村庄均可生产，大量的产业工人将被机器取代。而每个消费者在家庭中都可以成为制造者。而工业制造更多依赖于设计和数字技术、新材料技术。
    诞生
    3D打印机最初发端于美国军方的“快速成型”技术。但真正推动其发展的要归结为在美国纳斯达克上市的两家公司。

 
    一家是查克•赫尔(Chuck Hull)创建的三维系统公司(3D Systems)。查克•赫尔在1986年申请专利时，将其发明的制造三维物体的系统称为“立体平版印刷”。其工作原理为：使用一束紫外线凝固一层薄薄的液态塑胶(有点儿像墨水)，并不断重复这个过程，一层层增加塑胶。其他形式的3D打印机全都是运用叠加工艺一层层地把东西浇筑出来。
    起初3D打印被认为是一种利用叠加工艺制作一次性样品的方式。叠加工艺中几乎没办法以大规模生产获得经济效益，因而这一技术对于小批量生产来说是“天作之合”。它也适用于大规模定制成品。目前成千上万的牙冠和助听器外壳就是用3D打印机量身定制的。
    另一家是Stratasys公司，1992年卖出其第一台商业化产品。它和3D Systems公司一起，成了全球最知名的3D打印机两巨头，它们2011年的年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元，产品覆盖汽车、航空航天、消费电子、娱乐、医疗等多个领域。Stratasys公司的客户包括宝马、戴尔、英特尔、耐克等世界五百强企业。
    在这两家公司的带动下，3D打印产业逐渐成了发挥想象力空间的一项事业。
    规模
    纽约一家利用3D技术生产消费品的公司??Quirky，通过在线搜集用户的创意、产品设计图纸，用3D打印机以最快的速度成型，再上传讨论，最终确定方案后批量生产。设计者常从一个创意就获得不少的收入，有的用户一年能赚几万美元;美国加利福尼亚州的Legacy Effect公司，则利用Objet 3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型，为演员量身定制可以完全适合演员的脸部、颈部和头部的道具，在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。

 
    20多年来，3D Systems公司和对手Stratasys公司一直都在销售可以制作出真实东西(从花瓶到机器部件)的打印机。该设备已经被Apple和Nokia等制造商用来构建产品模型和制造部件。但工业用的3D打印系统价格从1.5万美元左右起，最贵的要100多万美元。而更便宜的桌面3D打印机则会创造一个全新的市场。
    不久前，这两家公司已经开始出售可让消费者打印出玩具和可替换部件的设备。3D Systems公司在2012年上半年，计划出售1000万美元的打印设备给消费者，特别是孩子们。Stratasys公司也正在考虑为孩子们制造更加廉价的打印设备，它们还准备扩大租赁计划，让美国消费者能够以每月280美元的价格租用打印设备。
    而这种设备的销售，还能带动材料和服务的销售。材料(如塑料)的利润率几乎可达到80%。来自洛杉矶研究机构IBISWorld的数据显示，2011年的3D设备销售额只有14亿美元，但预计到2016年这个数字将会达到30亿美元。
    启发
    在传统制造业里，一次性样品的制作成本原本很高，但3D打印机可大幅降低成本。现在，许多消费品、机械零件、鞋子和建筑模型在进一步开发前以3D打印的形式，供工程师、设计师和客户评估效果。任何的改动可在几个小时后或一夜之间重新打印出来，而不用花上几周等工厂制造新模型。
    有些设计师已在使用塑料和尼龙材料“打印”出现成的鞋和衣服。荷兰时装设计师爱丽丝•范•赫培(Iris van Herpen)设计出令人耳目一新的3D时装系列并走向T台。至今尚无人能打印出皮革，但科学家们正在想办法攻克。
    3D打印还可让设计师生产出一些以前被认为制作起来太复杂而不经济的产品。3T RPD为赛车“打印”了一种变速箱，这种变速箱输送液压油的内部通道很平滑，取代了用钻机钻出的直角弯道。这种变速箱不仅换挡更快，而且重量减轻了30%。基于类似原因，波音公司(Boeing)F-18型战斗机上安装了许多诸如通风管“打印”的配件。
    不再依赖人工，没有组装流程，没有边角料，3D技术的这些特点，将在某种程度上重新定义工厂。
    传统的工厂中，生产物品需增加侧翼和支架，以便机器能将物品搬运、研磨、铸模等，还要提供一个平面将零部件用螺栓固定住或焊接在一起。3D打印机有可能打印出整个物品，从而省去了组装这一步。
    在航空航天业，金属零件常由优质昂贵的钛固体坯加工而成。这可能意味着90% 的材料被砍削掉，而且这些碎屑对飞机的制造已毫无用处。然而，钛粉可用于“打印”像飞机门上的支架或卫星部件的东西。这些“打印”出来的部件与机器制造的零件一样结实耐用，但只用去10%的原材料。
    颠覆
    英国的赛宝曼科技公司(Cybaman Technologies)研制的自动化快速生产系统“复制者(Replicator)”，足有大冰箱那么大，可同时用于叠加工艺和切削工艺。“复制者”所使用的现代技术已经很接近科幻小说中的空间传送器。它可扫描某地物体，并告知世界另一端的机器如何生产出复制品。这意味着急需的备件能够在偏远的地方生产，而不需要运输。

 
    这一机器也可将即便是不能再用的零件复制下来。通过扫描破损的物件，进行虚拟修复之后，便可“打印”出一个全新品。尽管有些书本残缺不全，再也无法读取，可能的情况是，会出现收集这些不再通用的零部件资料的在线图书馆。
    3D打印机还将引起材料行业的巨大变化。大到飞机，小到山地车，碳纤维正取代钢和铝在那些产品上的应用。纳米技术正增强产品的性能，如帮助治疗割伤的绷带、更高效发动的发动机和更容易清洗的餐具。基因工程病毒也正被研制成如电池这样的产品。同时，随着在互联网上实现更多的设计者合作开发新产品，产品进入市场的门槛在降低。
    虽然传统制造业正在努力吸纳3D打印技术，却可能低估了其颠覆性的特征。3D打印之所以被称为革命性的技术，正是因为它将在各个方面对传统制造业进行破坏性打击。未来的制造业不再需要大量工人，而是IT、设计、工程技术人员，工厂被机器占领，而大部分的工作则是在办公室完成的。美国公司将陆续搬回国内，他们不再需要发展中国家的大规模产业工人，而更多地靠近客户、考虑客户的需求。