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这些机器现在能使用数十种不同的方法打印各种材料的物品，从塑料到玻璃、金属、陶瓷甚至生物物质。技术背后的基本原理都是相同的：把材料一层一层地叠加，而不是像传统工艺那样切割、钻孔、机械加工。这样减少了浪费，因为3D打印机只在需要的地方叠加材料。这些机器还可以生产那些传统生产工具很难或者无法制作的复杂几何形状，甚至是其他固体内部的结构，因为它可以从最底层一层一层地打印。
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开始时，3D打印主要用于快速的原型设计，又快又便宜地生产一次性样品。如果在工厂里调试传统机器来生产一次性样品，又慢又昂贵。但是3D打印机用软件来驱动，并且产品也是用同一个软件设计出来的，所以做完一个物件再做另外一个物件，只需要在软件里面调整一下就可以。叠加工艺现在也用于生产更多的成品。
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有人猜测，将来每个家庭都会拥有一台3D打印机，利用互联网上下载的设计图打印物品。在接下来的半个世纪，除了业余爱好者以及DIY（自己动手）发烧友，这可能不太现实。但是，3D打印将成为批量生产的一个组成部分。行业咨询家特里·沃勒斯预计，3D打印市场将从2016年的67亿美元增长到2040年的1.13万亿美元（见图10–1）。
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一些大型制造企业已经在叠加制造领域处于领先地位。其中通用电气（GE）已经在其位于亚拉巴马州的工厂安装了价值5000万美元的3D打印设备，用钴、铬和钼组成的“超级合金”为其新一代的LEAP飞机发动机生产燃油喷嘴。燃油喷嘴是须承受极高温和极高压的复杂部件，通常由20个左右不同的零件焊接在一起组成。对于LEAP发动机，通用电气使用电脑控制的激光把堆叠成层的原料粉末融化成所需的形状，一次成型将喷嘴打印出来。这样生产出来的喷嘴比原来的轻25%，耐用性高5倍。通用电气预计到2020年将会每年打印10万个燃油喷嘴。
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图10–1 3D打印市场
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空中客车公司也发明了一种专有的新材料，称为Scalmalloy，这是一种铝、镁、钪合金。这家欧洲的飞机制造商认为这种材料特别适合于制造飞机上轻质、高强度的金属部件，特别是结合3D打印机使用。
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在中国的大规模生产线上已经出现了第一台3D打印机，后续还将有更多。光宝科技是一家世界领先的代工厂，在其广州的工厂使用Optomec公司（位于美国新墨西哥州的阿尔伯克基）的打印机直接在手机或者其他电子产品中打印电路，如天线和传感器，而不是单独分开生产这些零件再让机器人或者工人进行组装。
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使用叠加工艺能够生产的物品范围越来越广泛，例如，生产大尺寸产品，一家名为盈创的中国公司正在打印房子。该公司使用一个巨大的挤压头，就像给蛋糕裱花边的挤压器一样，将速干的水泥和回收的建筑垃圾混合在一起组成建筑的各个模块，然后再进行现场拼装。田纳西州橡树岭国家实验室（ORNL）正在采用更加高科技的方法，它们与建筑设计事务所SOM合作，打印出绝缘的、可隔绝空气和水汽、带有外部保护层的建筑结构，该设想的初衷是开发一套零浪费的叠加建筑方法。
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3D打印也能生产小尺寸的产品，Scrona是苏黎世联邦理工学院的一家公司，正在使用3D打印机打印一些很小的物体。这种被称为NanoDrip的技术，顾名思义，使用含有纳米颗粒（只有100纳米或者更小）的微小液滴来打印微观结构，包括肉眼看不见的金、银导电网，能够让触摸屏有更好的响应能力。
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回收利用
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纳米技术将提高在制造业中长期使用的各种材料的性能。Modumetal是一家位于西雅图的公司，正在使用纳米材料通过电解沉积的方法来制造被称为“纳米多层膜”的金属镀膜，它与电镀有点类似，但是更为复杂。通过精确地控制电场，把悬浮在液体中的各种金属粒子附着到物体表面。这种技术也可以控制“纳米多层膜”中各种材料之间的相互作用。该公司已经开始在天然气和石油行业中使用这种涂层，宣称这种材料有着8倍于传统方法的抗腐蚀性。
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Modumetal公司认为在未来这种技术不仅可用于涂层，还可以使用传统的材料（如钢、锌、铝等）从纳米多层膜中“长出”完整的部件。另外，这种电解过程是可以逆转的，这就意味着，一旦纳米膜组件的使用寿命结束了，生产这些组件的材料就是可以回收的。
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随着材料越来越新奇，在制造业中，回收将必不可少。人们需要使用新的、便宜的方法来拆解诸如电子产品之类的废弃产品，回收这些废弃物中的各种材料。用钢铁制造的汽车和用铝制造的飞机相对来说可以直接回收利用，但是随着碳纤维在这些交通工具中的使用量增加，回收将变得更加困难。有一些公司正在研究回收碳纤维的方法，有一些方法是把碳纤维进行切割，然后用于生产低等级的部件，例如，不会受到大力冲击的面板。越来越多的可充电电池需要及时进行回收。有一些纳米颗粒是有毒的，但是科学家们还并不完全知道如果把它们抛弃在自然环境中将有什么长期影响。目前这些纳米颗粒有些堆积在陆地上，有些被冲洗到江河湖海中，每年都有几吨用于防晒霜的二氧化钛被冲洗到下水道中。
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制造商将需要越来越多地对其产品的所谓全生命周期负责，从提取用于制作生产材料的元素到这些材料的最终回收。这也有商业利益的驱动：用于高端制造的一些元素是非常稀有和昂贵的。“城市采矿”（urban mining）将是一个大有所为的行业，可以从废弃的电子产品、电动汽车、电池以及家具中提炼金、银、钕、钇、镝等材料。计算机将再次帮助企业对产品的生命周期进行建模，并对产品的拆解和回收进行模拟。
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所有这一切都将改变过去一个世纪以来制造业的运作方式。过去的大部分时候，制造产品很大程度上就是模仿抄袭，工厂使用同样的原材料，采用类似的生产工艺和设备。这些都很容易被复制，所以对于批量生产的商品来说，规模经济和工资成本最为重要，这样就驱使着制造业往低成本国家迁移。到2050年，很多迁移到海外的生产将会回归。
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制造业回流
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这个潮流之所以出现，有很多原因。首先，新材料和新生产技术能够提高制造业的灵活性，特别是产品定制和小规模生产的效率提升。这就意味着公司要在地理位置上更接近产品的销售市场，这样产品就能更好地根据市场量体裁衣，更快地应对需求的变化。
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工资成本仍然很重要，但随着大多数重复的工作可以自动完成，它的重要性会下降。很多项目还将在海外完成，但会在某些优秀的专业集中地完成，如中国南方的电子产业，而不是低工资的血汗工厂。商品类组件更是如此，如计算机芯片和其他电子元件。但是把这些零件组装成最终成品的工厂将更为分散，特别是定制类工厂。
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公司将越来越多地使用自己独特的生产流程，通常都是根据自己的需求和材料来定制。正如宝马公司发明了自己特有的电动汽车生产方式，通用电气开发了专有的材料和方法来打印燃油喷嘴一样，其他厂商也将紧随其后。例如，耐克也转向了编织，它有一项名为Flyknit的工艺，可以使用特殊的微工程纱线在电脑编织机上生产一双运动鞋，而不是在亚洲的工厂里用手工把切割后的鞋面缝合成鞋子。耐克的自动化针织机可以在任何地方运行，甚至可以在商业街的商店里面，根据客户足型的扫描结果定制生产运动鞋。耐克的竞争对手阿迪达斯也正在把一些运动鞋的生产迁移回德国安斯巴赫附近的高度自动化的新工厂。
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竞争对手很难模仿定制的材料和工艺，所以这将成为其核心竞争力之一。通常技术本身并不是公司的“秘密武器”，而是围绕其精心开发的生产工艺和技术的使用者。这为生产地点的选择提供了另外一个考虑因素：当地需要能够招聘到有相关技术的人才，特别是设计、材料科学、软件和工程方面的人才。这些人才将是宝贵的财富，未来的工厂对于这方面有巨大的需求。黑暗的撒旦磨坊[2]、满是油污的抹布和工作服都将不复存在，未来伟大的企业家将改变这一切。
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[1]本章作者保罗·麦基里是《经济学人》杂志编辑，曾担任《技术季刊》的编辑，写过关于制造业未来的专题报告——《第三次工业革命》。
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[2]1808年，英国诗人威廉·布莱克出版了他的长诗《弥尔顿》，在其自序里使用“黑暗的撒旦磨坊”来暗喻工厂。1916年，休伯特·帕里爵士为此诗的自序谱上音乐，改名为《耶路撒冷》，成为英国最受欢迎的赞歌之一。
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