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被稱為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》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(hào)”上面的那臺(tái)復(fù)制器嗎？
但增材制造不過是未來(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(xiàng)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(huì)相互結(jié)合、組成形狀。通過精確控制噴嘴，機(jī)器操作員就可以像利用3D打印機(jī)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(lái)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(jìn)制造業(yè)合作委員會(huì)(Advanced Manufacturing Partnership)對(duì)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(rèn)為這些領(lǐng)域?qū)?duì)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的決定起到關(guān)鍵作用，應(yīng)當(dāng)成為全國(guó)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(qiáng)調(diào)的一部分內(nèi)容：
傳感、測(cè)量和過程控制：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(shù)據(jù)的電腦驅(qū)動(dòng)。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(cè)濕度的傳感器、確定位置的GPS跟蹤器、測(cè)量材料厚度的卡尺等。這些設(shè)備不僅越來(lái)越多地用于智能手機(jī)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(jī)器，還提供管理整個(gè)工廠的運(yùn)營(yíng)所需要的信息。產(chǎn)品從誕生到送達(dá)都可以跟蹤，某些情況下還可以跟蹤到送達(dá)之后。在這個(gè)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(shí)候，傳感器就會(huì)偵測(cè)出來(lái)，向機(jī)器操作者發(fā)送警報(bào)信號(hào)，甚至是向工廠管理者的手機(jī)發(fā)送警報(bào)信號(hào)。
材料設(shè)計(jì)、合成與加工：新機(jī)器將需要新材料，新材料將使新式機(jī)器的制造成為可能。隨著將材料細(xì)分到原子或分子層級(jí)、幾乎不需要經(jīng)過漫長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室步驟就可以進(jìn)行操縱的進(jìn)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(jì)劃(Human Genome Initiative)取得的廣受認(rèn)可的成功，能源部(Department of Energy)等美國(guó)政府機(jī)構(gòu)去年發(fā)起成立了材料基因組計(jì)劃(Materials Genome Initiative)，其目標(biāo)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(jì)70年代埃克森(Exxon)的一名員工首次構(gòu)想出來(lái)的，但一直要到90年代才開始商業(yè)化。這個(gè)計(jì)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(jì)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(jì)產(chǎn)品，還以數(shù)字方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)、修正、改良，常常省略了更費(fèi)錢、更費(fèi)時(shí)的實(shí)體檢驗(yàn)過程。云計(jì)算和低成本3D掃描儀（現(xiàn)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(yàn)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(fèi)的的全功能CAD軟件“123 Design”，汽車制造商一度要用大型計(jì)算機(jī)才能完成的事情，個(gè)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(shí)現(xiàn)，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(dāng)中，盡可能地減少浪費(fèi)。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)說到“無(wú)燈”工廠的潛力，這種工廠在黑暗中持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要加熱或制冷，因?yàn)樗鼈兓旧隙际怯蓹C(jī)器人或其他機(jī)器操作。隨著規(guī)模更小、高度自動(dòng)化的本地工廠變得更加普遍，再制造和回收或許會(huì)變得更加重要，本地供應(yīng)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(yù)計(jì)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(lái)幾代的電子設(shè)備和運(yùn)算設(shè)備或許也會(huì)非常依賴于納米制造。
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、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(yù)計(jì)會(huì)定義下一代的消費(fèi)設(shè)備和運(yùn)算設(shè)備，成為未來(lái)10年增長(zhǎng)最快的產(chǎn)品門類之一。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(jī)體或生物有機(jī)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(jī)不僅有希望在產(chǎn)量只有一件的時(shí)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(jì)、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(jī)已經(jīng)開發(fā)出來(lái)。一家德國(guó)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(shí)驗(yàn)用的人體組織。現(xiàn)在有些打印機(jī)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(dòng)作感應(yīng)手套等。市場(chǎng)上甚至還有一種名叫“復(fù)制機(jī)”(Replicator)的東西，它是英國(guó)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(jī)器將粗糙的物體打磨成精確、光鮮的成品。
工業(yè)機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人可以每天24小時(shí)、每周七天地運(yùn)轉(zhuǎn)，精度可重復(fù)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(bào)進(jìn)展，在接受效率測(cè)試的時(shí)候做出改進(jìn)，如果安裝了先進(jìn)的傳感系統(tǒng)，還會(huì)變得更加靈巧。（它們也很少發(fā)牢騷。）隨著機(jī)器人變得越來(lái)越普遍，它們的經(jīng)濟(jì)性也在提高：據(jù)麥肯錫全球研究院(McKinsey Global Institute)的一份報(bào)告，1990年以來(lái)與人工相比的機(jī)器人相關(guān)成本已經(jīng)下降高達(dá)50%。另外，隨著生物技術(shù)和納米技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)機(jī)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(dāng)前大部分機(jī)器制造工藝基本上還是依靠傳統(tǒng)技術(shù)、特別是針對(duì)金屬的技術(shù)，如鑄型、鍛造、加工和焊接等。但專家認(rèn)為，這個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，可以用新的方法來(lái)連接更多種類的材料，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(xiàng)修復(fù)技術(shù)或先進(jìn)焊接技術(shù)而發(fā)揮重大作用。
點(diǎn)評(píng)：
中國(guó)的先進(jìn)制造業(yè)合作委員會(huì)在哪？如果有也只能是個(gè)“牙防組” |
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發(fā)表于 2013-9-23 19:22:19
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