18世纪晚期，工业革命让大规模制造物品成为现实，规模经济以前所未有的方式改变了全球的经济和社会格局。但英国《经济学家》杂志2月14日刊发的文章报道称，现在，一种新的生产制造技术——三维打印技术却反其道而行之，该技术让制造单个物品的成本和生产数千个物品的成本一样低，因而削弱了规模经济的优势。三维打印技术对全球带来的影响或许可以和工厂的出现相媲美。

    打印机翼不是梦
    三维打印技术是上世纪90年代开始逐渐兴起的一项先进制造技术，目前已经得到较为广泛的运用。凭借这项技术，人们可用各种材质设计并制造出很多令人惊讶的物品。

    三维打印的工作原理如下。首先，研究人员将设计蓝图从电脑中调出，并将其显示在电脑屏幕上；然后根据需要认真调整颜色和外形，最后按下打印键，打印机就开始飞速工作，打印出所需要的物品。在用三维打印机打印物品的过程中，材料是一层一层地不断增加上去的，因此，三维打印技术也被称为“快速成型技术”。

    人们已经使用该技术打印出了灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等，有些人甚至使用该技术制造出了机械设备。比如，美国麻省理工学院（MIT）的博士生彼得·施密特就打印出了一个类似于祖父辈使用的钟表的物品。在进行了几次尝试之后，他最终用打印机打印出了塑料钟表，将其挂在墙上，结果，钟开始滴答滴答地走动。

    三维打印机的应用领域也在随着技术进步而不断扩展。据美国物理学家组织网2月24日报道，美国科学家已经研发出了能打印皮肤、软骨、骨头和身体其他器官的三维“生物打印机”。人们还使用三维打印机来制造雕塑并修复雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三维物体并打印出了食品。

    美国北卡罗来纳州维克森林大学再生医学研究所教授詹姆斯·刘在最近举行的美国科学促进协会（AAAS）年度大会上表示，其研究团队研发出了一套可以打印皮肤的系统，这种打印出的皮肤可直接用在烧伤的伤口上。纽约康奈尔大学计算合成实验室的主任胡迪·利普森领导的研究团队也在该年度会议上表示，他们利用生物打印机打印出了一只用硅制成的耳朵。该研究团队利用人耳的扫描信息和相关的三维坐标信息，使用硅凝胶而不是人的耳朵细胞，打印出了耳朵模型。

    一家位于美国明尼苏达州明尼阿波利斯市、名为Stratasys的公司用塑料沉积技术生产出了三维打印机，该公司同时也使用他们的打印机打印出零件以制造更多的打印机。

    去年12月，Stratasys公司与加拿大温尼伯工程集团科尔生态公司合作，推出了第一辆由三维打印机制造出来的汽车。这辆使用电力与燃料混合动力的汽车，在高速公路上每加仑汽油能够行驶200多英里，在城市道路上每加仑汽油能够行驶100英里。该汽车所有的外部组件，包括玻璃嵌板的原型都是使用Stratasys公司数字制造服务站的三维打印机与Fortus3D生产系统制造的。

    三维打印技术排除了使用工具加工、机械加工和手工加工，而且改动技术细节的效率极高。在英国，相同的技术被戈登·默里设计公司用来帮助制造前卫的T.25型城市“生态汽车”，这款汽车已于2010年7月面世。

 
    更令人难以置信的是，隶属于欧洲宇航防务集团（EADS）的一个科研小组正致力于利用此技术打印出飞机的整个机翼。目前研究者已使用该技术制造出了飞机起落架的支架和其他飞机零件，其打印出的支架同一只鞋子的大小一样。他们有信心在不久的将来打印出更多的飞机零件，包括机翼等。

    与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

    美国辛辛那提的莫里斯技术公司是首批大力投资利用三维打印技术为其他公司提供工程和生产服务的公司之一。起初，该公司的主要业务是快速地制造产品原型，但2007年，公司意识到“一种新型的产业即将诞生”，于是又成立了另一家名为“高质量快速制造”的公司，其核心业务是利用三维打印技术生产更高产量的零件。该公司表示，三维打印技术只需几小时或几天的时间就能将许多中小型零件从电脑设计变为符合生产质量的金属零部件，而采用传统方法则需要数天或数星期。另外，打印机在无人看管时也能继续运转，一天24小时不停地工作。

    三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。EADS项目的总工程师安迪·霍金斯说：“在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60％，并且同样坚固。

    如果EADS可以保证通过三维打印技术制造出来的机身、机翼和其他部件的质量及安全性可以达到传统制造方式的标准，那么，通过该技术生产的飞机就会更轻、成本更低、效率更高。那么，未来人们也许可以在同一个地方制造飞机所需的所有部件，这样就可以避免供应链带来的问题，这一问题曾经延误了空客A380的制造。

    几十年来，航空航天、医疗和汽车工业等领域的工程师和设计师们主要使用三维打印技术来快速而廉价地制造产品的模型。

    但现在，随着三维打印机的处理能力不断提升，它能处理的原材料更多了，包括用于生产的塑料、金属以及树脂等。三维打印机开始更多地被用来生产成品。一家专门研究该领域的公司的管理者特里·沃勒斯称，现在，三维打印机制造出的产品中，20%以上的为成品而非产品原型，他估计，到2020年，成品的比率会增至50%。

    而且，当批量生产物品的数目达到1000个时，三维打印技术完全可以同注塑成型方法相匹敌，随着技术的不断完善，这一数字还将攀升。

    通过降低生产过程的成本，三维打印技术有望促进革新。能在计算机上设计出的形状，三维打印机都可以将其变成实物。人们可以先打印出一打某个产品，然后观望市场对这种产品的反应，如果该产品有市场的话，就可以接着再打印出50个。

    对投资者和新兴公司来说，这不啻为一个好消息，因为制造新产品的风险和成本都降低了。并且，就像开源软件工程师可以通过共享软件代码进行合作一样，工程师们也开始在开源设计上进行合作以设计出新产品和新的硬件设施。

 批量生产或让位于批量定制
    有些三维系统可以使被印刷的材料的属性和内部结构呈现出各种式样。比如，英国Within技术公司有望于今年开始提供类似于人骨的钛金属医疗植入物。该股骨植入物拥有移植所需要的韧度和强度，同时也具备坚固的晶格结构，有助于新生骨头长到植入骨头上，并且比传统植入物更加稳固。

    Within技术公司的首席执行官沙瓦什·马达维说，三维打印技术能在如此细微的内部细节层面上运作，这使得人们可以按需定制物体的硬度和灵活度。马达维正在研究其他晶格结构，包括赛车的汽车动力学组件，以及为一家公司提供的特殊鞋垫，该公司希望制造出世界上最舒服的细高跟鞋。

    另一家相关的公司——数字化成型公司（马达维博士是该公司的技术主管）使用三维设计软件来帮助客户定制需要大量生产的产品。例如，该公司为一家手机公司提供一项服务，定购该服务的用户能在线更换他们新手机外壳的外形、颜色和其他特征。只要想法可行，该软件就能让顾客的心愿得到满足。一旦用户提交了心仪的设计后，该公司就可以将手机的新外壳打印出来。该公司总经理丽莎·哈若尼说，该过程适用于从珠宝到家具的任何消费产品。她说：“我毫不怀疑，这项技术将改变我们制造产品的方法。”

    据英国《经济学家》2月17日报道，德国一家供应激光烧结三维打印机的厂商EOS公司宣称，他们已经开始为汽车制造商、航空公司和消费品公司制造塑料和金属部件。EOS表示，他们还为牙医提供牙冠，每台机器每天最多能生产出450个牙冠，每一个都是为病人量身订制的，而一些手艺好的制造者每天打造出12个牙冠就算很不错了。作为一次工程实践，EOS还为使用高性能聚合物的小提琴打印出了零部件，经过专业小提琴制造师组装后，小提琴家在音乐会上用它进行了演奏。

    因为三维打印机由软件驱使，因而可以制造出不同的物品，而无需额外耗钱耗力重组装备。在如今这个经济规模不再那么重要的世界里，大量生产同一产品不仅很不必要而且也很不恰当，很多物品都可以使用三维打印技术量身订制。

    在不远的将来，人们将看到，消费者能在家中把产品像数字音乐一样下载下来，然后将其打印出来；或者，在当地的一个三维生产中心，人们可以根据自身偏好设计出各种产品。

    简而言之，在生产各种产品（从鞋子、眼镜到厨房用具）时，批量生产模式都将让位于批量定制模式。

    这样的情景可能还只是个遥远的梦想，然而，一场新的工业革命可能即将出现在我们面前。

    将与其他设备协同工作

    制造小批量、高价值、为客户度身定制的产品，这些想法都非常好，但三维打印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？有些已经根深蒂固的技术不可能完全被取代，但很显然，在未来的工厂中，三维打印机将同铣床、印刷机、铸造和塑料喷注模设备协同作战，并且逐步接手那些机器的工作。

    英国拉夫堡大学的教授尼尔·霍普金森博士毫不怀疑，三维打印技术在许多领域能与大规模生产竞争。其在拉夫堡大学的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展在聚合物粉层上，在红外线的热度下，粉会被熔结成固态。

 
    该团队也在着手进行其他一些项目，比如，他们正在为美国冬季运动装备生产商伯顿公司研究一种塑料扣，以用于该公司制造的伯顿滑雪板，而通常这类东西往往由喷射铸造法生产而成。霍普金森表示，该研究团队发明的方法能让塑料扣的造价低至10便士一个（16美分），因此，该方法同用喷射铸造法生产出来的产品相比非常有竞争力。此外，这种设计方法很容易对细节进行修改，伯顿公司也不用因此承担设备重组的高额费用。

    霍普金森博士说，很难预测制造业会以何种速度运用三维打印技术。那并非因为传统制造业的保守本性，而是有些制造过程发展的速度之快让人惊叹。几年前，要用三维打印机制造出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，涌现出了一些富有竞争力的公司，这些公司每天的销量达到数千个。

    霍普金森认为，拉夫堡团队研制的生产过程同喷射铸造法相比具有一定的竞争优势，其生产量约为1000件左右。他还预测称，在未来的五年内，随着技术的进一步发展，该技术的竞争力还会加大，到那时，生产量至少可达几万件，甚至有望达到几十万件。一旦三维打印机能达到那样的产量，会有更多制造商采用这项技术。

 
    英国咨询公司莱格伍德的威尔·西勒尔预言，人们有望看到“数字化生产工厂”的出现，届时，公司不再需要将大量资金花在投资设备、流程和原材料上。而且，将一个数字设计从创意转化到成品所需要的时间肯定还会缩短，最多可以缩短50%—80%。随着技术的改进、机械化的进一步发展、人们克服产品限制以及人们制造新产品的能力不断增强，三维打印技术将成为主流。西勒尔说：“市场将拥抱该技术的到来。”

    有些业内人认为，三维打印技术对制造业的影响将可与喷墨打印机对文件打印的影响相媲美。15世纪出现的活字印刷术让手写体变成了印刷体。印刷机同那些可以进行大规模生产的机器一样，高效地打印出同一物品的副本，但是，其在打印个性化文件时的效率并不高。后来，喷墨打印机使打印变得更便捷、更廉价、更有个性。如今，尽管传统打印机仍然打印着大量的书籍和报纸等，但更多的打印任务是由喷墨打印机来承担的，它能按需打印出书籍、标签、照片等。 

    现在三维打印技术的精度约为0.1毫米，而且打印机本身的售价偏高，不过，随着技术的进步和成本的降低，一台普通三维打印机的成本有望比1985年的激光打印机还要低。

    但生物三维打印机也面临着诸多挑战，其中之一是其打印出的物体如何与身体其他器官尤其是大的组织更好地结合，因为任何打印出来的器官或身体组织都需要同身体的血管相连，而这可能非常难实现。利普森表示，一旦克服了这个技术障碍，在未来几十年内，生物打印技术将成为一项标准技术。
     三维打印将改变经济模式

    三维打印技术带来的变化或将改变制造业的经济面貌。许多人认为，这项技术将让商业完全去中心化，逆转伴随着工业化到来的城市化进程，人们将不再需要工厂，届时，每个村庄都将拥有一个由打印机组成的制造厂，制造所需的物品。但是，也有人认为，城市的经济和社会利益远远超出吸引工人到装配线上工作的能力。

 
    有人坚持认为，三维打印技术减少了对工厂工人的需求，削减低成本、低工资国家的优势，因而会增加发达国家的生产能力。不过，也有人对此表示怀疑，他们称，亚洲制造商也有能力采用该技术，而且，即使三维打印技术确实会让生产重回发达国家，它也无法提供更多的工作机会，因为与标准的制造过程相比，它并非劳动密集型的技术。

 
    而三维打印技术给物流公司带来的威胁是显而易见的，去年在由中外运敦豪国际航空快递有限公司（DHL）组织的一次大会上，有人就提出了这种可能性：当公司能够在需求产品的地方打印出急需的零部件时，为什么还会从国外空运呢？

    呼唤新的知识产权法

    三维打印技术的意义不仅在于改变资本和工作的分配模式，而且也在于它能改变知识产权的规则。该技术的出现使制造业的成功不再取决于生产规模，而取决于创意。然而，单靠创意也不够，模仿者和创新者都能轻而易举地在市场上快速推出新产品。因此，竞争优势可能将前所未有地变得比以前更短。

    一旦物品能用数字文件来描述，它们就会变得很容易复制和传播，当然，盗版也会变得更加猖獗，就像音乐工业出现的情况一样。当一个新玩具的草图或一双鞋的设计方案在网上流传时，其知识产权的拥有者会失去更多，因此，人们在知识产权领域进行的斗争会更加激烈。

    所以，今后一定会有人呼吁对三维打印机的使用进行限制，并对目前存在的知识产权法进行修正。并且，随着开源软件、新的非商业模式的出现，三维打印技术需要比目前更加严谨还是更加宽松的法规，我们还不清楚，但毫无疑问的是，律师们可能会更加忙碌。

    正如没有人预测到1750年出现的蒸汽机、1450年出现的印刷术以及1950年出现的晶体管可能会给世界带来如此重大的影响一样，人们也很难估计三维打印技术可能会带来的长期影响。但是，这项技术离我们越来越近，并且，它很有可能对它所接触的每个领域带来重大的影响。公司、政府管理者以及企业主应该从现在开始思考这一点。至少有一件事情很清楚，尽管三维打印技术在短期内会导致一批赢家和输家，但从长期来看，它将扩大工业领域和人们的想象力。