引 言  超級制造，一場顛覆商業世界的劃時代巨變

第一部分 超級制造革命：制造商能夠在任何地方制造任何物品

01  幾乎所有產品的制造形式都將被顛覆

“靜悄悄的革命”勢頭正強

從汽車到未來辦公樓，驅動行業大轉型

增材制造的核心優勢

不是單一技術，而是層出不窮的新科技

繫統中的繫統，影響全球經濟的激變

02  何時何地都能制造產品

生產得更多，不斷擴大產品範圍

範圍經濟，一套新的戰略工具組合

增材制造，實現範圍經濟的最佳方式

一體化經濟，下一個邊界

03  無限規模，制造得更多、更快、更便宜

增材制造與規模經濟可以共存

大規模制造業務的接管

促成關聯性功能的成本下降

不以規模經濟為基礎的成本降低

更強、更快的企業成長

我們將看到一些贏家與輸家

打破範圍與規模之間的權衡

通往大眾市場的曲折之路

從運動鞋到噴氣發動機，大型產業的陸續轉型

再見了！亨利·福特

04  數字商業生態繫統的形成

參與者越多，平臺越有吸引力

工業平臺，一種“非贏家通喫”的全新商業模式

平臺勢能如何為制造業增加動能

05 打造世界上第一個工業平臺

啟動工業生產力，治療“鮑莫爾病”的方法

首批運作工業平臺的公司

軟件界巨頭很難有能力參與競爭

06 以大致勝，泛工業時代的來臨

企業集團時代的興衰

新一波“超級巨無霸”，泛工業企業的崛起

打破“創客迷思”

第二部分  當商業巨頭統治全世界：經濟格局的重構與競爭性質的演化

07  新角色：透視泛工業企業的世界

泛工業企業拓展的3種模式

何種模式最好

泛工業組織會是21世紀的財閥嗎

08 新市場：超級融合帶來持久成功

4 種可持續優勢，企業長期成功的關鍵

4 類最大輸家，源於無知與錯判

超級融合，從產業到泛工業市場

在威脅與機會兼具的汪洋中航行

09 新規則：集體競爭與影響力範圍之戰

實時競爭與對 SWOT 的重新詮釋

巨頭對弈：柔道戰略vs.相撲戰略vs.避免衝突戰略

機器大戰與平臺大戰

泛工業企業與強大對手

泛工業企業的品牌互鬥

10  新秩序：經濟將被推向更高階的繁榮

新技術造成大量失業

如何應對失業挑戰

信息霸主，數據就是經濟武器

全球企業版圖上的權力將會轉移

更清潔、更健康、更繁榮的未來

• 應席卷趨勢之道，為未來做好萬全準備

11  開啟你的增材制造創新之路

技術、組織、資金，為超級制造做好3大準備

3大死巷，不要走這幾步

制定工業平臺策略

部署硬件的4種方法

克服內部阻力

建立你的數字商業生態繫統

12  4個轉型階段，通往終極未來

你的行業位居何處

根據階段來規劃策略

制定恰當的轉型策略，謹慎選擇轉型時機

出眾，還是出局

後 記  未來是屬於勇敢者們的

致謝

參考文獻

《超級制造》從我們身邊的例子出發，將3D打印技術帶來的生活變革有趣地展示出來，也描繪了未來制造業革命的激動人心的前景。這本書把產業、信息、經濟和創新融合起來，讓我們看到3D打印技術變革對未來社會變革的巨大推動力，讓我們意識到科技創新的無窮魅力和萬眾創業的無限商機。作者跨界深邃的撰寫和譯者科學通俗的譯術，讓我們感受到這是一本不可不讀的啟迪智慧的好書。

李滌塵 

西安交通大學機械工程學院教授

理查德·戴維尼的《超級制造》是一本讀佳作，更是一本扣人心弦、驚險刺激的書。本書描述了一個引人入勝的未來，一場全新的工業革命正以閃電般的速度向我們襲來。即使戴維尼的觀點隻有一半是正確的，其影響也將十分驚人。

湯姆·彼得斯

管理學大師

暢銷書《追求卓越》作者

很少有人像戴維尼一樣具有先見之明。他的每一本書都準確預測了競爭和經濟性質的重大轉變。在《超級制造》中，他又一次做到了。

加裡·哈默

戰略管理大師

暢銷書《競爭大未來》作者

戴維尼利用深刻的洞察力展望未來，揭示了3D打印技術將如何成為全球設計與制造業數字化轉型的中心，以及這項重大變革對經濟、政府和社會帶來的潛在影響。

斯蒂芬·尼格羅

惠普前3D打印總裁

戴維尼為超級制造革命提供了清晰且令人信服的路線圖，揭示了我們未來的機遇與風險。

保羅·薩福

美國著名未來學家

斯坦福大學教授

戴維尼博士的書幫助我們快速而深刻地了解數字技術正在如何改變世界。《超級制造》揭示了增材制造結合信息豐富的工業平臺，對下一代的全球制造業會帶來多麼重大的衝擊。

馬克·蒙德洛

捷普董事會主席

這本書解答了關於增材制造的關鍵問題：增材制造對經濟和社會有哪些影響?我們需要避免被技術耗盡資源，同時也要擴大視野，以預測未來的發展。

約翰·哈格爾

德勤領先創新中心聯合主席

數字化制造與3D打印，可以改變全球經濟！本書對這項快速發展的重要技術，提供了發人深省的想法。

《華爾街日報》

01  幾乎所有產品的制造形式都將被顛覆

話說 1983 年，有一位默默無聞的工程師，名叫查克·赫爾（Chuck Hull），在一家生產家具面材硬塗層的小公司做項目工作。他總是愛熬夜鼓搗些神秘的實驗。一天晚上，他突然給妻子安妮特·赫爾（Anntionette Hull）打了個電話。“把睡衣換了，”他說，“穿好衣服，到實驗室來。我有東西給你看。”

“最好是件好事！”他妻子睡眼惺忪地答道。

的確是好事。在琢磨各種被稱為光聚合物的丙烯酸基材料時，查克發明了一種堪稱神奇的方法，隻需將液體樹脂暴露在紫外線下，就能把它變成堅固耐用的物體。他把這種新技術稱為立體光刻（Stereolithography）……經過隨後幾個月的開發，這項技術發展為我們現在稱之為 3D 打印技術的基礎。

安妮特回憶了那個決定性夜晚之後發生的事情：

他手裡拿著那個部件，說：“我成功了。我們熟知的這個世界將為之改變。”我們又笑又叫，徹夜不眠，暢想不止。

當天晚上，我就知道他所做的事情很偉大，會很有意義。我把它珍藏於心。

安妮特至今仍然持有首個 3D 打印品——一個直徑大約 5 釐米的平平無奇的黑色塑料球。她一直把它放在錢包裡。如果你問起，她會很樂意給你看。她表示有朝一日，會把它捐給史密森尼美國藝術博物館。

她丈夫的創意成果“3D 打印”，是一種增材制造技術，指在某類型的生產中不使用切割、研磨、鑽孔等所謂的“減材制造技術”成形，而是通過堆積材料來制造產品。相反，減材制造是現在被稱為“傳統制造”的若干活動之一。減材制造之外的傳統制造，有時也被稱為“成型制造”，還包括注塑、成型、連接、衝壓和裝配等技術。

增材制造是一個比較新的術語，但這種方法有著久遠的歷史。古老的增材制造形式包括失蠟鑄造，也被稱為“熔模鑄”。長久以來，藝術家們一直用這種鑄造方式復制既有的雕塑或其他物品。另一項較新的技術是噴墨打印，這種技術將墨滴噴到某類表面上並創制圖像。查克·赫爾發明的立體光刻技術為一繫列新型增材制造技術打開了大門，其中許多被隨意地歸到 3D 打印名下。

查克·赫爾的發明已誕生 40 多年，迄今為止仍有許多人把 3D 打印與能在禮品店買到的那種小型塑料辦公用品或玩具聯繫起來。但是，如果你近年來曾接受過膝關節或髖關節置換手術，你的生活可能已經因增材制造技術的成就而有所改變了。

3D打印的骨科植入物更“貼身”

史賽克骨科（Stryker Orthopaedics）是美國最具創新性的公司之一，但知道它的人不多。這家公司由霍默·史賽克（Homer Stryker）在 1941 年創立。史賽克是一位外科醫生、多產的發明家，擁有近 5 000 項專利。

如今，這家位於美國密歇根州卡拉馬祖的公司年收入近 100，在骨科植入物領域取得了一些極其引人注目的突破。史賽克骨科生產關節植入所需的鈦合金部件。許多部件在設計上專門考慮了個體的骨骼結構和肌肉組織，不但能幫助患者擺脫關節炎的痛苦，還能使他們得以在許多年裡無痛地進行運動。

人們大多沒有意識到，許多這一類的定制部件是由史賽克骨科公司使用 3D 打印機制造的。

史賽克骨科的 3D 打印部件的另一個優點是，它可以由外科醫生植入，而不需要使用水泥、膠水和其他笨拙且通常無效的方法將替換關節黏附在附近的骨骼上。多年前，研究人員發現，如果植入物的質地和結構恰到好處，即具備由粗糙的邊緣和精確的內部孔隙度提供的骨質可以擴展的空間，那麼新生骨骼就會自然生長到人工植入物中。這個過程又被稱為“生物固定”。

傳統生產方法很難生產出有利於生物固定的植入物。但對於一臺智能編程的 3D 打印機來說，這很容易實現，因為它每次的鈦噴出量可以精確到幾個分子。如此一來，3D 打印的關節植入物自然在市場中風靡起來。

2016 年，史賽克骨科宣布計劃投資 4建造一臺新的增材制造打印設備，用一種被稱為“選擇性激光熔化”的技術來制造性能更佳的植入物。

與此同時，史賽克骨科與醫院開展合作，努力實現另一項重大突破——開發經特定編程的小型 3D 打印機，在外科醫生和病人需要使用植入物時，直接在現場制作定制的植入物，從而為病人時間和金錢。

史賽克骨科這樣的故事比比皆是，這充分表明增材制造技術早已擺脫了“隻能制造精巧的塑料玩具和簡單飾品”的名聲。

“靜悄悄的革命”勢頭正強

有一個奇怪的現像：在這個技術發展總被過度炒作的世界裡，盡管增材制造技術在制造業中的應用範圍不斷擴大，但整個過程卻沒有引起大的反響。

圍繞這一新興制造業轉型的炒作和宣傳水平相對其他新技術較低，其中原因很多。第一個原因是其他高新技術的創新數量多且知名度高，尤其是智能手機、基於互聯網的商務平臺、無人駕駛汽車、機器學習和虛擬現實等與IT 和通信相關的技術。這些極具吸引力的技術突破，加上鼓吹這些突破的首席執行官們魅力十足，攫取了近年媒體的大部分關注，即使其中一些技術還沒有真正地落地應用。

第二個原因是一些迅速擁抱增材制造技術的公司自身有避免曝光的理由。正如我在引言中所說，有些公司不希望引起正在試圖超越自己的競爭對手的注意。另一些公司則可能擔心引發員工的負面反應，比如：“如果 3D 打印機取代了我的工作會怎麼樣？”或者擔心消費者的負面反應，比如：“3D打印部件真的和傳統部件一樣堅固安全嗎？”還有一些企業可能擔心政府監管部門會加強審查。基於上述這些原因，許多大公司在推行增材制造技術戰略的同時，希望盡可能降低公眾的擔憂。

對增材制造技術作為經濟變革的驅動力缺乏足夠認識的第三個原因是，人們對該技術的真正潛力一直持懷疑態度。早期的 3D 打印技術有太多局限性和弱點，許多人因此過早地將其拋棄。不難理解，這種懷疑論在那些花了一生時間使用和改進傳統制造工具的工程師中尤其普遍。這些懷疑論者著實花了一段時間來接受新的思維方式，以充分掌握新制造技術可能帶來的好處。在此期間，他們將自己的疑慮傳播給企業界的許多非技術人員，科學家和工程師當時則正忙於試驗新的增材制造技術，以找到克服這種技術早期局限性的方法。

時至今日，許多人仍受舊觀念的影響，對增材制造持懷疑態度，這些人仍然相信一些流傳已久的增材制造迷思，但增材制造其實比他們想像得更先進。

由於這些迷思的盛行，包括許多沒有直接接觸增材制造技術的商業領袖在內的大多數人，對於這項技術改變無數行業的驚人潛力以及這種潛力正在轉化成現實的速度仍然隻有模糊認識。

就某些產品而言，整個行業都已經轉向增材制造技術。我已經解釋過髖關節和膝關節植入物行業是如何在這條路上大步邁進的。不妨再以助聽器行業為例。這個行業為世界各地數億名遭受聽力損傷的患者提供服務。

傳統的助聽器生產方法包括制作外耳鑄模、用鑄模制作耳模、修整最終的外殼等 9 個復雜的步驟。訓練有素的工匠從頭至尾完成這些工序需要一個多星期的時間。有時成品戴起來舒適且安全，有時則不然。一家 3D 打印公司的高管詹娜·富蘭克林（Jenna Franklin）說：“傳統助聽器可能會很好地嵌入耳部，也可能因為裝具松動而晃來晃去。”

利用數字技術簡化和改進這一復雜制造過程的突破始於 2000 年。那一年，瑞士助聽器制造商峰力（Phonak）與比利時一家專營 3D 打印和相關軟件的公司 Materialise NV 合作，利用增材制造技術制造了最早的定制助聽器。

即使在那時，其中的商業邏輯也是顯而易見的，那就是沒有兩隻耳朵完全相同，因此制造精準匹配患者耳朵的助聽器極有價值。增材制造技術提供了一個理想的解決方案。由於 3D 打印機可以按照復雜軟件程序的指令，以精確的形狀制造產品，制造商能夠很容易地根據特定用戶的需求實現產品完全定制。一旦峰力證明 3D 打印的助聽器外殼可以大量生產，這項新技術就會在這一領域占據主導地位。

這項大大簡化流程的新技術隻需要一位聽力矯正專家用裝配激光的三維掃描儀來創制一個數字耳模，然後將其交給模型師，後者負責設計出一個可利用 3D 打印、能夠安裝合件的定制外殼。所有這一切通常在一天內就能完成。截至 2015 年，全世界已有 1 500 多萬個由 3D 打印機生產的定制助聽器。用我采訪過的一位首席執行官的話來說，也許最了不起的是，美國助聽器行業從傳統制造技術轉變為 3D 打印技術僅用了一年半的時間，一些落伍者干脆被淘汰出局了。這個案例說明，一旦條件成熟，一項創新技術能夠迅速席卷整個行業。

“隱適美”，矯正牙齒於無形的透明矯正器

我們還可以了解一下牙齒正畸的定制牙套生產。齊亞·奇什蒂（Zia Chishti）是一位出生在美國的巴基斯坦裔企業家，他在斯坦福大學商學院上學時發現牙齒不齊損害了自己的形像。由於不願意戴人們眼中青少年纔戴的那種傳統金屬牙套，他想到了發明透明矯正器來

調整牙齒間距。這使他想到一個賺錢的點子：為什麼不使用立體光刻的新技術來做定制牙套的模具呢？ 1997 年，奇什蒂成立了艾利科技（Align Technology）來嘗試這個想法。

如今，艾利科技的專利軟件根據三維掃描儀拍攝的口腔數字模型，為每名牙科患者單獨設計透明矯正器，然後由打印機制造商 3D Systems 的立體光刻打印機制造出一套獨特的牙模。3D Systems每天交付的牙模總量多達 80 000 套，以“隱適美”（Invisalign）的品牌名稱銷售。ClearCorrect 和 Orthoclear 等公司則開發了自己的繫統來設計和打印定制的牙模。它們與其他一些公司正在與艾利科技競爭，爭奪據估計每年達 600 萬例病例的巨大的隱形正畸全球市場份額。由於每名患者總共需要十幾套甚至更多的矯正器，將牙齒一點點矯正到正確位置，因此透明矯正器是一樁大買賣。這也是增材制造技術迅速而無聲地占據了主導地位的又一個行業。

這些行業的變革在不斷地打破增材制造隻適用於產品原型、小批量商品或縫隙市場專用零件的迷思。

從汽車到未來辦公樓，驅動行業大轉型

在另一些行業裡，增材制造技術雖然並未占據主導地位，但正在取得越來越大的進展。以汽車行業為例，有些人對 3D 打印的印像還基本停留在喜劇演員、脫口秀主持人傑伊·雷諾（Jay Leno）講的那些故事上。雷諾利用3D 打印技術給自己收藏的古董車制造供替換的零件。雷諾喜歡向其他古董車愛好者講述 3D 打印機如何幫助他精確地復制任何損壞或缺失的零件，例如飾件、車門把手乃至 1907 年 White Steamer 汽車的整臺散熱器。

聽上去確實挺酷。然而，商業媒體對初創汽車企業洛克汽車（Local Motors）日漸增多的報道卻呈現出另一種吸引力。2014 年芝加哥國際制造技術展覽會上，洛克汽車成了焦點，現場觀眾目睹了公司旗下世界上最早的3D 打印汽車——Strati 汽車的生產。準確地說，Strati 汽車大約 75% 的組件由 3D 打印，而橡膠輪胎、制動器、電池和電動機等部件則是用傳統方法制造的。Strati 是一款流線型敞篷小跑車，可容納兩人，底盤和車身由碳纖維增強塑料制成，將它完全打印出來大約需要 44 個小時。打印出的 Strati汽車由 50 個獨立部件組成，而傳統制造的 Strati 汽車則需要 3 萬個部件。Strati 汽車中大約 1/4 的部件，比如前文所述的輪胎等，仍是用傳統方法制造的，但工程師希望在未來幾年內將其比例減少到 10%。根據性能的不同，預計一臺 3D 打印的 Strati 汽車的零售價為 18 00至 30 00。

2015 年 9 月，《大眾機械》雜志（Popular Mechanics）的一位評論家在試駕過 Strati 之後，稱“駕駛體驗超棒”。通過分析用於制造 Strati 汽車的流水線化生產方法，他總結道：“我們現在認為汽車結構復雜，因此價格貴是理所當然的。但當你開上 Strati 時，你會很容易想像有朝一日人們會認為汽車的價格不該如此高昂。”

Strati 隻是洛克汽車開發的開創性 3D 打印繫列汽車之一。2015 年首次亮相的LM3D Swim是一款4座車，與Strati一樣靠電力驅動。它由凱文·洛（Kevin Lo）完成設計，曾經在傑伊·雷諾參與評審的比賽中勝出。當時，洛克汽車設計的 Strati 以及其他汽車都被歸類為與高爾夫球車差不多的“鄰裡型電動汽車”（Neighborhood Electric Vehicles），不能在街道和公路上行駛。但是，洛克汽車希望一旦克服了這些監管障礙，就能在自家位於美國田納西州諾克斯維爾的小型工廠中生產這些汽車。

Olli，3D 打印自動駕駛電動公交車

洛克汽車現在的生產重點是 Olli，一款采用自動駕駛技術的電動公交車。它最初是為了參加柏林“2030城市交通挑戰賽”而設計的。它有 12 個座位，可以用於學校和社區的團體出行、在常規路線上提供公共交通，或提供智能打車軟件發出的定制服務。由於使用了 IBM Watson 的人工智能技術，Olli 具備自動駕駛能力，而這是該認知計算繫統首次在該領域的應用。Olli 已經完成了現場演示，洛克汽車正準備在亞利桑那州錢德勒的洛克汽車工廠進行生產。從內華達州拉斯韋加斯到丹麥北部的西希默蘭自治市，有很多城市表示有興趣在城區使用這些車輛。目前限制 Strati 可用性的道路監管限制將不會影響 Olli 的計劃用途，比如 Olli 可作為班車供主題公園的遊客使用。2018 年，洛克汽車為希望租賃 Olli 的客戶安排了超過 10的融資，訂單已達到 400 多輛。

洛克汽車每一款汽車的設計都是與眾不同的。公司還利用其生產設施的靈活性，讓客戶參與產品的“共同創作”。洛克汽車開發的第一款產品是“拉力戰神”（Rally Fighter），一款專為在沙漠或其他偏遠地區進行探險活動而設計的越野車。拉力戰神由當時新成立的“洛克汽車”社區成員以眾包方式設計，經過短短 12 個月的開發，於 2010 年推出。按照汽車行業一般標準來說，這一速度簡直是奇跡。Strati 的設計也源自類似的合作過程。洛克汽車在線社區現在已有70 000多名參與者，用一位作家的話來說，他們是“設計師、工程師和汽車愛好者”。車輛設計概念被采用之後，這些人將會獲得版權使用費。

洛克汽車的首席戰略官賈斯廷·菲什金（Justin Fishkin）這樣解釋該模式：

與其在一個地方生產 100 萬輛相同的汽車再運往世界各地，為什麼不由區域參與者完成設計、生產和升級特定應用程序的各個環節，使車輛與當地的技術、基礎設施和能源生態繫統兼容呢？……這是範圍經濟與規模經濟的問題。我們可以以更高的利潤率生產更小批量、更大差異的產品。通過連接設計和靈活生產之間的數字線程，我們降低了生產新車和部署新技術的最低有效規模（Minimum Efficient Scale，MES）。這正在為各個社區定義自己的未來出行賦能。

洛克汽車認為自家的共同創造和微觀制造模式同樣適用於許多其他行業，另一些公司的領導者也認同這一點。於是，洛克汽車建立了一個名叫“啟航部”的部門，以“軟件即服務”的形式銷售各種軟件繫統。洛克汽車還宣布它已經與通用電氣合作開展名為“熔接”（Fuse）的項目，將為商界人士、工程師、企業家和學生提供內容相同的專業知識和指導，地點包括線上和美國各地的微型廠區，首發項目就是位於芝加哥西區的 mHub 項目。

當然，洛克汽車遠未取得在世界汽車制造業的主導地位。截至 2018年年中，傳統巨頭仍然統治著這個行業，豐田、雷諾 - 日產、大眾和通用汽車分別占據行業收入排名的前 4 位。不過，目前除了洛克汽車這樣的初創公司，傳統汽車制造商也在啟動以增材制造為其生產過程主體這一不可避免的變革。

在高端汽車領域，保時捷、寶馬、賓利和法拉利等公司利用增材制造技術，方便地生產符合車主要求的定制零件，為“定制”車輛打造獨特的個性化風格。例如，勞斯萊斯的某些車型可根據車主最喜歡的腕表，定制中控臺上車載時鐘的界面。業內專家說，這些改進措施極大地促進了特定車型的銷售，產生的利潤遠遠高出所需成本。

這些小規模的創新雖然吸引眼球，但是比起增材制造技術開始給汽車制造商帶來的某些重大變化，不過是小試牛刀。

截至 2014 年，3D 打印已經被整個汽車行業廣泛用於新車型設計、原型制作和測試。現在，這項技術正在進入該行業的日常制造和運營。例如，奧迪公司已經大幅簡化了供應鏈，轉為按需 3D 打印替換零件，而不是倉儲和運輸零件。

未來，汽車生產過程將越來越多地使用增材制造技術。對更輕、更堅固的汽車的需求，即在保持抗撞擊性的同時更省油的需求，正在激發人們對以含碳纖維和玻璃纖維的超強復合材料制作的增材制造零件的興趣。

本田等公司已經展示了由增材制造技術生產車身面板和大部分其他零件的試驗車。截至 2016 年底，汽車行業由增材制造技術帶來的收入已達 6，而這一收入仍將持續地快速增長。一些全球領先的汽車公司也正在做出重大戰略決策，這些決策反映出它們對即將到來的制造業革命的認同。它們正在開設增材制造實驗室，與增材制造公司建立伙伴關繫，投資擁有廣闊前景的新技術的初創公司。

福特，借助 3D 打印重塑生產線

一些傳統汽車巨頭正在招聘對新方法有深刻理解的人纔。例如，2017年5月馬克·菲爾茲（Mark Fields）退休後，福特公司選擇 吉姆·哈克特（Jim Hackett）擔任新一屆首席執行官和總裁，這讓 許多行業觀察家感到驚訝。

哈克特曾擔任福特智能汽車公司負責人，按照福特的說法，該部門致力於通過投資“連接性、移動性、自動駕駛汽車、客戶體驗 以及數據和分析”，來探索汽車業務的高科技未來。更有趣的是， 哈克特擔任過Steelcase的首席執行官。

這家主要業務為家具設計與生產的公司，通過與麻省理工學院備受矚目的創意合作，深度介入了增材制造領域。因此，哈克特在對增材制造技術的未來至關重要的幾個技術領域都擁有一手經驗， 這些技術領域包括3D打印設計以及使用網絡數據和分析技術加強 產品開發和制造。

據預計，哈克特將在一些項目上投入大量資源，比如福特曾試驗性地使用 Stratasys 的大型 3D 打印機來生產汽車內飾模塊。哈克特上任幾周後，福特就公布了與愷奔（Carbon，原名為 Carbon 3D）的新合作細節。後者是新型增材制造技術 CLIP 的開發商，該技術生產零件的速度比原有 3D 打印方法快得多。

福特增材制造研究負責人艾倫·李（Ellen Lee）說：“如果我們能把生產時間縮短幾個月，從而使新車型更早上市，公司就能數。”

100 多年前，福特在其傳奇創始人的領導下，開創了現代裝配生產線，帶動了全球制造業的一次重大變革。

今天，在一位與高科技設計和制造領域關繫緊密的新領導的帶領下，福特似乎已經準備好第二次引領這樣的變革，而這次變革可能會永遠終結曾經主導大規模制造的福特式流水線繫統。

傳統建築業似乎是另一個準備加入增材制造技術革命的行業。這個遍布全球的巨大行業的收入高達 9 ，占全球 GDP 的 6%。但它一直面臨著技術落後的現狀，在過去的幾十年裡，生產率幾乎沒有提高。

即使在圖紙設計軟件和其他數字工具出現之後，建築商仍然在用一個世紀之前的方式蓋房子，要麼采用磚木結構，要麼采用磚混結構。

增材制造技術展現出將建築過程數字化的潛力。其最大的一項優勢就是可把一切建築環節都簡化為精確的測量數據，這樣業主和建築師就可以按照他們想要的方式建造建築物，而不會造成模擬工作和傳統手工勞動難以避免的品質上的不足和錯誤。這正是建築商對 3D 打印的潛力感到興奮的原因之一。該技術的靈活性還保證了在不損失強度、耐久性、美觀和安全性的前提下，大大加快施工進度。

當然，將增材制造的應用擴展至家庭住房一類的項目上並非易事，更不用說辦公樓或摩天大樓了。但是，分布在世界各地的示範項目已經清楚地表明，建築領域的增材制造技術現在已經具備了應用於大型建築項目的可靠性和經濟性。

建築公司已經嘗試用增材制造技術建成了具備傳統風格、符合所有強度和成本標準的建築物。

“豪華別墅”與“未來辦公樓”

2016年6月，中國的華商騰達公司展示了一棟利用3D打印技術建成的 400 平方米的“豪華別墅”。

這棟別墅以一個在他處建造並運到現場的鋼架結構為骨架，用非常堅固的 C30 級混凝土澆灌而成。它的牆壁厚度達 250 毫米，能夠承受裡氏 8 級的地震，即那種全世界平均每年隻發生一次的足以摧毀城市的大地震。

建造這棟別墅需要多長時間？答案是45天，大約是傳統施工方法所需工期的一半。

增材制造技術不但為建造城鎮中形形色色的一般建築提供了更新、更有效的方法，也使以前幾乎沒有人想過的事情成為可能。例如，通過增材制造技術，建築商能夠制造出以前因為成本等問題難以實現的建築形態。

新的建築物可以呈現大自然中纔看得到的曲線，而不是當下主宰街景和天際線的直線。這不僅能滿足《霍比特人》（The Hobbit）的粉絲和西班牙反傳統建築師安東尼·高迪（Antoni Gaudi）的想像，還能使建築物結構更堅固、更輕盈，靈活地適應人類的需要，滿足藝術創造力的極限。

要理解我的意思，請看一家名為盈創的中國公司 2017 年在迪拜打印的未來主義風格辦公樓。該建築物引人注目的曲線造型被一位記者比作 1957 年在迪士尼樂園推出的“未來之家”，這一 20 世紀中期現代主義風格的太空時代建築願景，直到現在纔通過3D 打印技術得以實現。

增材制造的新型建築將比大多數傳統建築便宜得多，因為整個過程是由程序控制的，建築商能夠依靠機器人打印機來完成大部分工作。在高迪的家鄉西班牙巴塞羅那，高級建築研究所（Institute for Advanced Architecture）已經開發了名為“迷你建造者”的小型機器人。它們依靠傳感器定位，通過軟件連接，而且配備了增材制造功能。這些小型機器人可以用比人類工人更短的時間和更低的成本，成群結隊地建造一座大樓。這種建造方式產生的廢棄材料也少得多。除了混凝土，這些小型機器人還可以打印木材、塑料和金屬的復合材料。

以上所述適用於現場建造的模式。如果建築商選擇預制結構，並將其運至現場組裝，將會更多成本。預制法的發明已有一段時間，但 3D 打印的高精模式將使裝配過程變得輕而易舉。沙特阿拉伯的人口正在快速增長，該國正在與盈創商談，準備在未來 5 年內建設多達 150 萬套的局部預制 3D打印住宅。盈創認為，這項技術最終將有力推動解決缺少住房和住房品質不佳的全球性問題。

增材制造的核心優勢

增材制造技術為制造商提供了許多傳統生產技術無法比擬的優勢。除了我已經解釋過的好處，如低廉的定制價格和更快的上市速度之外，它還有以下幾大優點：

• 更高的設計復雜度。逐層創建對像的技術使我們有可能構建比以 往更復雜的產品內部結構。以往因過於精細而無法研磨的幾何形狀，現在在必要時可以以一次打印幾個分子的方式達成，從而避免了偏勞動密集的生產形式和成本昂貴的生產過程。3D Systems 前總裁兼首席執行官阿維·賴奇塔爾（Avi Reichental）說過一句名言：“3D 打印使復雜性不再需要成本。3D 打印機不在乎它制造的形狀是最基本的，還是最復雜的，而這一特點正在使我們所知道的設計和制造被徹底顛覆。”賴奇塔爾的這個觀點雖然仍被經常引用，但並不完全正確。結構復雜的物品可能需要更多的時間來完成 3D 打印，而且有時會消耗更多的材料，所以復雜性確實意味著一定的成本。但 3D 打印的成本通常明顯低於傳統制造方式所需的成本。因此，盡管復雜性確實“需要成本”，但是它對應的成本相當經濟實惠。


• “一步法”生產。在某些應用領域，隻能用傳統生產方法分別單獨制造再加以組裝的零件，現在可以使用 3D 打印技術一步到位地生產。正是由於這個原因，Strati 汽車的零件數量隻是傳統汽車的零頭。裝配成本由此大大降低甚至完全消除，裝配階段出現人為錯誤的概率也相應下降。


• 產品更輕、更堅固、更簡單。與傳統方法制造的含多個構件的零件和產品相比，對應的 3D 打印單品通常更輕、更堅固，而較低的運輸成本和更長的產品壽命也會帶來成本上的節約。正如 Desktop Metal 首席執行官兼聯合創始人裡克·富勒普（Ric Fulop）在我參觀其公司旗下的工廠時所解釋的那樣，各式各樣的內部蜂窩結構的組合能力使得產品在質量、強度、材料用量、抗衝擊性和成本之間有可能達到近乎完美的平衡。富勒普指出，增材制造技術還具有縮減配置（de-contenting）的優勢，即能夠輕松地去除產品中客戶不需要也不想要的附加功能。從這個角度看，增材制造也優於傳統制造。


• 材料選擇範圍倍增。適用於 3D 打印技術的材料變得越來越多。碳纖維或納米管強化的增強塑料已被廣泛應用於高端用途和極端環境。重工業、電子行業和耐用消費品行業也開始使用各種金屬和金屬復合材料。現在，研究人員正在開發可用於大規模生產的玻璃、陶瓷、石材、木材、凱夫拉纖維（Kevlar）以及許多其他材料的 3D 打印技術。新一代的技術甚至允許在一個步驟中打印兩種或更多種材料，這進一步提高了生產的靈活性，減少了生產時間，降低了生產成本。

增材制造的這些優勢如何在現實中發揮作用？請看下面這個特別恰當的小例子。Cessna Denali 渦輪螺旋槳發動機是通用電氣與飛機制造公司合資推出的產品，現經過重新設計已可通過 3D 打印進行生產。新設計的發動機功率比同類發動機高 10%，而所需燃料卻減少了 20%。制造效率所帶來的收益則更加驚人。這款發動機以往包含 845 個獨立零件，每個零件都需要單獨組裝。但按照新的設計，它隻包含 11 個 3D 打印的鋼和鈦金屬零件。想像一下由此的時間、勞動力和金錢吧！更不用說，新設計還避免了數百種可能極易出現卻代價高昂，甚至有可能造成危險的裝配錯誤。

不是單一技術，而是層出不窮的新科技

以上這些行業實例說明，認為增材制造技術隻能被用於制作桌面小擺件和聖誕裝飾品的想法早就過時了。受到增材制造帶來的強大經濟利益和商業利益的吸引，一些行業正處在向增材制造方向轉型的進程中。

另一種普遍存在的誤解是認為增材制造是一種性質單一的技術。事實上，增材制造技術的種類多得驚人，而且新技術仍在不斷地被開發出來。本書將討論大量被應用於各行各業的創新型增材制造技術應用。然而，鋻於我的核心關注點是這些技術創新在業務、戰略、經濟和管理方面的影響，而不是它們的技術基礎，所以我經常把所有技術模式統一在增材制造技術的標題下，而隻在必要時纔提及它們之間的差異。讀者需要認識到，增材制造技術不是一項單一的技術，而是一繫列仍在不斷擴展和改進的技術組合。

越來越多的行業在推動增材制造技術的普及，在一定程度上，這個動力來自特定技術領域一連串新的突破。近年來特別值得關注的 5 項技術分別是：在 3D 打印巨頭惠普的力捧下被迅速推廣的多射流熔融打印，由生產打印機的愷奔開創的連續液面生產（Continuous Liquid Interface Production, CLIP），由 Desktop Metal 開發的、比老式激光繫統快 100 倍的雙向單程噴射（Bidirectional Single-pass Jetting），Optomec 正在開發的、可以一次打印整套機電設備的氣溶膠噴射打印（Aerosol Jet Printing），以及 3D 噴墨打印（3D Inkjet Printing）。Kateeva 等公司正在利用最後一種技術大規模生產有機發光二極管（OLED）顯示器，成本比傳統方法低 50%。2016 年至 2017 年，以上技術在速度、精度和經濟承受度方面都達到了令人矚目的新高度，這意味著它們已經有能力改造一些以前未受到增材制造技術革命影響的新行業。

特別值得強調的一類技術突破是整體式印刷（Monolithic Printing）。它泛指在一個連續過程中生產無接頭或無接縫產品，且不依賴分層方法的技術。愷奔的連續液面生產技術就是其中之一。整體式打印比分層式打印快得多，不但能實現更高的產量、更快的周轉時間，還能解鎖其他制造方式無法實現的復雜形狀。具備上述能力的整體式打印技術仍在發展中，它最終將徹底消除人類與打印機交互的需要，建立全自動的工廠環境。

增材制造技術的加速傳播還應歸功於開放式材料、開放式產品設計以及控制 3D 打印機等機器的開放式軟件繫統的出現。封閉式軟件繫統通常會限制新技術的采用，並且會減緩創新的發展和傳播速度，而開放式軟件繫統則鼓勵全世界不同領域的人合作創造新的應用程序。經過蘋果的封閉式繫統與微軟和 Linux 主導的開放式繫統的漫長鬥爭，全世界開始認識到開放式繫統的力量。最終，蘋果的應用商店姍姍來遲，數以千計的外部公司終於得到為 iPhone 和其他蘋果設備開發應用程序的機會。

多年來，3D 打印機公司一直用封閉式繫統來控測它們的打印機。然而，從 2017 年起，采用開放式繫統的趨勢越來越明顯。例如，作為巨頭的惠普現在向那些想測試新材料與惠普多射流熔融打印機兼容性的第三方提供材料開發工具包。惠普還和眾多化學與材料公司建立了伙伴關繫，並共同開發可用於 3D 打印的新材料。這些趨勢使增材制造領域變得更加開放，並為創造力的發展創造了有利的環境。但是，開放式繫統同時也使增材制造領域在面對黑客的惡意攻擊時變得更加脆弱。長期來看，這個問題將有利於那些資金充裕、有實力的大公司，因為它們更有能力開發和安裝強大的安全繫統。