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戴维尼在书中介绍了3D打印惊人的突破性进展，提供了清晰且令人信服的“超级制造时代”行动路线图；揭秘惠普、捷普、福特、西门子等《财富》500强商业巨头，如何暗中发展这项技术，并朝着泛工业组织不断成长，改变全球秩序的现在与未来。大规模生产的3D打印已经悄然崛起，并将对世界经济产生深远影响！ 關於作者： 理查德·戴维尼 达特茅斯学院塔克商学院教授，被《伦敦时报》 评为“塔克商学院的代表性教授”，为《财富》500强公司及其他世界顶顶尖企业的首席执行官提供咨询服务。 获奖无数，2022年获得Thinkers50的最高奖项 —— “全球最具影响力的50大管理思想家”终身成就奖，还曾获得备受尊崇的科尔尼奖。 全球十大战略思想家之一。《泰晤士报》誉其为“全球最杰出管理思想家之一”，《商业周刊》评他为“最有可能影响未来策略思维的学者”，管理大师亚德里安斯莱沃斯基称他是“企业策略界的基辛格”。 目錄： 引 言 超级制造，一场颠覆商业世界的划时代巨变 第一部分 超级制造革命：制造商能够在任何地方制造任何物品 01 几乎所有产品的制造形式都将被颠覆 “静悄悄的革命”势头正强 从汽车到未来办公楼，驱动行业大转型 增材制造的核心优势 不是单一技术，而是层出不穷的新科技 系统中的系统，影响全球经济的激变 02 何时何地都能制造产品 生产得更多，不断扩大产品范围 范围经济，一套新的战略工具组合 增材制造，实现范围经济的最佳方式 一体化经济，下一个边界 03 无限规模，制造得更多、更快、更便宜 增材制造与规模经济可以共存 大规模制造业务的接管 促成关联性功能的成本下降 不以规模经济为基础的成本降低 更强、更快的企业成长 我们将看到一些赢家与输家 打破范围与规模之间的权衡 通往大众市场的曲折之路 从运动鞋到喷气发动机，大型产业的陆续转型 再见了！亨利·福特 04 数字商业生态系统的形成 参与者越多，平台越有吸引力 工业平台，一种“非赢家通吃”的全新商业模式 平台势能如何为制造业增加动能 05 打造世界上第一个工业平台 启动工业生产力，治疗“鲍莫尔病”的方法 首批运作工业平台的公司 软件界巨头很难有能力参与竞争 06 以大致胜，泛工业时代的来临 企业集团时代的兴衰 新一波“超级巨无霸”，泛工业企业的崛起 打破“创客迷思” 第二部分 当商业巨头统治全世界：经济格局的重构与竞争性质的演化 07 新角色：透视泛工业企业的世界 泛工业企业拓展的3种模式 何种模式最好 泛工业组织会是21世纪的财阀吗 08 新市场：超级融合带来持久成功 4 种可持续优势，企业长期成功的关键 4 类最大输家，源于无知与错判 超级融合，从产业到泛工业市场 在威胁与机会兼具的汪洋中航行 09 新规则：集体竞争与影响力范围之战 实时竞争与对 SWOT 的重新诠释 巨头对弈：柔道战略vs.相扑战略vs.避免冲突战略 机器大战与平台大战 泛工业企业与强大对手 泛工业企业的品牌互斗 10 新秩序：经济将被推向更高阶的繁荣 新技术造成大量失业 如何应对失业挑战 信息霸主，数据就是经济武器 全球企业版图上的权力将会转移 更清洁、更健康、更繁荣的未来 应席卷趋势之道，为未来做好万全准备 11 开启你的增材制造创新之路 技术、组织、资金，为超级制造做好3大准备 3大死巷，不要走这几步 制定工业平台策略 部署硬件的4种方法 克服内部阻力 建立你的数字商业生态系统 12 4个转型阶段，通往终极未来 你的行业位居何处 根据阶段来规划策略 制定恰当的转型策略，谨慎选择转型时机 出众，还是出局 后 记 未来是属于勇敢者们的 致谢 参考文献 內容試閱： 01 几乎所有产品的制造形式都将被颠覆 话说 1983 年，有一位默默无闻的工程师，名叫查克·赫尔（Chuck Hull），在一家生产家具面材硬涂层的小公司做项目工作。他总是爱熬夜鼓捣些神秘的实验。一天晚上，他突然给妻子安妮特·赫尔（Anntionette Hull）打了个电话。“把睡衣换了，”他说，“穿好衣服，到实验室来。我有东西给你看。” “最好是件好事！”他妻子睡眼惺忪地答道。 的确是好事。在琢磨各种被称为光聚合物的丙烯酸基材料时，查克发明了一种堪称神奇的方法，只需将液体树脂暴露在紫外线下，就能把它变成坚固耐用的物体。他把这种新技术称为立体光刻（Stereolithography）……经过随后几个月的开发，这项技术发展为我们现在称之为 3D 打印技术的基础。 安妮特回忆了那个决定性夜晚之后发生的事情： 他手里拿着那个部件，说：“我成功了。我们熟知的这个世界将为之改变。”我们又笑又叫，彻夜不眠，畅想不止。 当天晚上，我就知道他所做的事情很伟大，会很有意义。我把它珍藏于心。 安妮特至今仍然持有首个 3D 打印品——一个直径大约 5 厘米的平平无奇的黑色塑料球。她一直把它放在钱包里。如果你问起，她会很乐意给你看。她表示有朝一日，会把它捐给史密森尼美国艺术博物馆。 她丈夫的创意成果“3D 打印”，是一种增材制造技术，指在某类型的生产中不使用切割、研磨、钻孔等所谓的“减材制造技术”成形，而是通过堆积材料来制造产品。相反，减材制造是现在被称为“传统制造”的若干活动之一。减材制造之外的传统制造，有时也被称为“成型制造”，还包括注塑、成型、连接、冲压和装配等技术。 增材制造是一个比较新的术语，但这种方法有着久远的历史。古老的增材制造形式包括失蜡铸造，也被称为“熔模铸”。长久以来，艺术家们一直用这种铸造方式复制既有的雕塑或其他物品。另一项较新的技术是喷墨打印，这种技术将墨滴喷到某类表面上并创制图像。查克·赫尔发明的立体光刻技术为一系列新型增材制造技术打开了大门，其中许多被随意地归到 3D 打印名下。 查克·赫尔的发明已诞生 40 多年，迄今为止仍有许多人把 3D 打印与能在礼品店买到的那种小型塑料办公用品或玩具联系起来。但是，如果你近年来曾接受过膝关节或髋关节置换手术，你的生活可能已经因增材制造技术的成就而有所改变了。 3D打印的骨科植入物更“贴身” 史赛克骨科（Stryker Orthopaedics）是美国最具创新性的公司之一，但知道它的人不多。这家公司由霍默·史赛克（Homer Stryker）在 1941 年创立。史赛克是一位外科医生、多产的发明家，拥有近 5 000 项专利。 如今，这家位于美国密歇根州卡拉马祖的公司年收入近 100 亿美元，在骨科植入物领域取得了一些极其引人注目的突破。史赛克骨科生产关节植入所需的钛合金部件。许多部件在设计上专门考虑了个体的骨骼结构和肌肉组织，不但能帮助患者摆脱关节炎的痛苦，还能使他们得以在许多年里无痛地进行运动。 人们大多没有意识到，许多这一类的定制部件是由史赛克骨科公司使用 3D 打印机制造的。 史赛克骨科的 3D 打印部件的另一个优点是，它可以由外科医生植入，而不需要使用水泥、胶水和其他笨拙且通常无效的方法将替换关节黏附在附近的骨骼上。多年前，研究人员发现，如果植入物的质地和结构恰到好处，即具备由粗糙的边缘和精确的内部孔隙度提供的骨质可以扩展的空间，那么新生骨骼就会自然生长到人工植入物中。这个过程又被称为“生物固定”。 传统生产方法很难生产出有利于生物固定的植入物。但对于一台智能编程的 3D 打印机来说，这很容易实现，因为它每次的钛喷出量可以精确到几个分子。如此一来，3D 打印的关节植入物自然在市场中风靡起来。 2016 年，史赛克骨科宣布计划投资 4 亿美元建造一台新的增材制造打印设备，用一种被称为“选择性激光熔化”的技术来制造性能更佳的植入物。 与此同时，史赛克骨科与医院开展合作，努力实现另一项重大突破——开发经特定编程的小型 3D 打印机，在外科医生和病人需要使用植入物时，直接在现场制作定制的植入物，从而为病人节省时间和金钱。 史赛克骨科这样的故事比比皆是，这充分表明增材制造技术早已摆脱了“只能制造精巧的塑料玩具和简单饰品”的名声。 “静悄悄的革命”势头正强 有一个奇怪的现象：在这个技术发展总被过度炒作的世界里，尽管增材制造技术在制造业中的应用范围不断扩大，但整个过程却没有引起大的反响。 围绕这一新兴制造业转型的炒作和宣传水平相对其他新技术较低，其中原因很多。第一个原因是其他高新技术的创新数量多且知名度高，尤其是智能手机、基于互联网的商务平台、无人驾驶汽车、机器学习和虚拟现实等与IT 和通信相关的技术。这些极具吸引力的技术突破，加上鼓吹这些突破的首席执行官们魅力十足，攫取了近年媒体的大部分关注，即使其中一些技术还没有真正地落地应用。 第二个原因是一些迅速拥抱增材制造技术的公司自身有避免曝光的理由。正如我在引言中所说，有些公司不希望引起正在试图超越自己的竞争对手的注意。另一些公司则可能担心引发员工的负面反应，比如：“如果 3D 打印机取代了我的工作会怎么样？”或者担心消费者的负面反应，比如：“3D打印部件真的和传统部件一样坚固安全吗？”还有一些企业可能担心政府监管部门会加强审查。基于上述这些原因，许多大公司在推行增材制造技术战略的同时，希望尽可能降低公众的担忧。 对增材制造技术作为经济变革的驱动力缺乏足够认识的第三个原因是，人们对该技术的真正潜力一直持怀疑态度。早期的 3D 打印技术有太多局限性和弱点，许多人因此过早地将其抛弃。不难理解，这种怀疑论在那些花了一生时间使用和改进传统制造工具的工程师中尤其普遍。这些怀疑论者着实花了一段时间来接受新的思维方式，以充分掌握新制造技术可能带来的好处。在此期间，他们将自己的疑虑传播给企业界的许多非技术人员，科学家和工程师当时则正忙于试验新的增材制造技术，以找到克服这种技术早期局限性的方法。 时至今日，许多人仍受旧观念的影响，对增材制造持怀疑态度，这些人仍然相信一些流传已久的增材制造迷思，但增材制造其实比他们想象得更先进。 由于这些迷思的盛行，包括许多没有直接接触增材制造技术的商业领袖在内的大多数人，对于这项技术改变无数行业的惊人潜力以及这种潜力正在转化成现实的速度仍然只有模糊认识。 就某些产品而言，整个行业都已经转向增材制造技术。我已经解释过髋关节和膝关节植入物行业是如何在这条路上大步迈进的。不妨再以助听器行业为例。这个行业为世界各地数亿名遭受听力损伤的患者提供服务。 传统的助听器生产方法包括制作外耳铸模、用铸模制作耳模、修整最终的外壳等 9 个复杂的步骤。训练有素的工匠从头至尾完成这些工序需要一个多星期的时间。有时成品戴起来舒适且安全，有时则不然。一家 3D 打印公司的高管詹娜·富兰克林（Jenna Franklin）说：“传统助听器可能会很好地嵌入耳部，也可能因为装具松动而晃来晃去。” 利用数字技术简化和改进这一复杂制造过程的突破始于 2000 年。那一年，瑞士助听器制造商峰力（Phonak）与比利时一家专营 3D 打印和相关软件的公司 Materialise NV 合作，利用增材制造技术制造了最早的定制助听器。 即使在那时，其中的商业逻辑也是显而易见的，那就是没有两只耳朵完全相同，因此制造精准匹配患者耳朵的助听器极有价值。增材制造技术提供了一个理想的解决方案。由于 3D 打印机可以按照复杂软件程序的指令，以精确的形状制造产品，制造商能够很容易地根据特定用户的需求实现产品完全定制。一旦峰力证明 3D 打印的助听器外壳可以大量生产，这项新技术就会在这一领域占据主导地位。 这项大大简化流程的新技术只需要一位听力矫正专家用装配激光的三维扫描仪来创制一个数字耳模，然后将其交给模型师，后者负责设计出一个可利用 3D 打印、能够安装合适电子元件的定制外壳。所有这一切通常在一天内就能完成。截至 2015 年，全世界已有 1 500 多万个由 3D 打印机生产的定制助听器。用我采访过的一位首席执行官的话来说，也许最了不起的是，美国助听器行业从传统制造技术转变为 3D 打印技术仅用了一年半的时间，一些落伍者干脆被淘汰出局了。这个案例说明，一旦条件成熟，一项创新技术能够迅速席卷整个行业。 “隐适美”，矫正牙齿于无形的透明矫正器 我们还可以了解一下牙齿正畸的定制牙套生产。齐亚·奇什蒂（Zia Chishti）是一位出生在美国的巴基斯坦裔企业家，他在斯坦福大学商学院上学时发现牙齿不齐损害了自己的形象。由于不愿意戴人们眼中青少年才戴的那种传统金属牙套，他想到了发明透明矫正器来 调整牙齿间距。这使他想到一个赚钱的点子：为什么不使用立体光刻的新技术来做定制牙套的模具呢？ 1997 年，奇什蒂成立了艾利科技（Align Technology）来尝试这个想法。 如今，艾利科技的专利软件根据三维扫描仪拍摄的口腔数字模型，为每名牙科患者单独设计透明矫正器，然后由打印机制造商 3D Systems 的立体光刻打印机制造出一套独特的牙模。3D Systems每天交付的牙模总量多达 80 000 套，以“隐适美”（Invisalign）的品牌名称销售。ClearCorrect 和 Orthoclear 等公司则开发了自己的系统来设计和打印定制的牙模。它们与其他一些公司正在与艾利科技竞争，争夺据估计每年达 600 万例病例的巨大的隐形正畸全球市场份额。由于每名患者总共需要十几套甚至更多的矫正器，将牙齿一点点矫正到正确位置，因此透明矫正器是一桩大买卖。这也是增材制造技术迅速而无声地占据了主导地位的又一个行业。 这些行业的变革在不断地打破增材制造只适用于产品原型、小批量商品或缝隙市场专用零件的迷思。 从汽车到未来办公楼，驱动行业大转型 在另一些行业里，增材制造技术虽然并未占据主导地位，但正在取得越来越大的进展。以汽车行业为例，有些人对 3D 打印的印象还基本停留在喜剧演员、脱口秀主持人杰伊·雷诺（Jay Leno）讲的那些故事上。雷诺利用3D 打印技术给自己收藏的古董车制造供替换的零件。雷诺喜欢向其他古董车爱好者讲述 3D 打印机如何帮助他精确地复制任何损坏或缺失的零件，例如饰件、车门把手乃至 1907 年 White Steamer 汽车的整台散热器。 听上去确实挺酷。然而，商业媒体对初创汽车企业洛克汽车（Local Motors）日渐增多的报道却呈现出另一种吸引力。2014 年芝加哥国际制造技术展览会上，洛克汽车成了焦点，现场观众目睹了公司旗下世界上最早的3D 打印汽车——Strati 汽车的生产。准确地说，Strati 汽车大约 75% 的组件由 3D 打印，而橡胶轮胎、制动器、电池和电动机等部件则是用传统方法制造的。Strati 是一款流线型敞篷小跑车，可容纳两人，底盘和车身由碳纤维增强塑料制成，将它完全打印出来大约需要 44 个小时。打印出的 Strati汽车由 50 个独立部件组成，而传统制造的 Strati 汽车则需要 3 万个部件。Strati 汽车中大约 1/4 的部件，比如前文所述的轮胎等，仍是用传统方法制造的，但工程师希望在未来几年内将其比例减少到 10%。根据性能的不同，预计一台 3D 打印的 Strati 汽车的零售价为 18 000 美元至 30 000 美元。 2015 年 9 月，《大众机械》杂志（Popular Mechanics）的一位评论家在试驾过 Strati 之后，称“驾驶体验超棒”。通过分析用于制造 Strati 汽车的流水线化生产方法，他总结道：“我们现在认为汽车结构复杂，因此价格贵是理所当然的。但当你开上 Strati 时，你会很容易想象有朝一日人们会认为汽车的价格不该如此高昂。” Strati 只是洛克汽车开发的开创性 3D 打印系列汽车之一。2015 年首次亮相的LM3D Swim是一款4座车，与Strati一样靠电力驱动。它由凯文·洛（Kevin Lo）完成设计，曾经在杰伊·雷诺参与评审的比赛中胜出。当时，洛克汽车设计的 Strati 以及其他汽车都被归类为与高尔夫球车差不多的“邻里型电动汽车”（Neighborhood Electric Vehicles），不能在街道和公路上行驶。但是，洛克汽车希望一旦克服了这些监管障碍，就能在自家位于美国田纳西州诺克斯维尔的小型工厂中生产这些汽车。 Olli，3D 打印自动驾驶电动公交车 洛克汽车现在的生产重点是 Olli，一款采用自动驾驶技术的电动公交车。它最初是为了参加柏林“2030城市交通挑战赛”而设计的。它有 12 个座位，可以用于学校和社区的团体出行、在常规路线上提供公共交通，或提供智能打车软件发出的定制服务。由于使用了 IBM Watson 的人工智能技术，Olli 具备自动驾驶能力，而这是该认知计算系统首次在该领域的应用。Olli 已经完成了现场演示，洛克汽车正准备在亚利桑那州钱德勒的洛克汽车工厂进行生产。从内华达州拉斯韦加斯到丹麦北部的西希默兰自治市，有很多城市表示有兴趣在城区使用这些车辆。目前限制 Strati 可用性的道路监管限制将不会影响 Olli 的计划用途，比如 Olli 可作为班车供主题公园的游客使用。2018 年，洛克汽车为希望租赁 Olli 的客户安排了超过 10 亿美元的融资，订单已达到 400 多辆。 洛克汽车每一款汽车的设计都是与众不同的。公司还利用其生产设施的灵活性，让客户参与产品的“共同创作”。洛克汽车开发的第一款产品是“拉力战神”（Rally Fighter），一款专为在沙漠或其他偏远地区进行探险活动而设计的越野车。拉力战神由当时新成立的“洛克汽车”社区成员以众包方式设计，经过短短 12 个月的开发，于 2010 年推出。按照汽车行业一般标准来说，这一速度简直是奇迹。Strati 的设计也源自类似的合作过程。洛克汽车在线社区现在已有70 000多名参与者，用一位作家的话来说，他们是“设计师、工程师和汽车爱好者”。车辆设计概念被采用之后，这些人将会获得版权使用费。 洛克汽车的首席战略官贾斯廷·菲什金（Justin Fishkin）这样解释该模式： 与其在一个地方生产 100 万辆相同的汽车再运往世界各地，为什么不由区域参与者完成设计、生产和升级特定应用程序的各个环节，使车辆与当地的技术、基础设施和能源生态系统兼容呢？……这是范围经济与规模经济的问题。我们可以以更高的利润率生产更小批量、更大差异的产品。通过连接设计和灵活生产之间的数字线程，我们降低了生产新车和部署新技术的最低有效规模（Minimum Efficient Scale，MES）。这正在为各个社区定义自己的未来出行赋能。 洛克汽车认为自家的共同创造和微观制造模式同样适用于许多其他行业，另一些公司的领导者也认同这一点。于是，洛克汽车建立了一个名叫“启航部”的部门，以“软件即服务”的形式销售各种软件系统。洛克汽车还宣布它已经与通用电气合作开展名为“熔接”（Fuse）的项目，将为商界人士、工程师、企业家和学生提供内容相同的专业知识和指导，地点包括线上和美国各地的微型厂区，首发项目就是位于芝加哥西区的 mHub 项目。 当然，洛克汽车远未取得在世界汽车制造业的主导地位。截至 2018年年中，传统巨头仍然统治着这个行业，丰田、雷诺 - 日产、大众和通用汽车分别占据行业收入排名的前 4 位。不过，目前除了洛克汽车这样的初创公司，传统汽车制造商也在启动以增材制造为其生产过程主体这一不可避免的变革。 在高端汽车领域，保时捷、宝马、宾利和法拉利等公司利用增材制造技术，方便地生产符合车主要求的定制零件，为“定制”车辆打造独特的个性化风格。例如，劳斯莱斯的某些车型可根据车主最喜欢的腕表，定制中控台上车载时钟的界面。业内专家说，这些改进措施极大地促进了特定车型的销售，产生的利润远远高出所需成本。 这些小规模的创新虽然吸引眼球，但是比起增材制造技术开始给汽车制造商带来的某些重大变化，不过是小试牛刀。 截至 2014 年，3D 打印已经被整个汽车行业广泛用于新车型设计、原型制作和测试。现在，这项技术正在进入该行业的日常制造和运营。例如，奥迪公司已经大幅简化了供应链，转为按需 3D 打印替换零件，而不是仓储和运输零件。 未来，汽车生产过程将越来越多地使用增材制造技术。对更轻、更坚固的汽车的需求，即在保持抗撞击性的同时更省油的需求，正在激发人们对以含碳纤维和玻璃纤维的超强复合材料制作的增材制造零件的兴趣。 本田等公司已经展示了由增材制造技术生产车身面板和大部分其他零件的试验车。截至 2016 年底，汽车行业由增材制造技术带来的收入已达 6 亿美元，而这一收入仍将持续地快速增长。一些全球领先的汽车公司也正在做出重大战略决策，这些决策反映出它们对即将到来的制造业革命的认同。它们正在开设增材制造实验室，与增材制造公司建立伙伴关系，投资拥有广阔前景的新技术的初创公司。 福特，借助 3D 打印重塑生产线 一些传统汽车巨头正在招聘对新方法有深刻理解的人才。例如，2017年5月马克·菲尔兹（Mark Fields）退休后，福特公司选择 吉姆·哈克特（Jim Hackett）担任新一届首席执行官和总裁，这让 许多行业观察家感到惊讶。 哈克特曾担任福特智能汽车公司负责人，按照福特的说法，该部门致力于通过投资“连接性、移动性、自动驾驶汽车、客户体验 以及数据和分析”，来探索汽车业务的高科技未来。更有趣的是， 哈克特担任过Steelcase的首席执行官。 这家主要业务为家具设计与生产的公司，通过与麻省理工学院备受瞩目的创意合作，深度介入了增材制造领域。因此，哈克特在对增材制造技术的未来至关重要的几个技术领域都拥有一手经验， 这些技术领域包括3D打印设计以及使用网络数据和分析技术加强 产品开发和制造。 据预计，哈克特将在一些项目上投入大量资源，比如福特曾试验性地使用 Stratasys 的大型 3D 打印机来生产汽车内饰模块。哈克特上任几周后，福特就公布了与恺奔（Carbon，原名为 Carbon 3D）的新合作细节。后者是新型增材制造技术 CLIP 的开发商，该技术生产零件的速度比原有 3D 打印方法快得多。 福特增材制造研究负责人艾伦·李（Ellen Lee）说：“如果我们能把生产时间缩短几个月，从而使新车型更早上市，公司就能节省数百万美元。” 100 多年前，福特在其传奇创始人的领导下，开创了现代装配生产线，带动了全球制造业的一次重大变革。 今天，在一位与高科技设计和制造领域关系紧密的新领导的带领下，福特似乎已经准备好第二次引领这样的变革，而这次变革可能会永远终结曾经主导大规模制造的福特式流水线系统。 传统建筑业似乎是另一个准备加入增材制造技术革命的行业。这个遍布全球的巨大行业的收入高达 9 万亿美元，占全球 GDP 的 6%。但它一直面临着技术落后的现状，在过去的几十年里，生产率几乎没有提高。 即使在图纸设计软件和其他数字工具出现之后，建筑商仍然在用一个世纪之前的方式盖房子，要么采用砖木结构，要么采用砖混结构。 增材制造技术展现出将建筑过程数字化的潜力。其最大的一项优势就是可把一切建筑环节都简化为精确的测量数据，这样业主和建筑师就可以按照他们想要的方式建造建筑物，而不会造成模拟工作和传统手工劳动难以避免的品质上的不足和错误。这正是建筑商对 3D 打印的潜力感到兴奋的原因之一。该技术的灵活性还保证了在不损失强度、耐久性、美观和安全性的前提下，大大加快施工进度。 当然，将增材制造的应用扩展至家庭住房一类的项目上并非易事，更不用说办公楼或摩天大楼了。但是，分布在世界各地的示范项目已经清楚地表明，建筑领域的增材制造技术现在已经具备了应用于大型建筑项目的可靠性和经济性。 建筑公司已经尝试用增材制造技术建成了具备传统风格、符合所有强度和成本标准的建筑物。 “豪华别墅”与“未来办公楼” 2016年6月，中国的华商腾达公司展示了一栋利用3D打印技术建成的 400 平方米的“豪华别墅”。 这栋别墅以一个在他处建造并运到现场的钢架结构为骨架，用非常坚固的 C30 级混凝土浇灌而成。它的墙壁厚度达 250 毫米，能够承受里氏 8 级的地震，即那种全世界平均每年只发生一次的足以摧毁城市的大地震。 建造这栋别墅需要多长时间？答案是45天，大约是传统施工方法所需工期的一半。 增材制造技术不但为建造城镇中形形色色的一般建筑提供了更新、更有效的方法，也使以前几乎没有人想过的事情成为可能。例如，通过增材制造技术，建筑商能够制造出以前因为成本等问题难以实现的建筑形态。 新的建筑物可以呈现大自然中才看得到的曲线，而不是当下主宰街景和天际线的直线。这不仅能满足《霍比特人》（The Hobbit）的粉丝和西班牙反传统建筑师安东尼·高迪（Antoni Gaudi）的想象，还能使建筑物结构更坚固、更轻盈，灵活地适应人类的需要，满足艺术创造力的极限。 要理解我的意思，请看一家名为盈创的中国公司 2017 年在迪拜打印的未来主义风格办公楼。该建筑物引人注目的曲线造型被一位记者比作 1957 年在迪士尼乐园推出的“未来之家”，这一 20 世纪中期现代主义风格的太空时代建筑愿景，直到现在才通过3D 打印技术得以实现。 增材制造的新型建筑将比大多数传统建筑便宜得多，因为整个过程是由程序控制的，建筑商能够依靠机器人打印机来完成大部分工作。在高迪的家乡西班牙巴塞罗那，高级建筑研究所（Institute for Advanced Architecture）已经开发了名为“迷你建造者”的小型机器人。它们依靠传感器定位，通过软件连接，而且配备了增材制造功能。这些小型机器人可以用比人类工人更短的时间和更低的成本，成群结队地建造一座大楼。这种建造方式产生的废弃材料也少得多。除了混凝土，这些小型机器人还可以打印木材、塑料和金属的复合材料。 以上所述适用于现场建造的模式。如果建筑商选择预制结构，并将其运至现场组装，将会节省更多成本。预制法的发明已有一段时间，但 3D 打印的高精模式将使装配过程变得轻而易举。沙特阿拉伯的人口正在快速增长，该国正在与盈创商谈，准备在未来 5 年内建设多达 150 万套的局部预制 3D打印住宅。盈创认为，这项技术最终将有力推动解决缺少住房和住房品质不佳的全球性问题。 增材制造的核心优势 增材制造技术为制造商提供了许多传统生产技术无法比拟的优势。除了我已经解释过的好处，如低廉的定制价格和更快的上市速度之外，它还有以下几大优点： 更高的设计复杂度。逐层创建对象的技术使我们有可能构建比以 往更复杂的产品内部结构。以往因过于精细而无法研磨的几何形状，现在在必要时可以以一次打印几个分子的方式达成，从而避免了偏劳动密集的生产形式和成本昂贵的生产过程。3D Systems 前总裁兼首席执行官阿维·赖奇塔尔（Avi Reichental）说过一句名言：“3D 打印使复杂性不再需要成本。3D 打印机不在乎它制造的形状是最基本的，还是最复杂的，而这一特点正在使我们所知道的设计和制造被彻底颠覆。”赖奇塔尔的这个观点虽然仍被经常引用，但并不完全正确。结构复杂的物品可能需要更多的时间来完成 3D 打印，而且有时会消耗更多的材料，所以复杂性确实意味着一定的成本。但 3D 打印的成本通常明显低于传统制造方式所需的成本。因此，尽管复杂性确实“需要成本”，但是它对应的成本相当经济实惠。“一步法”生产。在某些应用领域，只能用传统生产方法分别单独制造再加以组装的零件，现在可以使用 3D 打印技术一步到位地生产。正是由于这个原因，Strati 汽车的零件数量只是传统汽车的零头。装配成本由此大大降低甚至完全消除，装配阶段出现人为错误的概率也相应下降。产品更轻、更坚固、更简单。与传统方法制造的含多个构件的零件和产品相比，对应的 3D 打印单品通常更轻、更坚固，而较低的运输成本和更长的产品寿命也会带来成本上的节约。正如 Desktop Metal 首席执行官兼联合创始人里克·富勒普（Ric Fulop）在我参观其公司旗下的工厂时所解释的那样，各式各样的内部蜂窝结构的组合能力使得产品在质量、强度、材料用量、抗冲击性和成本之间有可能达到近乎完美的平衡。富勒普指出，增材制造技术还具有缩减配置（de-contenting）的优势，即能够轻松地去除产品中客户不需要也不想要的附加功能。从这个角度看，增材制造也优于传统制造。 材料选择范围倍增。适用于 3D 打印技术的材料变得越来越多。碳纤维或纳米管强化的增强塑料已被广泛应用于高端用途和极端环境。重工业、电子行业和耐用消费品行业也开始使用各种金属和金属复合材料。现在，研究人员正在开发可用于大规模生产的玻璃、陶瓷、石材、木材、凯夫拉纤维（Kevlar）以及许多其他材料的 3D 打印技术。新一代的技术甚至允许在一个步骤中打印两种或更多种材料，这进一步提高了生产的灵活性，减少了生产时间，降低了生产成本。 增材制造的这些优势如何在现实中发挥作用？请看下面这个特别恰当的小例子。Cessna Denali 涡轮螺旋桨发动机是通用电气与飞机制造公司合资推出的产品，现经过重新设计已可通过 3D 打印进行生产。新设计的发动机功率比同类发动机高 10%，而所需燃料却减少了 20%。制造效率所带来的收益则更加惊人。这款发动机以往包含 845 个独立零件，每个零件都需要单独组装。但按照新的设计，它只包含 11 个 3D 打印的钢和钛金属零件。想象一下由此节省的时间、劳动力和金钱吧！更不用说，新设计还避免了数百种可能极易出现却代价高昂，甚至有可能造成危险的装配错误。 不是单一技术，而是层出不穷的新科技 以上这些行业实例说明，认为增材制造技术只能被用于制作桌面小摆件和圣诞装饰品的想法早就过时了。受到增材制造带来的强大经济利益和商业利益的吸引，一些行业正处在向增材制造方向转型的进程中。 另一种普遍存在的误解是认为增材制造是一种性质单一的技术。事实上，增材制造技术的种类多得惊人，而且新技术仍在不断地被开发出来。本书将讨论大量被应用于各行各业的创新型增材制造技术应用。然而，鉴于我的核心关注点是这些技术创新在业务、战略、经济和管理方面的影响，而不是它们的技术基础，所以我经常把所有技术模式统一在增材制造技术的标题下，而只在必要时才提及它们之间的差异。读者需要认识到，增材制造技术不是一项单一的技术，而是一系列仍在不断扩展和改进的技术组合。 越来越多的行业在推动增材制造技术的普及，在一定程度上，这个动力来自特定技术领域一连串新的突破。近年来特别值得关注的 5 项技术分别是：在 3D 打印巨头惠普的力捧下被迅速推广的多射流熔融打印，由生产打印机的恺奔开创的连续液面生产（Continuous Liquid Interface Production， CLIP），由 Desktop Metal 开发的、比老式激光系统快 100 倍的双向单程喷射（Bidirectional Single-pass Jetting），Optomec 正在开发的、可以一次打印整套机电设备的气溶胶喷射打印（Aerosol Jet Printing），以及 3D 喷墨打印（3D Inkjet Printing）。Kateeva 等公司正在利用最后一种技术大规模生产有机发光二极管（OLED）显示器，成本比传统方法低 50%。2016 年至 2017 年，以上技术在速度、精度和经济承受度方面都达到了令人瞩目的新高度，这意味着它们已经有能力改造一些以前未受到增材制造技术革命影响的新行业。 特别值得强调的一类技术突破是整体式印刷（Monolithic Printing）。它泛指在一个连续过程中生产无接头或无接缝产品，且不依赖分层方法的技术。恺奔的连续液面生产技术就是其中之一。整体式打印比分层式打印快得多，不但能实现更高的产量、更快的周转时间，还能解锁其他制造方式无法实现的复杂形状。具备上述能力的整体式打印技术仍在发展中，它最终将彻底消除人类与打印机交互的需要，建立全自动的工厂环境。 增材制造技术的加速传播还应归功于开放式材料、开放式产品设计以及控制 3D 打印机等机器的开放式软件系统的出现。封闭式软件系统通常会限制新技术的采用，并且会减缓创新的发展和传播速度，而开放式软件系统则鼓励全世界不同领域的人合作创造新的应用程序。经过苹果的封闭式系统与微软和 Linux 主导的开放式系统的漫长斗争，全世界开始认识到开放式系统的力量。最终，苹果的应用商店姗姗来迟，数以千计的外部公司终于得到为 iPhone 和其他苹果设备开发应用程序的机会。 多年来，3D 打印机公司一直用封闭式系统来控测它们的打印机。然而，从 2017 年起，采用开放式系统的趋势越来越明显。例如，作为巨头的惠普现在向那些想测试新材料与惠普多射流熔融打印机兼容性的第三方提供材料开发工具包。惠普还和众多化学与材料公司建立了伙伴关系，并共同开发可用于 3D 打印的新材料。这些趋势使增材制造领域变得更加开放，并为创造力的发展创造了有利的环境。但是，开放式系统同时也使增材制造领域在面对黑客的恶意攻击时变得更加脆弱。长期来看，这个问题将有利于那些资金充裕、有实力的大公司，因为它们更有能力开发和安装强大的安全系统。

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