增材制造：从起源到未来创新的演进之路

除火之外，几乎没有任何技术能在未经时间沉淀与拓展前，真正为制造业做出实质贡献。计算机便是绝佳例证。没有计算机，当今的技术水平根本不复存在；青少年手中的智能手机算力，早已超越登月所用设备。因此，3D 打印（即增材制造，AM）尚未完全兑现承诺，实属意料之中。

沿用计算机类比：首台勉强可称作计算机的机器由 Charles Babbage 于 19 世纪中叶制造，其“差分机”旨在更快、更可靠地生成数学表。近百年后，现代计算机雏形才进入职场，家用 PC 更要等到 1977 年。相比之下，3D 打印仅始于 1986 年，当时 3D Systems 的 Chuck Hull 在研发利用紫外线固化台面涂层的工艺时萌生了这一想法。

增材制造在制造业的爆发式增长

技术在过去 30 年持续演进，但真正引爆关注的是 2012 年家用 3D 打印机的面世。此前，3D 打印主要局限于后室和实验室，用于快速原型制作。MakerBot 等公司敏锐捕捉到萌芽的“创客运动”风潮，将家用 3D 打印机推广为终极车间工具。虽然技术普惠的承诺吸引了众多用户，但市面上大多数家用 3D 打印机如同“打孔卡计算机”般缓慢繁琐。

尽管消费者对家用 3D 系统的热情时起时伏，工业应用却持续推进。最早大规模采用 AM 技术的企业之一是通用电气（GE）。与可能不了解挑战就贸然入局的爱好者不同，GE 迅速意识到若想及时获得投资回报，必须拥有 3D 打印专家。

这一认知促使 GE 于 2012 年收购 3D 打印公司 Morris Technologies。更准确地说，收购为 GE Aviation 注入了 AM 专业知识，并迅速应用于研发用于 LEAP 喷气发动机的 3D 打印燃油喷嘴。经过概念验证测试，GE 选定激光烧结工艺生产喷嘴，并迅速发现了 3D 打印的两大核心法则。

灵活性与成本节约

第一大法则：3D 打印可能是有史以来最灵活的制造工艺。传统设计常受制于加工难易，而 3D 打印零件诞生于数字环境，核心关注点是功能性。极其复杂的内部几何结构，在传统工艺中不可能或成本高昂，在 3D 打印中却能常规化、单次成型。GE 的喷嘴具有悬垂和内部架构，单次构建即可完成，无需制造多个部件再组装。

第二大法则：3D 打印能省钱。以 GE 喷嘴为例，节约体现在两方面：单次构建制造复杂零件，省去了组装环节，虽 AM 过程较慢，但 24 小时内即可成型，远快于传统分件加工组装。省去组装时间、减少大量机加工、压缩甚至消除供应链，时间成本大幅降低。

此外，3D 打印喷嘴带来显著的材料节约。传统减材制造中，制造商预期损耗高达 90% 原材料。航空航天等常用钛等昂贵材料的行业，损耗尤为痛心。3D 打印将预期材料浪费降至 10% 以下。

未来展望

在投资者不确定性导致公众对 3D 打印观望之际，GE 反而加大投入。自 2012 年首次涉足 AM 以来，GE 已投入数百万美元用于 3D 打印研发，包括在奥本建设 30 万平方英尺的大批量 AM 工厂，以及在匹兹堡郊外建立增材技术促进中心。每年系统都在变快、变大、分辨率提升。随着技术持续进步，GE 已占据先机，随时准备利用每一次改进。其他公司跟进只是时间问题。

其他信息资源：

3D 打印与小企业

商业应用案例

采用增材制造的企业

行业案例

特别鸣谢：
John Newman，制造业领域自由撰稿人。