3D列印開啟新工業革命 中國製造能否變成引領者

　　最近，國內最大的代工企業富士康公司“暫停招工”的消息，被炒得沸沸颺颺。

　　這家以加工蘋果手機而著名的企業，僅在中國大陸的工人就有160萬人，更是不少地方政府增加GDP、解決就業的“大戶”。去年春節到元宵節，短短幾天，僅是該公司位於深圳的龍華廠區就招聘了數萬人，而今年“招募點的窗口都關了”。

　　有業內人士分析，這可能因為富士康的“百萬機器人計劃”已開始落實，他們要“在人工與智慧化生産線重新分配上做充足的準備”。

　　事實上，這也成為以“機器人革命”、“3D列印”、“智慧製造”等為標誌的再工業化浪潮對中國實體經濟産生影響的一個標誌。榮登製造業産值“第一”位置還不久的中國，正面臨著新一輪工業化嚴峻的挑戰。

　　富士康科技集團總裁郭臺銘曾呼籲，“把單調重復的工作交給機器人，讓員工解放出來。”話語未落，“第三次工業革命”、“第六科技革命”、“新工業革命”等名詞紛至遝來。大家似乎都在追問：中國準備好了嗎？

　　國務院參事、經濟學家湯敏四處奔走呼籲：中國經濟如果不能跟上以3D列印為代表的新技術潮流，中國有可能重蹈1840年被蒸汽動力武裝起來的列強擊敗的覆轍！

　　也有人不贊同。網際網路資深評論人士謝文稱，滿街叫賣的“第三次工業革命”概念很大程度上是“忽悠”。他説，在網上隨便一搜，就能找到新近出版的幾十本相關主題書籍，“其中好壞參半，賣狗皮膏藥的居多。”

　　任何對未來的想像都包含“泡沫”的成分。但人們很難遏制對大趨勢的預測。

　　美國學者傑裏米·裏夫金認為網際網路和新能源相結合，將催生“第三次工業革命”。而中國如果行動起來，極有可能成為新經濟的“龍頭”，引領亞洲進入下一個“偉大的經濟時代”。不能不説這是個很有吸引力的題目。

　　中國科學院中國現代化研究中心此前完成了一份名為“第六次科技革命機遇與對策”的報告。他們把即將發生的科技大變革稱為“新生物學革命”或“創生和再生革命”。

　　比如，人造子宮可以幫助人們完成體外生殖；人類將依靠網路人、倣生人和再生人技術，實現某種程度上的“人體永生”等。

　　課題負責人何傳啟認為，各種説法各異的“預測”是由於劃分方法不同，而最重要的在於“中國應當抓住這個重要機遇”。

　　在新技術革命的視野裏，郭臺銘領導的富士康需要一場脫胎換骨的“革命”。正如他所説：“中國要成為製造業王國，成敗之舉在於把人口紅利變為頭腦紅利。”

　　的確，在金融危機的“後遺症”仍在蔓延、全球經濟不確定性繼續擴大的時刻，誰願意讓“新工業革命”給甩掉呢？

　　“3D列印”的故事

　　在有關“新工業革命”的爭論中，最熱門的概念莫過於“3D列印”。

　　電影《十二生肖》中演示了這種神奇機器的魅力：成龍飾演的竊寶大盜，只需把狗頭、雞頭等雕塑的三維模型數據掃描輸入電腦，世界另一頭的3D列印機就能在第一時間把一模一樣的複製品迅速列印出來。

　　通常來説，3D列印是工業製造領域“快速成型機”的俗稱，如今卻成了“一項改變世界的新技術”。3D列印的最初原理，早在100多年前的照相雕塑和地貌成形技術中就有應用。但只是到了20世紀90年代資訊革命之後，數據分析大規模普及，這項技術才開始逐漸應用在工業領域。

　　最近幾年，歐美發達國家通過3D列印技術，成功地“列印”出了手槍、自行車、汽車、電控飛行器等實物，雖然其質地和耐久程度與傳統工藝還有差距，但確實正在開啟製造業的新空間。

　　美國比較頂尖的3D列印服務提供商Shapeways的首席執行官曾表示，他們已經“列印”了75萬種産品，使用的材料包括塑膠、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃等。同時，在珠寶製造和模型製作以及時裝業、電影業、建築業等10多個不同的行業和領域，3D列印正在獲得更廣泛的應用。美國《時代週刊》甚至將3D列印産業列為“2012年美國十大增長最快的工業”。

　　年逾七旬的清華大學教授顏永年是我國大型模鍛液壓機的設計者之一。這位傳統機械製造領域的頂尖級專家，早在1988年就在美國感受了3D列印技術初創時的“顛覆性”衝擊。

　　傳統工業機床的切、削、割、磨、鑽、銑等加工工藝，都是“減法”製造；而3D列印“反其道而行”，通過電腦分層軟體將物體的三維模型進行均等切分，還原成二維的“切面”，然後一層一層累積“列印”出來，這是典型的“加法”製造。

　　顏永年回國後力推3D列印的新製造理念。清華大學、西安交通大學、華中科技大學與北京隆源自動成型系統有限公司一起，以技術引進為主，形成了中國“三校一企”最早的“3D列印研究陣營”。

　　但3D列印成為“大熱門”卻要等到20多年後了。多年徘徊的關鍵因素在於，這種新工藝的強度和精度一直難與傳統工藝相比。比如，塑膠、陶瓷製品用3D列印還勉強可以，但列印一把金屬錘子就比較困難——把顆粒狀、粉末狀的金屬材料重新粘合在一起，變成完整的物品，強度往往不夠。

　　不過，最近兩年來的3D列印“熱潮”恰恰爆發在民用領域。那些“追趕潮流的消費者”捧紅了3D列印，他們“列印”物品並不需要工業級別的高精度、高強度。

　　從大眾級的應用入手，本來就是網際網路時代的特性決定的，3D列印滿足了崇尚個性的新一代消費者DIY(自主製造)的樂趣。當人們開始想像在自己的後院就能“列印”出極具個性化的盤子、碗和茶杯，以這種“特殊方式”款待客人時，一個全新的産業就此誕生。

　　在美國，一度上百萬美元的3D列印機如今降到2000美元。而幾傢具有代表性的3D列印公司，股票在兩年內成倍地暴漲。

　　退休之後的顏永年教授再度“創業”。2012年，他在江蘇昆山成立永年先進製造技術有限公司，專注于3D列印技術。他要實現自己多年來的夢想。

　　不一樣的工業革命

　　積極投身3D列印創業大潮的重要人物，還有美國著名的新技術雜誌《連線》的主編克裏斯·安德森。他在去年年底離開了任職12年的顯赫崗位，成為機器人公司3DRobotics的首席執行官。

　　克裏斯·安德森把3D列印推高到了“新工業革命”的高度。這位暢銷書作家在新書《造物者：新工業革命》中説，3D列印機就像第一次工業革命時的珍妮紡織機一樣有著深遠的歷史意義：

　　從此，那些傳統的在工廠中製造的東西，將搬到消費者自家的桌面上，福特式的大規模生産時代，將被個性化定制、“自己動手”設計並製造的創新時代所替代。進而，數以百萬計的發明家和愛好者的集體智慧，將不僅在網路上而且在現實中“噴薄而出”。

　　安德森以此證明自己絕不是“一時衝動”才辭掉工作的。不過，也有業內同仁評價他，只是“一位出色的演講者和煽情大師”，並且非常懷疑，“一個只能製造塑膠玩意兒的3D列印機能對現代工業産生多大的顛覆性影響？”

　　英國《金融時報》的製造業編輯彼得·馬什，應該是克裏斯·安德森的擁躉，他把製造業的新變化上升到了國家競爭層面。2012年他連續撰文出書鼓吹“新工業革命”，並且預測3D列印、機器人、數字製造等工藝一旦在美國和西歐國家生根開花，發達國家就有可能將失去的製造業份額，從中國等新興國家手裏搶回來。

　　他的邏輯頗有説服力。新型製造的特點是個性化“按需定制”,因此生産地點必須靠近使用地點。這樣一來，原來從發達國家轉移到新興國家的製造業將“回流”。一旦3D列印等“智慧製造”開始普及，加上美國能源成本持續降低，那麼中國的“勞動力成本優勢”就不再有從前那樣的競爭力了。

　　數據顯示，2000年發達國家在全球製造業産出中所佔比重高達73%，2011年則下降到54%。2000年中國在全球製造業産出中所佔比重為7%，2011年達到19.8%，從美國頭上搶走了“第一”的桂冠。在此期間，巴西在全球製造業産出中所佔份額從1.7%上升至2.9%；印度從1.2%上升至2.3%，俄羅斯則從0.8%上升至2.3%。

　　在彼得·馬什看來，崇尚技術進步一直是西方發達國家的優勢。在1800年，以中國為核心的經濟體(今天所謂“新興經濟體”)在全球製造業産出中所佔比重高達71%，而西方國家當時僅佔29%。但這一份額主要基於中國的人口優勢。

　　相反，正是因為發明瞭蒸汽機，由此爆發了“第一次工業革命”，西方實現了趕超。截至1900年，中國在全球製造業産出中所佔份額下降至6%，而“新興經濟體”的合計份額則降至13%，西方國家則佔據了剩餘的87%。這一優勢，經過後來的“電氣革命”、“資訊革命”，一直為西方國家所保持。

　　21世紀的“新工業革命”是否會重復“昨天的故事”？彼得·馬什沒有給出明確的結論，但他強調技術領先者一定會從競爭中勝出。

　　一些跡象表明，美國通用電氣、卡特彼勒以及福特等大企業正在覺醒，開始在本土大規模投資先進製造業，而中國以及其他新興經濟體製造業的增長勢頭在2012年已顯露疲態。

　　美國學者傑裏米·裏夫金給“新工業革命”注入了新要素。他更強調網際網路與新能源結合，將對人類生活産生巨大變化。

　　去年，歐盟已經表示要把1.9億幢建築轉化為“微型綠色發電廠”。什麼意思呢？就是在傳統建築的房頂上安裝太陽能設施，在屋前院後裝上風能發電設備，利用地熱供暖，甚至要把廚余垃圾轉化成生物能源。同時，單個家庭可以利用氫存儲技術和智慧電力分配網連為一體，在網路上自由交換能源份額，以達到最大化集約利用。

　　裏夫金來中國訪問時曾表示，中國在可再生能源方面的地位正如沙特在石油産業中的地位一樣，中國每平方米的可再生能源潛力要遠高於大多數國家，因此，應該大力推進所謂的“第三次工業革命”。

　　爭議無處不在。網際網路資深評論人士謝文認為，裏夫金的説法缺乏“可行性分析”，更像是新能源産業週邊遊説機構的二三流腳本，“與近年光能、風能産業盛極而衰、一地雞毛的現實相比，顯得尤其可笑”。

　　有能源行業分析人士表示，像太陽能、風能、水電、生物能這些“新能源”，即便有某些技術進步，但與煤炭、石油等化石能源相比，都應是人類當下能夠實現的同一技術級別的能源利用方式，並沒有更高的技術含量。“它們都只不過是‘採集能源’，而非‘製造能源’”。

　　還有分析稱，真正“革命”式的能源深度開發是核能。從採集食物到生産食物，農耕文明是人類技術躍進的一大步。同樣，從核裂變到核聚變，人類科技深入到微觀粒子層面，從採集千萬年沉積下來的化石資源，到通過分析物質微觀結構和分子運動，掌握其規律，從而“生産能源”，真正實現“再生和永續能源”，這才是人類又一次偉大的跨越式技術進步。

　　由此看來，不論是以3D列印為代表的“新工業革命論”，還是以“能源網際網路”為基點的“第三次工業革命論”，都忽略了核能的潛在意義。

　　中國科學院大學技術創新與戰略管理研究中心主任柳卸林認為，工業革命的發生要看它的資源基礎是不是可持續和大量供給。煤炭、石油以及資訊技術需要的硅資源，都有大規模開採和消費的潛力，而目前“新工業革命”還看不出資源利用背景的變化，所以“不可能在一夜之間到來”。

　　中國會被甩掉嗎

　　不同的研究者從不同的視角定義“新工業革命”。相對而言，中國科學院中國現代化研究中心的研究比較週密。

　　他們對近代以來的科技革命進行了細分：第一次革命是近代物理學的誕生；第二次是蒸汽機和機械革命；第三次是電氣和運輸革命；第四次是相對論和量子力學革命；第五次是電子和資訊科技革命。

　　課題組認為，目前全球都處於“第六次科技革命”的前夜，這將是一次“新生物學和再生革命”。其主要內容涉及生命科學、資訊科學、奈米科學、倣生工程和機器人的結合，資訊轉換器、人格資訊包、兩性智慧人、人體再生和網際網路的結合等。

　　由此，人類將獲得3種新的“生存形式”——網路人、倣生人、再生人。在此基礎上，人類將以新的存在形式，離開地球走向太空，在更廣大的宇宙中創造更高級的文明，從而引發下一次也就是第七次科技革命——“新物理學和時空革命”。

　　課題組負責人何傳啟預測，第六次科技革命將在2020年前後爆發，而第七次科技革命大約在2050年前後開始。

　　“這為中國科技發展提供了難得的機遇，如果我們能夠超前佈局，就可以搶佔制高點，有可能成為‘領頭羊’。相反，如果無所作為，那當然就會坐失良機。”

　　事實上，3D列印技術的深層應用的確與人類“再生工程”有關。

　　顏永年去年年底曾就“生物製造”話題做了一個詳盡報告。他介紹説，目前3D列印技術正試驗“列印”生物體的細胞組織結構，下一步就是要“列印”人體的皮膚、軟骨、肌肉、血管、氣管。這種基於3D列印原理而産生的生物技術，被稱為“細胞三維受控組裝工藝”。

　　這方面，中國的研發進度並不落後。清華大學相關的課題組與醫療機構聯合試驗，用3D列印技術製造動物骨骼支架，“一共做了24條狗，100多只兔子”。

　　作為中國3D列印技術産業聯盟首席顧問，顏永年強調，3D列印使得人體組織和器官的再生手段大大豐富和加強。

　　他認為，20年後人們將弄明白自身器官的運作機理，而用不了50年就能製造出所有的人體器官。人確實有可能成為“造物者”。

　　革命性的創新技術在完全釋放出它的能量之前，往往看不出什麼“先進性”。但因此而缺乏緊迫感甚至跟不上趟的國家，一定會喪失機遇。

　　去年10月，中國3D列印技術産業聯盟成立，與會專家一致認為，3D列印技術作為製造業領域的一次重大技術革命，已經廣泛應用到航空、航太等軍事領域和大型複雜構件的一次成型製造，是傳統製造技術與新材料的完美結合。

　　該聯盟認為，中國在3D列印技術的核心領域已經與美國、以色列等國際巨頭“基本處於同一水準”，但是，在材料和軟體開發、裝備等方面還有一定的差距，還需要引起政府主管部門的重視，並在重大技術專項等方面給予扶持。

　　北京航空航太大學材料學院王華明教授被推舉為聯盟首任理事長。他所研發的“高性能金屬構件直接製造技術”，屬於3D列印的高端工業級應用。

　　與那些“列印”出來的塑膠玩具不同，王華明的技術利用鐳射束，對粉末或絲材進行逐層熔化、快速凝固、逐層堆積，能夠直接製造出強度足夠高的金屬零部件。

　　舉例而言，在高端製造領域，像F22猛禽戰鬥機和波音787大客機都需要鈦合金結構件，如採用傳統鍛造和機械加工工藝，既耗時又費力，還需要數萬噸級重型液壓鍛造裝備進行加工，材料利用率通常不足10%。但應用3D列印就不同了。

　　中國正在研發的C919大型客機，其機頭工程樣件就需要鈦合金主風擋窗框。該部件從歐洲訂購需要兩年，每個部件的鍛造僅模具費就要50萬美元。而採用王華明的鐳射直接製造技術，從製造零件到裝上飛機僅用了55天，零件費用還不到其模具費的五分之一。

　　業內人士稱，王華明的3D列印技術具有材料利用率高、加工量小、柔性高效等優點，在高端工業製造領域是個“革命性”突破，目前美國等發達國家也不掌握其中的關鍵技術。

　　王華明對於民用級別的低端3D列印能否廣泛應用持保留態度。“真正的一把小小的金屬材料手槍，根本不需要3D列印，因為‘列印’出的手槍金屬零件精度達不到要求、成本還高、速度也不快。用傳統機床去加工這些手槍的簡單金屬小零件，既不費料、也不費時，不僅速度快、精度高，而且成本低。”他舉例説。

　　同時，他也不認為3D列印技術能與“第三次工業革命”畫等號，應該説這只是新工業革命的一個重要元素。

　　畢竟，3D列印的産值在全球製造業中所佔份額仍然微不足道。2011年，全球3D列印市場規模為17.1億美元，僅佔世界製造業總産出的0.02%。

　　下一個失敗者是誰

　　不論裏夫金的觀點多麼引人爭議，他有一句話至少説對了：“危機，既是變革的背景，也是變革的動力。”

　　2008年金融危機後，有關新技術革命的各種説法越來越多，這本身就反映了全球經濟所面臨的深刻危機和巨大壓力。

　　經濟學家李才元認為，與其叫“新工業革命”，不如稱為“新實業革命”，因為下一輪技術升級的背景和基本動力，主要在於二戰後幾十年來世界經濟體系越發“泡沫化”，大宗商品、房地産等資源泡沫已經把實業淹沒了，製造業被高房價、高稅收、高利息、高路費等“攔路虎”層層盤剝，如果沒有新技術革命，金融危機後全球分工體系的“結構失調”會惡化，“很可能會倒掉”。

　　他表示，對中國經濟而言，抓住新技術革命“戰略機遇期”，從一個追趕者變成引領者，至少要同發達國家齊頭並進，這是一切國家規劃和戰略設計的前提和基礎，“這既是出路也是希望，沒有真正的技術革命，怎麼實現最美的‘中國夢’？”

　　從英國開創“第一次工業革命”開始，強國的崛起必須與技術革命捆綁前行，歷史上不存在技術上落後還能自稱強大的國家。比如，即便已經被人超越，英國的工業畢竟還保留了羅爾斯-羅伊斯公司——世界上最先進的航空發動機公司，這可看做“英國製造”的看家狗。

　　同樣，每一次新技術革命的孕育期，都給後發展國家提供了“彎道超車”的歷史機會。今天，有關“新工業革命”的所有爭論，都可看做是新一屆“全球經濟奧運會”的發令槍。在核能、智慧網際網路、物聯網、生物工程、先進製造以及航太、海洋等具有戰略意義的新技術“跑道”上，中國必須全力參賽。

　　在何傳啟主編的《第六次科技革命的戰略機遇》一書中，有這樣兩段話令人深思：“在過去50多年裏，中國有世界最大規模的科技發展計劃，但沒有具有世界影響的科學突破和技術發明，沒有獲得諾貝爾科學獎”；“中國現行科技體制，在應對第五次科技革命時，績效並不理想。那麼，它能保證中國抓住第六次科技革命的機遇嗎？”

　　目前，投身於3D列印行業的國內企業並不少，但多數公司都聚集在設備應用領域。據業內人士反映，3D列印的産業鏈很長，材料、高精度噴頭、數控設計等幾項基礎性“共性技術”，仍然需要從國外採購，而單個企業往往無法靠自己的力量突破這些技術“瓶頸”。

　　事實上，中國製造業進行産業升級的主要難點就在這裡：國內企業習慣於從國外引進技術，或者參照已有的技術路線進行開發，以“規模追趕”來確立自己的優勢。但這種過於重視短期效應、急於求成的心態，往往使得中國企業“永遠處於追趕當中”，因為“當你追上的時候，人家已經踏上另一個賽道了”。

　　面對“新工業革命”的挑戰，真正的成功者必須有進行“顛覆性技術研究”，並快速實現産業化的能力，而失敗者一定是那個“低著頭只會跟跑的”。

　　有專家建議，中國政府和企業必須設立專門的機構和公司，“對未來産業進行深入研究”，以發現、註冊高新技術專利，先期佔領未來産業發展制高點為使命。而有關的金融機構，也有責任對前瞻性的新興技術尤其是基礎研究，加大投資力度。

　　柳卸林認為，中央政府應對全國産業有核心輻射能力的領域進行支援，尤其是需要大量基礎研究的領域，如整合電路、大飛機、航太等；地方政府扮演的是接力棒的角色，它不做基礎研究，但可以把科研院所、大學的一些技術成果介紹出去，讓企業家來作判斷。“我國要建立一種互動的機制，包括中央與地方的互動，科學與産業的互動。”

　　“政府的錢不但要投資新技術，政府部門尤其是政府採購，還要成為新技術、新産品的試驗場。”李才元認為，在目前全球技術競爭格外激烈的局面下，政府必須主動扮演好“新市場培育者和孵化者”的角色。

　　同時，要在大學科研機構建立“伯樂體制”，篩選出真正有競爭力的“技術千里馬”；還要在金融市場推進“科技金融”的主導戰略。只有這樣，新産業才能在市場、人才、資金三個方面得到最有力的支援。

　　他説：“有了源頭活水，新技術才能破繭而出。”

[責任編輯： 王君飛]