制造业的未来：十一项先进技术你了解多少？

添加剂制造，俗称3D打印，已经成为新一轮工业革命的旗帜......

添加剂制造，俗称3D打印，已经成为新一轮工业革命的旗帜。这显然与过去不同。专业人士和爱好者可以使用它，它有“星际迷航”的性感色彩。一层又一层，就像从无到有，奇迹般地完成了。还记得企业号飞船上的复制器吗？

然而，额外材料的制造只是一系列新兴技术中的一种，这些技术预计将在未来几年给许多东西的制造方法带来重大变化。甚至附加材料的制造也不限于3D打印。一种叫做“冷喷涂”的新兴工艺是通过喷嘴喷射金属颗粒。由于速度快，这些粒子会相互结合形成形状。通过精确控制喷嘴，机器操作员可以生产出齿轮等三维金属物体，就像用3D打印机打印一样。物体就像喷涂的画，即使是用不寻常的金属如钛。

还有什么？奥巴马总统发起的先进制造伙伴关系展望未来。该组织留出了11个技术领域，认为这些领域将在决定制造业竞争力方面发挥关键作用，应该成为国家研发行动的重点。

以下是对委员会的一些亮点的简要介绍:

传感、测量和过程控制

几乎所有的先进制造技术都有一个共同点:它们都是由处理大量数据的计算机驱动的。这就是为什么捕捉和记录数据的东西如此重要，比如监控湿度的传感器、确定位置的全球定位系统跟踪器、测量材料厚度的卡尺等等。这些设备不仅越来越多地用于智能手机的智能，还使得制造智能、灵活、可靠和高效的技术成为可能。在现代工厂中，传感器不仅有助于引导日益敏感的机器，还能提供管理整个工厂运行所需的信息。产品可以从出生到交付，在某些情况下，在交付后进行跟踪。在此过程中，一旦出现问题，例如喷漆室的湿度不适合喷涂时，传感器会检测到问题，并向机器操作员甚至工厂经理的手机发送报警信号。

材料设计、合成和加工

新机器需要新材料，这将使制造新机器成为可能。随着将材料细分为原子或分子水平的进展，涂层、复合材料和其他材料的发展正在加速，这些材料只需很少或不需要很长的实验室步骤就可以操作。借鉴人类基因组计划获得的广泛认可的成功，美国*机构(如能源部)去年启动了材料基因组计划，目标是将识别新材料并将其推向市场所需的时间减少一半。当前的过程可能需要几十年。例如，锂离子电池技术最初是由埃克森公司的一名员工在20世纪70年代提出的，但直到20世纪90年代才商业化。这项计划中涉及的部分工作是与分散在世界各地对外界充耳不闻的研究人员分享创造力和创新。

数字制造技术

多年来，工程师和设计师一直在使用计算机辅助建模工具，不仅用于设计产品，还用于测试、修正和数字化改进产品，通常省略更昂贵和耗时的物理检查过程。云计算和低成本3D扫描仪(现在用iPhone可以进行简单的3D扫描)正在将这些方法从尖端实验室转移到主流，以便企业家可以使用它们。欧特克创造了一套免费的全功能计算机辅助设计软件“123设计”。汽车制造商曾经需要使用大型计算机来做个人可以用这个软件做的事情。

可持续制造

即使这个目标不容易实现，也很容易理解，即在生产中最大限度地利用每一点材料和每一焦耳能量，尽可能地减少浪费。节能制造是关键领域之一。例如，制造工程师经常谈论“无光”工厂的潜力，因为它们基本上是由机器人或其他机器操作的，所以它们在黑暗中连续运作，不需要加热或冷却。随着规模更小、自动化程度更高的当地工厂变得越来越普遍，再制造和回收可能变得越来越重要，当地供应的材料将受到更多关注。

纳米制造

一纳米等于十亿分之一米，所以纳米制造意味着能够在分子甚至原子水平上操控材料。预计纳米材料将在未来高效太阳能电池板和电池的生产过程中发挥作用，甚至在基于生态系统的医疗应用中发挥作用。例如，在体内放置传感器可以告诉医生癌症已经消失。未来几代的电子和计算设备也可能严重依赖纳米制造。

由柔性电子器件制成

例如，一台坐在上面时会弯曲的平板电脑，与体温相关，并在你需要的时候提供冷藏衣物。这些灵活的技术已经走向主流，预计将定义下一代消费和计算设备，成为未来10年增长最快的产品类别之一。然而，这需要极其先进的制造技术。

生物制造

该领域使用生物有机体或生物有机体的一部分来人工生产产品，例如开发药物和复合药物。(奶酪的产量不算。但是它可以用于许多领域，例如提高能源效率和创造纳米制造的新方法。

增加材料制造

3D打印机不仅希望在只有一个输出时实现高质量，还希望为全新的设计、材料结构和材料组合创造条件。能够打印1000多种材料(硬塑料、软塑料、陶瓷、金属等)的打印机。)已经开发出来了。一家德国制造商开发了一种一层一层堆叠木浆的工艺。迭戈的一家公司Organovo正在通过3D打印来打印人体组织用于实验。目前，一些打印机可以叠加多种材料，还可以将内置传感器和电路编织到智能元件中，如助听器或运动传感手套。市场上甚至有一种叫做“复制器”的东西。这是一个由英国公司赛博曼科技开发的系统。首先，将基本形状堆积起来，然后用机器将粗糙的物体打磨成精确的抛光成品。

工业机器人

工业机器人可以一周七天，一天24小时工作，具有可重复性和更高的精度，时间精确到百分之几秒，在太空中肉眼看不见。他们准确地报告进度，并在测试效率时做出改进。如果安装了先进的传感系统，它们将变得更加灵巧。(他们也很少抱怨。)随着机器人变得越来越普遍，它们的经济也在改善:根据麦肯锡全球研究所的一份报告，自1990年以来，与劳动力相比，机器人相关的成本下降了50%。此外，随着生物技术和纳米技术的进步，预计机器人将能够做越来越多的精细事情，如药物加工和完整人体器官的培育。

先进的成形和连接技术

目前，大多数机器制造过程基本上依赖于传统技术，尤其是那些针对金属的技术，例如铸造、锻造、加工和焊接。然而，专家认为，在这一领域进行创新的时机已经成熟。新方法可以用来连接更多种类的材料，同时提高能源和资源效率。例如，冷成形技术可以作为修复技术或先进的焊接技术发挥重要作用。