韋旭剛：4個(gè)小故事講述人類制造簡(jiǎn)史

作者：南極熊3D打印智庫成員  韋旭剛

本文共計(jì)4300多字，大概需要閱讀6-8分鐘。

人類掌握了語言文字，從此與其他動(dòng)物有了顯著區(qū)別。
人類掌握了制造技術(shù)，從此成為萬物主宰，地球霸主。

數(shù)萬年，乃至數(shù)十萬、數(shù)百萬年的人類發(fā)展歷史過程中，人類關(guān)于制造技術(shù)又產(chǎn)生了哪些有趣的歷史呢？那些標(biāo)志性事件又意味著什么呢？

本文嘗試用簡(jiǎn)短的文字記錄漫長的人類制造歷史，故名制造簡(jiǎn)史。

一、制造石器，漫長進(jìn)化很不簡(jiǎn)單。

時(shí)間：約1萬年以前的一個(gè)白天
坐標(biāo)：今非洲東岸某區(qū)域

七個(gè)智人正安靜的埋伏在草叢里、大樹后、石塊下，緊張的等待著獵物慢慢進(jìn)入。這些智人今天運(yùn)氣不好，狩獵一天了還沒有逮到獵物。正當(dāng)他們灰心喪氣的時(shí)候，忽然發(fā)現(xiàn)一只落單的大象遠(yuǎn)遠(yuǎn)的向他們走了過來。于是他們迅速算計(jì)好埋伏區(qū)域，準(zhǔn)備捕獵這只大象。雖然大象不是他們很合適的獵物，但是現(xiàn)在也管不了那么多了，哪怕有死傷也要拼死一搏了。

智人之所以敢與大象硬鋼，是因?yàn)樗麄円呀?jīng)會(huì)制造鋒利、結(jié)實(shí)的石器作為狩獵武器，那些尖銳的木頭武器更是不在話下。同時(shí)，智人們已經(jīng)形成了強(qiáng)悍的團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)模式，靠著這些原始的裝備，多少兇猛的野獸都成為了智人們的盤中餐。

狩獵的過程是刺激又血腥的，這只迷途大象雖然拼命想逃，奈何七個(gè)智人都是戰(zhàn)斗經(jīng)驗(yàn)豐富的獵人，等待大象命運(yùn)的只能是死亡。七個(gè)智人都掛了彩，還有2個(gè)受傷特別嚴(yán)重。

這樣的情節(jié)，假如你看過電影《史前一萬年》、《軒轅大帝》等，可能會(huì)有更直觀的了解。

這時(shí)的人類還處于石器時(shí)代，已經(jīng)可以制造數(shù)十種石器了，盡管費(fèi)時(shí)費(fèi)力，好歹已經(jīng)掌握了一點(diǎn)制造技能。各個(gè)部落之間的競(jìng)爭(zhēng)，就看誰的石器制造水平更高、更硬、更銳。

△古代人制造的石器（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

那時(shí)那刻，石器制造就代表了最高端的制造業(yè)。制造水平差的部落，就只能靠人數(shù)、組織能力、天意等求生存。

制造石器這么一個(gè)看上去很簡(jiǎn)單的事情，卻花費(fèi)了人類200多萬年的時(shí)間，前后經(jīng)歷了舊石器、中石器、新石器三個(gè)漫長的時(shí)代。當(dāng)然，石器時(shí)代，稱其為制造技術(shù)，講真，還是有點(diǎn)勉強(qiáng)的。

在新石器時(shí)代，人類還逐漸掌握了農(nóng)業(yè)種植、家畜飼養(yǎng)、陶瓷制造等。隨著這些技能樹被點(diǎn)亮，人類征服大自然的能力也在日積月累，也逐漸從普通動(dòng)物屬性脫離，進(jìn)化為有想法、有紀(jì)律的高級(jí)群居動(dòng)物。

也許在老虎、獅子、豹子這些猛獸看來，人也只不過是一個(gè)獵物而已，但是這些猛獸也知道，人不是那么好惹的。

終于有一天，人類偶然掌握了冶金技術(shù)，才磕磕絆絆的進(jìn)入到了制造金屬器件的時(shí)代。于是，人類前進(jìn)的步伐開始慢慢加速了。

二、紅銅青銅，等材制造金屬冶煉。

時(shí)間：約公元前3000年
坐標(biāo)：今中東伊拉克區(qū)域

在雄偉的巴比倫城堡外5公里處，駐扎著一支大軍，軍營很大，占地近萬畝，數(shù)萬大軍在此操練。在軍營東北角處，分布著一個(gè)兵工廠，幾百個(gè)壯漢夜以繼日的在制造兵器。具體的說，他們?cè)谝睙捯环N紅銅（天然銅），將其制造成銅制武器，變?yōu)楣虐捅葌惖蹏鴮?duì)外擴(kuò)張的殺手锏。

因?yàn)樽钤缯莆樟思t銅的制造技術(shù)，巴比倫的銅師傅、能工巧匠們制造出了更長、更復(fù)雜、更尖銳的兵器，大大領(lǐng)先于石器部落。于是，憑著武器代差的優(yōu)勢(shì)，古巴比倫國王帶領(lǐng)軍隊(duì)四處征伐，版圖不斷擴(kuò)大，逐漸成為一個(gè)日益興盛的龐大帝國。

當(dāng)其他國家逐步掌握了紅銅制造技術(shù)，古巴比倫帝國又將制造技術(shù)升級(jí)換代到青銅時(shí)代，繼而又掌握了鐵器制造技術(shù)，繼續(xù)保持對(duì)其他國家的技術(shù)碾壓，維持著其輝煌的地位。

公元前2000年左右，華夏大地上的青銅器制造技術(shù)也已經(jīng)爐火純青了。對(duì)了，“爐火純青”這個(gè)成語說的就是青銅合金的冶煉過程。當(dāng)冶煉爐里的火焰變成青色了，說明青銅合金里面的雜質(zhì)全部揮發(fā)完畢，一個(gè)完美的青銅器就可以出爐了。

△司母戊大方鼎（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

我們經(jīng)常所說的司母戊大方鼎就是殷商時(shí)期制造的，是現(xiàn)在發(fā)掘出來的古代最重的青銅器，達(dá)830多公斤。既高大威猛，又精巧絕倫，代表了青銅制造技術(shù)的極高水平。按現(xiàn)在的說法，這樣的鎮(zhèn)國神器，只能是由國家級(jí)的制造機(jī)構(gòu)才能搞定。

從制造過程所需要的材料是否增減來定義，今天的專家學(xué)者把古人的冶金制造技術(shù)概況為等材制造�？偟膩碚f，人類的等材制造技術(shù)已經(jīng)存在了6000年—7000年。

這一時(shí)期，冶金鑄造技術(shù)還是標(biāo)準(zhǔn)的手工勞動(dòng)，是打鐵匠們、能工巧匠們甩開膀臂，哼哧哼哧、乒乒哐哐敲打出一件件金屬器件，成為人類改造大自然的利器，也扮演著改朝換代的殺器。

冷兵器時(shí)代的刀光劍影，留下了多少茶余飯后的談資，人類文明史就這樣隨著金屬制造水平的提升而降臨、沉淪、升華，螺旋式前進(jìn)。

毛主席對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展通過極富詩意的語言做過描述，寫成了一首詞，叫做《賀新郎 讀史》。

人猿相揖別。
只幾個(gè)石頭磨過，小兒時(shí)節(jié)。
銅鐵爐中翻火焰，為問何時(shí)猜得？
不過幾千寒熱。
人世難逢開口笑，上疆場(chǎng)彼此彎弓月。
流遍了，郊原血。
一篇讀罷頭飛雪，但記得斑斑點(diǎn)點(diǎn)，幾行陳跡。
五帝三皇神圣事，騙了無涯過客。
有多少風(fēng)流人物？
盜跖莊蹻流譽(yù)后，更陳王奮起揮黃鉞。
歌未竟，東方白。

也只有像毛主席這樣的大政治家、大軍事家、大思想家、大文學(xué)家，才能用如此濃縮、簡(jiǎn)潔的文字把幾百萬年的人類史，通過短短135個(gè)字概括出來！

相比漫長的200多萬年的石器時(shí)代，有了金屬制造技術(shù)的加持，人類社會(huì)自身的發(fā)展僅僅經(jīng)過數(shù)千年，就已經(jīng)把自己的活動(dòng)半徑無限擴(kuò)大，勢(shì)不可擋。這一時(shí)期，人類也從高級(jí)動(dòng)物進(jìn)化為具有文明史可以記載的新物種。

三、工業(yè)革命，減材制造登峰造極。

時(shí)間：18世紀(jì)
坐標(biāo)：英國

1764年的一天，天陰沉沉的，英國的紡織工詹姆斯·哈格里夫斯的心情有點(diǎn)糟。因?yàn)楣�廠的紡紗機(jī)不僅慢，還容易出錯(cuò)，他已經(jīng)被老板威廉怒罵了好多次。

哈格里夫斯忙碌了一天，終于把事情都理順了，天色已晚，他拖著疲憊的身體往家里趕。家里的光線比較暗，哈格里夫斯開門后不小心一腳踢翻了他妻子正在使用的紡紗機(jī)，他趕緊想要把紡紗機(jī)扶正。但是當(dāng)他彎下腰來的時(shí)候，卻突然愣住了，原來他看到那個(gè)被踢倒的紡紗機(jī)還在轉(zhuǎn)，只是原先橫著的紗錠變成直立的了。

作為一個(gè)勤于思考的紡織工程師，他的靈感霎時(shí)涌現(xiàn)出來：如果把幾個(gè)紗錠都豎著排列，用一個(gè)紡輪帶動(dòng)，不就可以一下子紡出更多的紗了嗎？

哈格里夫斯非常興奮，馬上動(dòng)手開干。第二天，他就制造出用一個(gè)紡輪帶動(dòng)八個(gè)豎直紗錠的新紡紗機(jī)，效率一下子提高了八倍。他激動(dòng)又興奮的拉著妻子跳起了英格蘭舞蹈來，他知道，憑著這個(gè)機(jī)器，他的家庭會(huì)很快富裕起來。

△圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

女兒珍妮在一邊靜靜的看著爸爸媽媽又蹦又跳，有點(diǎn)懵逼。哈格里夫斯一把抱起女兒，親了她一下，叫喊著：“我看，我們就把這臺(tái)機(jī)器叫作珍妮紡紗機(jī)，對(duì)，珍妮機(jī)，這真是太棒了！”

珍妮機(jī)是一臺(tái)真正意義上的機(jī)器，雖然仍然是人力手搖的紡紗機(jī)，但是它的紡紗能力提高了8倍，迅速碾壓了傳統(tǒng)的手工業(yè)紡車，成為第一次工業(yè)革命的開端。

△瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

當(dāng)時(shí)間推進(jìn)到1776年，英國發(fā)明家瓦特，終于制造出了第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的蒸汽機(jī)。此后經(jīng)過持續(xù)的改進(jìn)，新型蒸汽機(jī)成為萬能的原動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，人類由此進(jìn)入了機(jī)器大工業(yè)時(shí)代。

當(dāng)科技發(fā)明的大門被打開后，當(dāng)人類敢于想象、腦洞大開后，就再也沒有什么力量可以阻擋人類的前進(jìn)步伐了。于是，第二次工業(yè)革命、第三次工業(yè)革命相繼引爆，比上一次更加猛烈，耗時(shí)更短，變革更大。

但是，從制造原材料增減的角度來說，不管這300來年的科技變化多么巨大，仍然被歸類到減材制造，存在著很大的材料浪費(fèi)。一些領(lǐng)域的產(chǎn)品，材料浪費(fèi)甚至高達(dá)80%以上。減材制造技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)到了登峰造極的地步，也到了人類重新尋找新玩法的臨界點(diǎn)了。

如今，第四次工業(yè)革命已經(jīng)剛剛?cè)腴T，人類早已經(jīng)不滿足于稱霸地球，不滿足于遨游太空，而是希望成為宇宙萬物的改造者、主宰者�？傊�，人類想要自己封神。


四、從無到有，增材制造三十而立。

時(shí)間：1983年
坐標(biāo)：美國

工程師出身的查爾斯·胡爾已經(jīng)44歲了，他在紫外線設(shè)備生產(chǎn)商UVP公司做技術(shù)副總裁。公司除了設(shè)備生產(chǎn)，還做一些服務(wù)，就是利用紫外光來硬化家具和紙制品表面的涂層。

技術(shù)原理很簡(jiǎn)單，就是液態(tài)的光敏樹脂一碰到紫外線就變成固體。

胡爾每天的工作就是擺弄各種各樣的紫外線燈，把液態(tài)樹脂變?yōu)楣腆w。對(duì)大部分人來說，這樣的工作很單調(diào)，也很無聊，貌似沒有多少技術(shù)含量。

但是，謙虛又勤奮的胡爾依然那么敬業(yè)，對(duì)這樣的神奇過程像初戀般充滿熱情。有一天，胡爾看著液態(tài)樹脂固化的過程，突然，他冒出一個(gè)大膽的想法：如果能夠讓紫外線一層一層地照射光敏樹脂的表面，使其一層一層地變?yōu)楣腆w，由點(diǎn)到線，再由線到面，然后再將成百上千的薄層疊加在一起，那不就可以制造出任何三維物體了嗎？

胡爾為自己的這個(gè)idea激動(dòng)起來，作為工程師的他，立馬行動(dòng)起來。在實(shí)驗(yàn)室里反復(fù)試驗(yàn)幾個(gè)月后，胡爾終于成功的制造出了樣機(jī)，并且制造出了第一件3D打印物品。他成功了！

1984年8月，以胡爾為發(fā)明人，UVP公司申請(qǐng)了世界上第一件SLA專利，這是全球最早的3D打印專利。1986年3月11日，胡爾正式獲得專利授權(quán)。

1986年，由于原公司沒能力、沒意愿支持這個(gè)新技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)，胡爾離職，創(chuàng)立了3D Systems公司，致力于將自己的發(fā)明技術(shù)商業(yè)化。

1988年，3D Systems推出第一臺(tái)商業(yè)設(shè)備SLA-250，該設(shè)備的面世成為了3D打印技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑事件，光固化快速成型技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了迅速而廣泛的應(yīng)用。

早期的產(chǎn)品總是顯得大而笨，今天的一臺(tái)3D打印機(jī)，尺寸比它小很多，性能和功能可以超越它幾百倍以上。想想從早期的計(jì)算機(jī)到如今的智能手機(jī)，也就短短幾十年的變化。

要說明的是，世界這么大，一門技術(shù)的源頭可能有多個(gè)來源。胡爾其實(shí)并不是光固化技術(shù)最早的研究人員。

早在1977年，美國的Swainson教授提出使用射線來引發(fā)材料相變，制造三維物體。但是由于資金問題，該項(xiàng)目于1980年終止。同時(shí)，其他實(shí)驗(yàn)室也在開展類似的研究，不過最后都不了了之。

胡爾最終能夠成為全球3D打印之父，并進(jìn)入美國發(fā)明家名人堂，有人生際遇的因素，更主要的是他創(chuàng)立的公司一直傲立潮頭，成為全球3D打印產(chǎn)業(yè)的巨頭公司。

在早期階段，這類技術(shù)的名稱還比較多，比如：快速原型制造，三維打印，實(shí)體自由制造等等。

經(jīng)過30多年的進(jìn)化，專家們根據(jù)它的制造材料是逐漸增加，產(chǎn)品成形是從無到有，從0到1的過程，將該類技術(shù)統(tǒng)一稱為“增材制造”，俗稱“3D打印”。

時(shí)間到了2019年，增材制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了36年，和早期相比，已經(jīng)進(jìn)步了何止百倍。增材制造技術(shù)早已經(jīng)廣泛深入的應(yīng)用于各行各業(yè)，開始了大規(guī)模的定制化生產(chǎn)制造歷程，它已經(jīng)成為人類第四次工業(yè)革命的核心技術(shù)之一。

如果說數(shù)字化的信息技術(shù)經(jīng)過幾十年的迭代發(fā)展，孕育出了偉大的互聯(lián)網(wǎng)科技時(shí)代，衍生出大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、VR等科技，那么，數(shù)字化的增材制造技術(shù)，正在讓人類擺脫束縛，想我所想，造我所造，如夢(mèng)如幻，正在對(duì)12萬億美元規(guī)模的全球制造業(yè)帶來革命性的沖擊。

未來幾十年，我們將切身經(jīng)歷第四次工業(yè)革命，見證增材制造技術(shù)的偉大變革，人類有望從必然王國走向自由王國。

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