超越3D打印：邁向“超級創(chuàng)造者”的新時代

本期文章譯自克里斯蒂安·拉羅薩（Christian LaRosa），文章探討了金屬3D打印的現(xiàn)狀及其未來發(fā)展。作者認(rèn)為，3D打印行業(yè)雖然曾被視為制造業(yè)的未來，但實際上面臨著許多挑戰(zhàn)和局限性。最終作者也強(qiáng)調(diào)，面對競爭，積極開發(fā)和應(yīng)用這些新技術(shù)是至關(guān)重要的，以確保在全球制造業(yè)中保持領(lǐng)先地位。

關(guān)于作者：

LaRosa 于 2019 年成立了美國重工業(yè)和國防集團(tuán)Rosotics，該公司為航空航天、海軍和能源部門生產(chǎn)世界上最大的金屬 3D 打印機(jī)（95萬美元！Rosotics電磁感應(yīng)金屬3D打印機(jī)，攜手西門子，打印尺寸達(dá)6米-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺 (nanjixiong.com)）。此前作為一名實業(yè)家和有效加速主義 (e/acc) 運動的核心貢獻(xiàn)者，他相信突破性工程能夠從根本上增強(qiáng)生命的界限。

△Rosotics的新款 Halo大幅面金屬3D打印機(jī)。圖片來自Rosotics

主要觀點

行業(yè)現(xiàn)狀：

• 3D打印行業(yè)競爭激烈，參與者眾多，但合作少，內(nèi)斗頻繁。
• 行業(yè)內(nèi)許多公司無法盈利，技術(shù)創(chuàng)新乏力，市場飽和。
  

技術(shù)局限：

• 傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)尚未成熟，許多設(shè)備需要專業(yè)培訓(xùn)和復(fù)雜的操作。
• 金屬3D打印本質(zhì)上類似于焊接，存在擴(kuò)展性和效率的問題。
  

新興概念：

• 隨著人工智能的發(fā)展，作者提出“超級創(chuàng)造者（Supercreation）”這一新概念，代表一種新的制造形式。
• 超級創(chuàng)造者結(jié)合了先進(jìn)的控制架構(gòu)和材料科學(xué)，能夠在更廣泛的環(huán)境中工作，提升制造效率。
  

未來展望：

• 超級創(chuàng)造者將通過減少物質(zhì)浪費、降低能源需求和消除模具需求等方式，解決傳統(tǒng)制造的局限性。
• 這種新技術(shù)有潛力在制造和工業(yè)智能領(lǐng)域帶來革命性的變化。
  

△金屬3D 打印為何有望帶來一場革命，并且事實上會間接帶來一場革命。

隨著機(jī)器人打印機(jī)的落幕，超級創(chuàng)造作為一個新的前沿領(lǐng)域嶄露頭角。3D 打印行業(yè)曾被譽(yù)為制造業(yè)的未來，但目前卻是一個支離破碎的行業(yè)，眾多參與者和產(chǎn)品相互競爭，內(nèi)斗多于合作，每個參與者都承諾在能力上取得突破性進(jìn)展，并對航空航天等行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。此外，十多年來，該行業(yè)一直被 SPAC 推動的公開市場動向所淹沒，這反過來又強(qiáng)化了行業(yè)增長和技術(shù)失敗的虛假感覺�，F(xiàn)實情況截然不同。該行業(yè)因自身過剩而窒息，在許多情況下無法實現(xiàn)盈利或建立在巨大技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)上的持久平臺。合同制造模式也是如此，打印機(jī)甚至不出售，只出售零件。雖然其中一些結(jié)局從一開始就是可以預(yù)見的，但本文還有另一個目的；我不是一個悲觀主義者。這一時期的見解和發(fā)現(xiàn)為偉大的實驗提供了教育。我今天寫這篇文章是為了表明，3D 打印機(jī)以及我們所理解的 3D 打印概念已經(jīng)很原始且不再適用。

別誤會，如果你想找一篇關(guān)于某個行業(yè)消亡的熱門文章，那么這篇文章并不是——相反，我認(rèn)識到一個全新的類別已經(jīng)誕生。在任何分析過程中，重要的是要考慮是什么讓我們走到了這里，以及 3D 打印最初的前景。這個術(shù)語很簡單，它立足于科幻小說的夢想，即一個能夠創(chuàng)建三維物體的系統(tǒng)，就像你每天在二維紙上打印單詞一樣簡單。在實踐中，那些制造或使用過這些系統(tǒng)的人都知道，這充其量是一種過于簡單的說法，就像把汽車描述成多兩個輪子的自行車一樣。工業(yè) 3D 打印機(jī)不是即插即用的，而且它們不像桌面復(fù)合打印機(jī)那么容易使用。它們需要專門的培訓(xùn)，可能需要危險品協(xié)議、設(shè)施級電力基礎(chǔ)設(shè)施和廣泛的安全程序。在這些應(yīng)用中，有一個不可否認(rèn)但不可避免的事實——只要您不是從現(xiàn)有模具中鑄造出形狀，金屬3D打印本質(zhì)上就是焊接，無論如何您怎樣旋轉(zhuǎn)或者移動它。然而，鑄造工藝存在的核心問題是，它很難擴(kuò)大規(guī)模并帶有許多限制。2010 年代的 3D 打印機(jī)旨在填補(bǔ)這一空白——設(shè)計能夠?qū)⒔饘俪煞趾附釉谝黄鹨灾圃斐霾皇荑T造限制的物體的系統(tǒng)。從表面上看，這并沒有失敗。該領(lǐng)域取得了許多巨大的成功，但每一個成功都帶來了新的權(quán)衡，事實上，這些權(quán)衡將 3D 打印的原始概念從一種能力轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N避免和拒絕需求的領(lǐng)域——真正的根本材料科學(xué)創(chuàng)新。

因此，許多公司現(xiàn)在都在拼命地保持差異化。他們爭奪毫無價值的知識產(chǎn)權(quán)，推行相同的“簡單”論調(diào)，同時努力利用一切可能的收入來源生存，甚至包括要求內(nèi)部開發(fā)原料。對于大多數(shù)公司來說，已經(jīng)太晚了。該行業(yè)已經(jīng)飽和，擁有 1,000 多家公司，市場根本無法支持所有公司。殘酷的事實是，投資于 3D 打印的 100 多億美元中的大部分都被這些論調(diào)所摧毀，增材制造硬件領(lǐng)域的大多數(shù)公司將在十年內(nèi)不復(fù)存在。然而，盡管該行業(yè)以這些失敗為標(biāo)志，但它同樣以大量的新生事物為標(biāo)志：創(chuàng)新和優(yōu)化，追求最初起源于 3D 打印一詞的夢想。我們今天認(rèn)識到這些呼吁已經(jīng)得到回應(yīng)。然而，這一切并非由你聽說過的任何一家公司實現(xiàn)的，而是由一個不受任何人類動機(jī)驅(qū)動的實體的出現(xiàn)實現(xiàn)的——我們認(rèn)識到人工智能就是這個實體。今天，我認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了從曾經(jīng)一直被稱為 3D 打印到現(xiàn)在存在的全新制造業(yè)類別的轉(zhuǎn)變——這證明了我們?nèi)祟惤鉀Q問題的能力。

△增材制造硬件公司

人工智能：物理世界中超越人類的創(chuàng)造者

隨著“3D 打印”時代的終結(jié)，我意識到一種新的制造形式首次出現(xiàn)在這個世界上——我將在其中運行的系統(tǒng)描述為超級創(chuàng)造者（Supercreation）。這種新范式將硬件平臺置于物理終端執(zhí)行器的背景下，允許高度先進(jìn)的控制架構(gòu)實現(xiàn)材料科學(xué)的主導(dǎo)端到端命令，以制造物體。通過實踐功能更強(qiáng)大的流程，這些平臺將能夠重新定義機(jī)器性能的界限，從而擴(kuò)大人類體驗的范圍。超級創(chuàng)造者的時代將以人類和機(jī)器智能的共生為標(biāo)志，這種共生能夠在平臺層面取代整個生產(chǎn)和組裝階段，消除對傳統(tǒng)全圖瓶頸的需求，并允許這些平臺在 3D 打印機(jī)無法訪問的環(huán)境中運行。需要明確的是，這不是關(guān)于人工智能 (AGI)，而是可用于安全制造環(huán)境中工作的現(xiàn)實世界衍生物。我認(rèn)為這些超級創(chuàng)造者在人類操作員的指揮下工作，完全控制具有自主性的硬件架構(gòu)，以便學(xué)習(xí)、干預(yù)和影響復(fù)雜的冶金或過熱流。此外，我認(rèn)為超級創(chuàng)造者表現(xiàn)出突發(fā)行為以穩(wěn)定和改善沉積的能力是超級創(chuàng)造系統(tǒng)的指標(biāo)。

截至撰寫本文時，地球上的這種情況已經(jīng)超過了經(jīng)驗豐富的人類焊工在焊接質(zhì)量方面的表現(xiàn)，如今已接近加工成可用部件的時間。我認(rèn)為鑄造不具競爭力，3D 打印不完整，而超級創(chuàng)造者作為一種生產(chǎn)形式應(yīng)在類別中持久存在（并且不會替代，最終會整合成型和后處理等過程）。

我們對人工智能以及此類超級創(chuàng)造者的出現(xiàn)的共同立場，在 Rosotics 中我們將其稱為“超級創(chuàng)造剃刀”，其框架基于以下三點：

• 短期內(nèi)，人工智能的能力將在加速回報的背景下得到提升（庫茲韋爾）。這將通過正反饋循環(huán)、突發(fā)行為和進(jìn)化原理進(jìn)一步增強(qiáng)——這在 2023 年 3 月推出 GPT-4 時得到了強(qiáng)化。
• 只要有足夠多的迭代周期（但迭代次數(shù)可能不多），人工智能很快就會展現(xiàn)出通過突發(fā)行為主導(dǎo)材料科學(xué)的能力。這一點最近得到了進(jìn)一步的證實。
• 在滿足以上兩點的情況下，您只面臨3個選擇 - 與機(jī)器/演員/打印方面的超級創(chuàng)造者進(jìn)行常規(guī)競爭，確保永遠(yuǎn)無法設(shè)計出一個，或者盡快設(shè)計出它。
  

我們堅信，唯一的選擇就是在美國積極創(chuàng)造和開發(fā)這種技術(shù)。我們所描述的技術(shù)將在制造和工業(yè)智能領(lǐng)域提供前所未有的能力；我們認(rèn)為，必須在商業(yè)環(huán)境中開發(fā)和部署這種技術(shù)，以造福廣大行業(yè)。我們還認(rèn)為，這種技術(shù)絕不能被敵對國家竊取或被允許落入敵對國家手中，這些國家利用人工智能推動地緣政治議程，或積極利用人工智能侵犯個人自由和自決權(quán)。我們認(rèn)為，LLM 互連的概念對于構(gòu)建超級創(chuàng)造者至關(guān)重要，從而最大限度地減少人為干預(yù)，以提高制造環(huán)境的安全性和效率。我們還認(rèn)為，硬件和軟件的模塊化設(shè)計對于劃分和控制超級創(chuàng)造系統(tǒng)表現(xiàn)出的突發(fā)行為至關(guān)重要。

在超級創(chuàng)造系統(tǒng)與傳統(tǒng)增材系統(tǒng)和制造架構(gòu)并行部署的背景下，這些系統(tǒng)將展示出比業(yè)界迄今為止更高的互操作性。超級創(chuàng)造者能夠自我適應(yīng)，在現(xiàn)有的和眾多不同的生產(chǎn)環(huán)境中工作，現(xiàn)有的工具可能已經(jīng)安裝到這些環(huán)境中，以加快其運營效率。例如，在假設(shè)的重工業(yè)操作場景中，涉及通過機(jī)械加工制造、通過摩擦攪拌焊接連接以及在檢查前通過鉚釘進(jìn)行特征化，系統(tǒng)可能會建議整體打印一個結(jié)構(gòu)（消除連接階段）并在沉積過程中部分地特征化該結(jié)構(gòu)以進(jìn)行鉚接，然后依靠現(xiàn)有的工具集以較少的準(zhǔn)備步驟進(jìn)行鉚接過程，然后調(diào)整模塊化代碼以重復(fù)使用沉積傳感器進(jìn)行高保真度檢查，并在必要時進(jìn)行現(xiàn)場校正。超級創(chuàng)造者將在每個機(jī)械車間提供相當(dāng)于一個包羅萬象的工業(yè)工程師+制造商，將人類從制造環(huán)境中最危險的工作區(qū)域移除，同時在產(chǎn)出方面超越人類。

解決機(jī)械加工的局限性：

• 超級創(chuàng)意系統(tǒng)將消除大部分（如果不是全部）的物質(zhì)浪費。
• 超級創(chuàng)造者需要的培訓(xùn)和專業(yè)維護(hù)較少。
• 超級創(chuàng)造者將能夠創(chuàng)造出更復(fù)雜的形狀，同時在有用的場合利用減法輔助的優(yōu)勢。
• 超級創(chuàng)造者將成品零件的質(zhì)量與操作員的技能區(qū)分開來，同時消除了設(shè)置和固定的時間浪費。
  

解決鑄造的局限性：

• 超級創(chuàng)造者所需的能源和能源基礎(chǔ)設(shè)施將大大減少，并能消除鑄造過程中的有害排放和工作場所危害。
• 超級創(chuàng)造者將消除對模具和沖模的需求
• 超級創(chuàng)造者將處理更多的材料和合金，同時創(chuàng)造出鑄造無法形成的更復(fù)雜的形狀
• 超級創(chuàng)造者將以更少的資本支出展現(xiàn)出卓越的缺陷管理、尺寸精度和更精細(xì)的工藝控制
  

解決3D打印的局限性：

• 超級創(chuàng)意系統(tǒng)所需的維護(hù)、電力和基礎(chǔ)設(shè)施將少得多，從而可以輕松實現(xiàn)更大的規(guī)模。
• Supercreators 將把添加過程與外部過程結(jié)合起來，減少或消除對后處理工具集的需求。
• Supercreative 系統(tǒng)將部署高度先進(jìn)的閉環(huán)控制架構(gòu)，以大幅提高材料完整性和晶粒。
• Supercreative 系統(tǒng)將能夠處理以線材形式生產(chǎn)的更廣泛的商用現(xiàn)貨 (COTS) 金屬合金。
  

隨著我們向這一新領(lǐng)域過渡，一條分界線變得越來越清晰，它將標(biāo)志著現(xiàn)代與傳統(tǒng)之間的區(qū)別。這條分界線就是流程化。為了克服 3D 打印無法克服的巨大挑戰(zhàn)，關(guān)注機(jī)器代碼和端到端材料影響之間的接口對于在超級創(chuàng)造者時代競爭至關(guān)重要。我們很高興看到哪些平臺會出現(xiàn)。