为什么是3D打印？来自人类需求与工业转型的启示

　　现如今，有越来越多的人相信增材制造（AM）在未来生产中将发挥重要作用。因此，业界一直在探索简化增材制造的流程，并努力将增材制造无缝集成到现有系统中，以及推动增材制造的突破性创新。

　　然而一个基本问题是，为什么增材制造应成为未来制造业不可或缺的一部分？在本文，我们将探讨不断进步的技术与不断发展的人类需求之间的内在关系，同时研究工业4.0 背景下3D 打印技术的崛起。

　　人类需求与工业转型：共生演进

　　第四次工业革命的到来代表的不仅仅是一次技术变革，它还反映了技术创新为满足人类日益增长的需求而不断演变的过程。技术与人类需求之间的这种动态互动远非首次出现，它在过去的历史中反复出现。

　　为了更好地理解人类需求的发展，我们可以参考马斯洛的需求层次理论，这一心理学理论将这些需求从最基本的需求到最高级的需求进行了分类。Minwha Lee等人（2018年）的研究进一步阐述了不断发展的人类需求与新技术出现之间的关系，从而导致了随后的工业革命。

　　马斯洛框架从食物、水和住所等基本生理需求开始，进而发展到安全、爱和归属感以及自尊，最终达到自我实现的顶峰。当人类需求的每一个层次都得到满足时，个人就会进入下一个层次，从而促进了旨在满足这些不断发展需求的新技术的开发。

　　随着时间的推移，人们关注的焦点已经从满足基本的物质需求转向丰富的社会联系。目前，我们注意到人们越来越重视满足自尊需求和促进自我实现，这在很大程度上是以个人或以“我”为中心。历史上的每一次工业革命都与这些不断变化的需求相对应，具体如下：

　　● 生理和安全需求：生存与所有权

　　第一次和第二次工业革命：这些阶段的主要驱动力是解决生存、所有权以及食物和住所等基本必需品的需求。这些革命的成功在全社会推广了技术创新，减少了工时，提高了工资，从而为满足更高层次的需求奠定了基础。

　　● 社会需求：连接与沟通

　　第三次工业革命：这个时代由计算机、自动化和社交网站（SNS）的兴起所定义，它将人们连接到全球各地，培养了社区意识并为物理世界和网络世界的融合奠定了基础。

　　● 自尊需求：自我表达、创造和创新

　　第四次工业革命（工业4.0）：在自我表现、地位以及人类创造和创新欲望的驱动下，这一阶段以颠覆性创新为标志。向工业4.0 的过渡，代表了通过进一步满足人类欲望来创造新价值和财富的尝试。随着传统制造业在这一新的工业转型中面临挑战，机器人技术和3D 打印技术逐渐受到重视。

　　当前的转型催生了一个“数字孪生”社会。在这个社会中，物理领域的方方面面都通过物联网、传感器、人工智能和其他数据收集方法与网络对应方相连。这为“智能”物理社会奠定了基础，人工智能可以对物理社会进行微调，从而为未来的进步铺平道路。

　　随着人类需求的不断发展，物理世界和网络世界之间的融合需求日益增长，3D 打印技术成为了中心舞台。在工业4.0 的框架中，3D 打印是一个关键的物理促进因素，与人们日益增长的个性化、灵活性和创新需求相契合。因此，增材制造囊括了第四次工业革命的无限潜力，是人类愿望与有形世界技术可能性之间的桥梁。

　　增材制造满足的需求：个性化、创造力及其他

　　传统制造工艺尽管坚固耐用，但面临着各种挑战，如缺乏灵活性、浪费、僵化的设计限制和冗长的生产周期。这些因素不仅导致成本上升，还削弱了创新、美学和满足个性化需求的能力。

　　3D 打印技术是一种革命性的解决方案，它正在改变制造业的格局。与依赖模具和切割工具的传统方法不同，增材制造可根据数字设计逐层构建物体，促进按需生产和复杂几何形状的制造。以下是增材制造可以满足的人类需求：

　　1. 个性化需求：增材制造的方法可实现无与伦比的定制，满足个人喜好和要求。从时装到汽车，增材制造让消费者成为创造者，使产品符合个人身份。

　　2. 自尊和自重：增材制造通过设计、艺术和创新促进自我表达。3D 打印是一个创意平台，让人们看到自己的想法具体化，从而增强自尊和自重。

　　3.创造力、知识和创新：增材制造加快了创新的实施，为设计师和工程师提供了探索和学习的自由。它是知识、理解、性能、美感和艺术表现的催化剂。

　　4. 可持续性和效率：大幅减少浪费，加快生产进度，增材制造不仅仅是一种替代方案，更是创新和效率新纪元的加速器，与工业4.0 的原则完美契合。

　　增材制造超越了传统制造业的局限，与人类日益增长的自我创造、个性化和自我实现的欲望产生了共鸣，因此它不仅仅是一项技术进步，而且象征着第四次工业革命的无限可能。

　　3D 打印在数字制造中的未来

　　未来，增材制造有望在硬件、材料和软件等领域实现创新，同时在数字化转型的大背景下也是如此。

　　● 以数据为中心的技术：

　　物联网和连接性：随着各行业向数据驱动型流程倾斜，增材制造系统将越来越多地通过物联网得到增强。这种融合将实现预测性维护、远程监控和实时适应性。

　　数据驱动的制造：未来的增材制造将在很大程度上依赖大数据和分析进行实时优化，使企业能够动态应对市场变化。

　　● 数字世界与物理世界的融合：

　　数字孪生与仿真：下一个十年，数字孪生将全面应用于模拟仿真，使实时模拟成为常态而非例外。这将彻底改变产品开发周期。

　　网络- 物理系统：未来的增材制造将无缝集成数字世界和物理世界，从而成为工业4.0 生态系统的重要组成部分。

　　● 自动化与智能：

　　人工智能与自动化：人工智能的作用正在从自动设计和流程优化发展到预测分析和自适应质量控制。让技术更易于使用，才能真正释放增材制造的市场潜力。

　　● 数据安全：

　　区块链和完整性：随着数字威胁的升级，区块链将成为增材制造不可或缺的一部分，可确保数据完整性，并为整个制造生命周期提供防篡改记录。

　　在此关头，一个关键问题随之而来：工业4.0 是增材制造的机遇，还是增材制造是工业4.0的机遇？这个问题探究了增材制造与工业4.0 之间的共生关系，表明两者可以相互促进。

　　结论

　　3D 打印不仅仅是另一种生产方法，它还是当前工业领域的变革催化剂。由于增材制造与推动当今数字化转型的指数级数字技术紧密结合，从而迎合了人类不断发展的需求，因此增材制造的影响被放大了。增材制造不仅仅是一种工具，它还是工业4.0架构发展的基石。