韦旭刚：4个小故事讲述人类制造简史

作者：南极熊3D打印智库成员  韦旭刚

本文共计4300多字，大概需要阅读6-8分钟。

人类掌握了语言文字，从此与其他动物有了显著区别。
人类掌握了制造技术，从此成为万物主宰，地球霸主。

数万年，乃至数十万、数百万年的人类发展历史过程中，人类关于制造技术又产生了哪些有趣的历史呢？那些标志性事件又意味着什么呢？

本文尝试用简短的文字记录漫长的人类制造历史，故名制造简史。

一、制造石器，漫长进化很不简单。

时间：约1万年以前的一个白天
坐标：今非洲东岸某区域

七个智人正安静的埋伏在草丛里、大树后、石块下，紧张的等待着猎物慢慢进入。这些智人今天运气不好，狩猎一天了还没有逮到猎物。正当他们灰心丧气的时候，忽然发现一只落单的大象远远的向他们走了过来。于是他们迅速算计好埋伏区域，准备捕猎这只大象。虽然大象不是他们很合适的猎物，但是现在也管不了那么多了，哪怕有死伤也要拼死一搏了。

智人之所以敢与大象硬钢，是因为他们已经会制造锋利、结实的石器作为狩猎武器，那些尖锐的木头武器更是不在话下。同时，智人们已经形成了强悍的团队作战模式，靠着这些原始的装备，多少凶猛的野兽都成为了智人们的盘中餐。

狩猎的过程是刺激又血腥的，这只迷途大象虽然拼命想逃，奈何七个智人都是战斗经验丰富的猎人，等待大象命运的只能是死亡。七个智人都挂了彩，还有2个受伤特别严重。

这样的情节，假如你看过电影《史前一万年》、《轩辕大帝》等，可能会有更直观的了解。

这时的人类还处于石器时代，已经可以制造数十种石器了，尽管费时费力，好歹已经掌握了一点制造技能。各个部落之间的竞争，就看谁的石器制造水平更高、更硬、更锐。

△古代人制造的石器（图片来源：网络）

那时那刻，石器制造就代表了最高端的制造业。制造水平差的部落，就只能靠人数、组织能力、天意等求生存。

制造石器这么一个看上去很简单的事情，却花费了人类200多万年的时间，前后经历了旧石器、中石器、新石器三个漫长的时代。当然，石器时代，称其为制造技术，讲真，还是有点勉强的。

在新石器时代，人类还逐渐掌握了农业种植、家畜饲养、陶瓷制造等。随着这些技能树被点亮，人类征服大自然的能力也在日积月累，也逐渐从普通动物属性脱离，进化为有想法、有纪律的高级群居动物。

也许在老虎、狮子、豹子这些猛兽看来，人也只不过是一个猎物而已，但是这些猛兽也知道，人不是那么好惹的。

终于有一天，人类偶然掌握了冶金技术，才磕磕绊绊的进入到了制造金属器件的时代。于是，人类前进的步伐开始慢慢加速了。

二、红铜青铜，等材制造金属冶炼。

时间：约公元前3000年
坐标：今中东伊拉克区域

在雄伟的巴比伦城堡外5公里处，驻扎着一支大军，军营很大，占地近万亩，数万大军在此操练。在军营东北角处，分布着一个兵工厂，几百个壮汉夜以继日的在制造兵器。具体的说，他们在冶炼一种红铜（天然铜），将其制造成铜制武器，变为古巴比伦帝国对外扩张的杀手锏。

因为最早掌握了红铜的制造技术，巴比伦的铜师傅、能工巧匠们制造出了更长、更复杂、更尖锐的兵器，大大领先于石器部落。于是，凭着武器代差的优势，古巴比伦国王带领军队四处征伐，版图不断扩大，逐渐成为一个日益兴盛的庞大帝国。

当其他国家逐步掌握了红铜制造技术，古巴比伦帝国又将制造技术升级换代到青铜时代，继而又掌握了铁器制造技术，继续保持对其他国家的技术碾压，维持着其辉煌的地位。

公元前2000年左右，华夏大地上的青铜器制造技术也已经炉火纯青了。对了，“炉火纯青”这个成语说的就是青铜合金的冶炼过程。当冶炼炉里的火焰变成青色了，说明青铜合金里面的杂质全部挥发完毕，一个完美的青铜器就可以出炉了。

△司母戊大方鼎（图片来源：网络）

我们经常所说的司母戊大方鼎就是殷商时期制造的，是现在发掘出来的古代最重的青铜器，达830多公斤。既高大威猛，又精巧绝伦，代表了青铜制造技术的极高水平。按现在的说法，这样的镇国神器，只能是由国家级的制造机构才能搞定。

从制造过程所需要的材料是否增减来定义，今天的专家学者把古人的冶金制造技术概况为等材制造。总的来说，人类的等材制造技术已经存在了6000年—7000年。

这一时期，冶金铸造技术还是标准的手工劳动，是打铁匠们、能工巧匠们甩开膀臂，哼哧哼哧、乒乒哐哐敲打出一件件金属器件，成为人类改造大自然的利器，也扮演着改朝换代的杀器。

冷兵器时代的刀光剑影，留下了多少茶余饭后的谈资，人类文明史就这样随着金属制造水平的提升而降临、沉沦、升华，螺旋式前进。

毛主席对人类社会的发展通过极富诗意的语言做过描述，写成了一首词，叫做《贺新郎 读史》。

人猿相揖别。
只几个石头磨过，小儿时节。
铜铁炉中翻火焰，为问何时猜得？
不过几千寒热。
人世难逢开口笑，上疆场彼此弯弓月。
流遍了，郊原血。
一篇读罢头飞雪，但记得斑斑点点，几行陈迹。
五帝三皇神圣事，骗了无涯过客。
有多少风流人物？
盗跖庄蹻流誉后，更陈王奋起挥黄钺。
歌未竟，东方白。

也只有像毛主席这样的大政治家、大军事家、大思想家、大文学家，才能用如此浓缩、简洁的文字把几百万年的人类史，通过短短135个字概括出来！

相比漫长的200多万年的石器时代，有了金属制造技术的加持，人类社会自身的发展仅仅经过数千年，就已经把自己的活动半径无限扩大，势不可挡。这一时期，人类也从高级动物进化为具有文明史可以记载的新物种。

三、工业革命，减材制造登峰造极。

时间：18世纪
坐标：英国

1764年的一天，天阴沉沉的，英国的纺织工詹姆斯·哈格里夫斯的心情有点糟。因为工厂的纺纱机不仅慢，还容易出错，他已经被老板威廉怒骂了好多次。

哈格里夫斯忙碌了一天，终于把事情都理顺了，天色已晚，他拖着疲惫的身体往家里赶。家里的光线比较暗，哈格里夫斯开门后不小心一脚踢翻了他妻子正在使用的纺纱机，他赶紧想要把纺纱机扶正。但是当他弯下腰来的时候，却突然愣住了，原来他看到那个被踢倒的纺纱机还在转，只是原先横着的纱锭变成直立的了。

作为一个勤于思考的纺织工程师，他的灵感霎时涌现出来：如果把几个纱锭都竖着排列，用一个纺轮带动，不就可以一下子纺出更多的纱了吗？

哈格里夫斯非常兴奋，马上动手开干。第二天，他就制造出用一个纺轮带动八个竖直纱锭的新纺纱机，效率一下子提高了八倍。他激动又兴奋的拉着妻子跳起了英格兰舞蹈来，他知道，凭着这个机器，他的家庭会很快富裕起来。

△图片来源：网络

女儿珍妮在一边静静的看着爸爸妈妈又蹦又跳，有点懵逼。哈格里夫斯一把抱起女儿，亲了她一下，叫喊着：“我看，我们就把这台机器叫作珍妮纺纱机，对，珍妮机，这真是太棒了！”

珍妮机是一台真正意义上的机器，虽然仍然是人力手摇的纺纱机，但是它的纺纱能力提高了8倍，迅速碾压了传统的手工业纺车，成为第一次工业革命的开端。

△瓦特发明的蒸汽机（图片来源：网络）

当时间推进到1776年，英国发明家瓦特，终于制造出了第一台有实用价值的蒸汽机。此后经过持续的改进，新型蒸汽机成为万能的原动机，广泛应用于各行各业，人类由此进入了机器大工业时代。

当科技发明的大门被打开后，当人类敢于想象、脑洞大开后，就再也没有什么力量可以阻挡人类的前进步伐了。于是，第二次工业革命、第三次工业革命相继引爆，比上一次更加猛烈，耗时更短，变革更大。

但是，从制造原材料增减的角度来说，不管这300来年的科技变化多么巨大，仍然被归类到减材制造，存在着很大的材料浪费。一些领域的产品，材料浪费甚至高达80%以上。减材制造技术发展至今，已经到了登峰造极的地步，也到了人类重新寻找新玩法的临界点了。

如今，第四次工业革命已经刚刚入门，人类早已经不满足于称霸地球，不满足于遨游太空，而是希望成为宇宙万物的改造者、主宰者。总之，人类想要自己封神。


四、从无到有，增材制造三十而立。

时间：1983年
坐标：美国

工程师出身的查尔斯·胡尔已经44岁了，他在紫外线设备生产商UVP公司做技术副总裁。公司除了设备生产，还做一些服务，就是利用紫外光来硬化家具和纸制品表面的涂层。

技术原理很简单，就是液态的光敏树脂一碰到紫外线就变成固体。

胡尔每天的工作就是摆弄各种各样的紫外线灯，把液态树脂变为固体。对大部分人来说，这样的工作很单调，也很无聊，貌似没有多少技术含量。

但是，谦虚又勤奋的胡尔依然那么敬业，对这样的神奇过程像初恋般充满热情。有一天，胡尔看着液态树脂固化的过程，突然，他冒出一个大胆的想法：如果能够让紫外线一层一层地照射光敏树脂的表面，使其一层一层地变为固体，由点到线，再由线到面，然后再将成百上千的薄层叠加在一起，那不就可以制造出任何三维物体了吗？

胡尔为自己的这个idea激动起来，作为工程师的他，立马行动起来。在实验室里反复试验几个月后，胡尔终于成功的制造出了样机，并且制造出了第一件3D打印物品。他成功了！

1984年8月，以胡尔为发明人，UVP公司申请了世界上第一件SLA专利，这是全球最早的3D打印专利。1986年3月11日，胡尔正式获得专利授权。

1986年，由于原公司没能力、没意愿支持这个新技术的进一步开发，胡尔离职，创立了3D Systems公司，致力于将自己的发明技术商业化。

1988年，3D Systems推出第一台商业设备SLA-250，该设备的面世成为了3D打印技术发展史上的一个里程碑事件，光固化快速成型技术在世界范围内得到了迅速而广泛的应用。

早期的产品总是显得大而笨，今天的一台3D打印机，尺寸比它小很多，性能和功能可以超越它几百倍以上。想想从早期的计算机到如今的智能手机，也就短短几十年的变化。

要说明的是，世界这么大，一门技术的源头可能有多个来源。胡尔其实并不是光固化技术最早的研究人员。

早在1977年，美国的Swainson教授提出使用射线来引发材料相变，制造三维物体。但是由于资金问题，该项目于1980年终止。同时，其他实验室也在开展类似的研究，不过最后都不了了之。

胡尔最终能够成为全球3D打印之父，并进入美国发明家名人堂，有人生际遇的因素，更主要的是他创立的公司一直傲立潮头，成为全球3D打印产业的巨头公司。

在早期阶段，这类技术的名称还比较多，比如：快速原型制造，三维打印，实体自由制造等等。

经过30多年的进化，专家们根据它的制造材料是逐渐增加，产品成形是从无到有，从0到1的过程，将该类技术统一称为“增材制造”，俗称“3D打印”。

时间到了2019年，增材制造技术已经发展了36年，和早期相比，已经进步了何止百倍。增材制造技术早已经广泛深入的应用于各行各业，开始了大规模的定制化生产制造历程，它已经成为人类第四次工业革命的核心技术之一。

如果说数字化的信息技术经过几十年的迭代发展，孕育出了伟大的互联网科技时代，衍生出大数据、云计算、人工智能、VR等科技，那么，数字化的增材制造技术，正在让人类摆脱束缚，想我所想，造我所造，如梦如幻，正在对12万亿美元规模的全球制造业带来革命性的冲击。

未来几十年，我们将切身经历第四次工业革命，见证增材制造技术的伟大变革，人类有望从必然王国走向自由王国。

面对未来，亲爱的读者，你憧憬吗？你做好准备了吗？

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