制造業(yè)技術(shù)與創(chuàng)新之間有著隱蔽而密切的聯(lián)系。技術(shù)狂人特斯卡CEO馬斯克認(rèn)為，“機(jī)器制造機(jī)器”將推動促進(jìn)了特斯卡的航天項目和汽車業(yè)務(wù)的發(fā)展。使用更便宜、可擴(kuò)展的程序可以讓SpaceX低成本而高效地完成發(fā)射任務(wù)，這是美國宇航局的傳統(tǒng)制造方法無法相比的。

還記得那個外形讓人吐槽的特斯卡電動皮卡Cybertruck嗎？它同樣采用創(chuàng)新設(shè)計體系利用了一種簡化制造過程，廢除了“模具沖壓“，更有利于金屬件的彎曲和折疊。特斯拉電動皮卡Cybertrunk采用了超硬30倍冷軋不銹鋼打造車身。此材料強(qiáng)度過高，常規(guī)的沖壓方法會損害沖壓機(jī)，不能采用常規(guī)的車身生產(chǎn)方式，因此車身設(shè)計為平面化，沒有曲線。

現(xiàn)在，一種被稱為“機(jī)器鍛造“的新方法，正在橫空出世，有可能徹底改變高質(zhì)量構(gòu)件的生產(chǎn)方式，從而生產(chǎn)定制和優(yōu)化的新產(chǎn)品。

減材、增材各有一弱

各種高性能和安全性強(qiáng)的金屬零件廣泛應(yīng)用于運輸、采礦、建筑和發(fā)電設(shè)備如渦輪發(fā)動機(jī)中，而其中大多數(shù)都是用幾十年來未變的經(jīng)典制造工藝生產(chǎn)制造的。

機(jī)加工，切割原材料獲得理想形狀；鑄造，將熔融金屬倒入模具；成型及鍛造，將金屬變形擠壓成新形狀。鑄造和鍛造成型通常需要定制模具，設(shè)計制造的時間成本和費用較高，但運行時生產(chǎn)效率也高；生產(chǎn)出的零件成本較低，并且具有高度的可復(fù)制性。這就是為什么螺母和螺栓便宜可靠。

第二次世界大戰(zhàn)后不久，數(shù)字化生產(chǎn)使生產(chǎn)更便捷。通過計算機(jī)數(shù)控加工，從金屬塊中切割出各種形狀的零件。生產(chǎn)不同的組件只需簡單啟動一個新的計算機(jī)程序。計算機(jī)數(shù)控加工的一個普遍缺點是產(chǎn)出率低，例如一個1000磅的鈦塊可能被切割生產(chǎn)成僅100磅重的航空部件。雖然看似昂貴且浪費材料，卻無需投入新成本，籌備時間也較短。

如今，人們對增材制造（3D打?。┑牧慵a(chǎn)方式熱情高漲。。打印過程中，根據(jù)需要從計算機(jī)存儲的模型文件中選擇生成零件，每次疊加一層。傳統(tǒng)機(jī)械加工無法制作的形狀可以通過3D打印生產(chǎn)出來，例如，有內(nèi)部冷卻通道的零件。這些技術(shù)有其優(yōu)點，但也有缺點：生產(chǎn)出的零件通常強(qiáng)度或韌性不高，需要重新處理。而這也是非常浪費資源的事情。

新物種：半是機(jī)器人半是鐵匠

鐵匠像揉面團(tuán)一般制造金屬器具，使它的結(jié)構(gòu)更精細(xì)、更均勻，頗具力量。當(dāng)這種材料成形時，它會產(chǎn)生方向性強(qiáng)度，就像木材沿著紋理的方向更強(qiáng)一樣。然而，沒有一位人類鐵匠能夠處理飛機(jī)起落架大小的部件，也難以批量制造出我們經(jīng)濟(jì)發(fā)展所足夠的零件。

機(jī)器鍛造打算改變這個局面。它正式名稱是變形制造（MetamorphicManufacturing）。是目前正在發(fā)展的一種新的制造方法。它利用傳感器、熱控制、制動成型、機(jī)器人操作系統(tǒng)和計算系統(tǒng)精確鍛造金屬物件，模擬了人類鐵匠的技能和創(chuàng)造力。機(jī)器鍛造可以利用全新的數(shù)字能力擴(kuò)展鐵匠打鐵的技術(shù)。金屬件反復(fù)漸進(jìn)地在壓力機(jī)上準(zhǔn)確定位并成型，形成零件。這種動力壓力機(jī)或錘敲系統(tǒng)，完全可以根據(jù)所需的形狀選擇合適的加工工具。

利用自動化的零件成型技術(shù)，和鐵匠打鐵的基本方法，機(jī)器可以比人類更高效地批量生產(chǎn)大零件。這種新的方法有可能高效和持續(xù)地制造飛機(jī)、船只、潛艇和機(jī)車內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框架?；蚩s小，生產(chǎn)出小型個性化的醫(yī)療植入物。

這項技術(shù)的倡導(dǎo)者GlennDaehn將其視作繼計算機(jī)數(shù)控及添加制造（3D打?。┖蟮摹暗谌螖?shù)字制造浪潮”。機(jī)器鍛造打破了數(shù)控加工和添加制造的一些局限性，將鐵匠的熱機(jī)械變形與智能機(jī)器系統(tǒng)的高精度控制系統(tǒng)相結(jié)合。與數(shù)控加工相比，變形制造的成型技術(shù)可減少加工時的材料損失；與添加制造相比，變形制造的鍛造技術(shù)可以利用類型更廣泛的金屬材料并優(yōu)化金屬的性能；此外，由于采用了開式模鍛，也可用機(jī)器鍛造系統(tǒng)代替閉式模鍛和相應(yīng)模具來生產(chǎn)較大的鍛造部件（如飛機(jī)艙壁）。未來，該項技術(shù)有望應(yīng)用于減少高強(qiáng)度的大型鋼制潛艇船體的焊縫、生產(chǎn)衛(wèi)星等空間飛行器的部件、開發(fā)傳感器內(nèi)嵌式無人駕駛運輸器、減少醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（如磁共振成像和x射線計算機(jī)斷層成像設(shè)備）生產(chǎn)時的微粒生成等方面。

變形制造變形金剛

2017年，俄亥俄州立大學(xué)一個本科生小組接受了政府資助的LIFT(未來輕量級創(chuàng)新)工程提出的25，000美元的挑戰(zhàn)，該獎是由美國制造業(yè)研究所LIFT和俄亥俄州設(shè)計與制造中心共同設(shè)立的，旨在將鐵匠的古老技能與數(shù)字時代的機(jī)器人技術(shù)結(jié)合起來，擴(kuò)展材料成形能力，闡述機(jī)器鍛造的關(guān)鍵概念。

比賽的第一階段要求設(shè)計一臺機(jī)器可將粘土塑造成預(yù)定的形狀。為了更好地控制變形，他們在傳統(tǒng)的計算機(jī)數(shù)控銑床上增加了端部成型設(shè)備和相關(guān)軟件，使之可產(chǎn)生微小的變形增量，并以此制造了一個馬蹄鐵和一個支架，獲得第一名。該工藝可用于金屬零件的局部按需成形。

當(dāng)然，這只是一個好的開始。要將金屬加工成安全系數(shù)要求高的產(chǎn)品之前，還有很多研究和開發(fā)需要完成。

全面發(fā)展機(jī)器鍛造需要綜合技術(shù)。系統(tǒng)必須知道加工零件每個位置的材料的形狀、溫度和狀態(tài)。然后，為確保結(jié)構(gòu)和性能無誤，它必須能夠控制溫度。在需要的地方，用計算機(jī)控制沖壓機(jī)擠壓零件，一點一點地使零件變形。通過學(xué)習(xí)如何制造先前的零件，計算機(jī)可以決定下一步如何移動和敲擊零件，以獲得更好的形狀和性能。

從基礎(chǔ)技術(shù)到產(chǎn)業(yè)集群

最近的一項研究表明，所有這些基礎(chǔ)技術(shù)都在迅速發(fā)展，最好地方法是將它們作為一種實用的制造技術(shù)迅速地融合在一起，從而發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群。而最近幾十年來，技術(shù)集聚的案例往往出現(xiàn)在美國之外：個人電子制造業(yè)以中國深圳為中心，而先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)備則在新加坡落戶。早期的產(chǎn)業(yè)集聚是偶然的，而后期的產(chǎn)業(yè)集聚通常是深思熟慮后政策決定的結(jié)果。

歷史表明，產(chǎn)業(yè)集聚的發(fā)源地可獲得長期的商業(yè)利益。底特律有汽車，硅谷有計算機(jī)，托萊多有玻璃制造，明尼阿波利斯也有醫(yī)療設(shè)備工程，而阿克倫則有聚合物工程。阿克倫曾經(jīng)號稱“世界橡膠之都”，輪胎產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，但是由于制造業(yè)工廠遷出的影響，在20世紀(jì)80年代、90年代初陷入衰退，經(jīng)濟(jì)下滑。幾十年來，當(dāng)?shù)氐陌⒖藗惔髮W(xué)不斷培養(yǎng)聚合物產(chǎn)業(yè)的科學(xué)家和工程師，大型輪胎企業(yè)建立了實驗室和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，提供了良好的人才培養(yǎng)模式和研究環(huán)境。

這些從大學(xué)出來的技術(shù)和人才，重新找回了這個區(qū)域的產(chǎn)業(yè)方向。先前橡膠產(chǎn)業(yè)的技術(shù)工人再就業(yè)，成為發(fā)展聚合物產(chǎn)業(yè)的勞動力基礎(chǔ)。同時，阿克倫還建立了全球商業(yè)加速器，加速技術(shù)孵化，為企業(yè)技術(shù)創(chuàng)業(yè)提供場所、設(shè)施和項目資助。憑借先前的工業(yè)基礎(chǔ)，阿克倫快速發(fā)展了合成材料的開發(fā)能力，成功轉(zhuǎn)型成全球聚合物產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。

小記

許多偉大技術(shù)誕生于美國，生產(chǎn)制造于其他地方。例如，許多智能手機(jī)的核心技術(shù)都是在美國的實驗室開發(fā)的，但生產(chǎn)線已經(jīng)遍布世界各地。下一波創(chuàng)新浪潮很可能會著眼于人才培養(yǎng)和工廠技能改進(jìn)。而機(jī)器鍛造，則給了美國成為領(lǐng)導(dǎo)者的機(jī)會。保持這種良性循環(huán)的核心是，回到工廠、發(fā)展工廠，讓機(jī)器制造機(jī)器。