3D打印之于社会制造正如PC机之于互联网。互联网借助PC机让社会具有很强的信息分享及传播的能力，而以3D打印技术为基础的社会制造将赋予社会新的创造和制造能力。社会制造是基于移动互联网技术、社会媒体与3D打印技术，通过“众包”等形式，鼓励社会民众充分参与产品的全生命制造过程，实现创意化、个性化、实时化生产的制造和消费。换言之，社会制造允许任何消费者将自己的创意直接转化为产品，创新和创造将不再是少数人的专利，而真正成为人类社会性集智的体现。因此，在关于快速成型和3D打印之大量媒体渲染的背后，基于3D打印的社会制造才是未来制造模式的发展方向。

　　近两年来，国际上关于3D打印的报道层出不穷。2011年6月，美国奥巴马政府宣布注资5亿美元扶持3D打印产业发展；2012年8月，美国政府在俄亥俄州扬斯敦斥巨资建设国家加式制造创新学会（National Additive Manufacturing Innovation Institute），联合60余所高校和企业攻关3D打印技术；同年8月，美国将3D打印技术引入阿富汗战区，现场为士兵打印工具和其他设备；2013年1月，诺基亚发布一套3D打印工具包，允许Lumia手机用户使用3D打印自己的手机保护背壳；2013年2月，耐克推出了其全新采用3D打印技术创造的足球钉鞋，随后美国运动品牌NewBalance（新百伦）也推出了其3D打印的高性能跑鞋；根据4月3号的最新报道，美国普惠·洛克达因公司利用“选择性激光熔凝”(SLM)3D打印工艺制造的飞机发动机的排气孔盖(exhaust port cover)已被正式用于J-2X火箭发动机，并经过了严酷环境的测试。

　　在国外媒体和国内学术界的推动下，我国政府和产业界也开始对3D打印表现出极大的兴趣。在社会媒体方面，《人民日报》专门刊文探讨3D打印的重要性；《科技日报》就3D打印是否将引起下一场产业革命进行了探讨；中国科学院也在院刊上刊登了“从社会计算到社会制造：一场即将来临的产业革命”的封面主题，推动了国内对3D打印技术的关注热潮。

　　在国家政策方面，2012年10月，中国3D打印技术产业联盟正式成立；12月，工信部高层表态将大力推动3D打印产业化；2013年两会上，3D打印项目成为热议焦点，全国政协委员提案中明确指出“要加快发展以3D打印为代表的战略性新兴产业”。在国家政策和市场发展的推动下，我国各级地方政府均采取措施大力发展3D打印产业。2012年，我国首个3D打印工业园落户武汉东湖高新区。广东东莞市则率先在2012年地方政府工作报告中明确指出“扶持高端电子、生物技术、新一代互联网、3D打印等战略性新兴产业发展”。

　　关于3D打印的最新发展动态如图1所示。事实表明，3D打印正在引发新一轮的“工业革命”浪潮，它将生产制造从大型昂贵的工厂分离开来，把能接上电源的任何电脑在3D打印机的辅助下转变成灵活的桌面工厂。

　　从减式制造到加式制造

　　传统的制造业更多应用减式制造，即利用模具、车铣等机械加工技术与工具将原材料转化为产品，其特征为利用缩削、减少材料来生产部件。而以3D打印为代表的加式制造则是利用逐层增加材料的方式生产各种产品，无须模具，因此也被称为无形制造技术（Freeform Fabrication，简称FF或FFF）。3D打印技术的一般原理是：将打印材料在XY平面通过扫描形式描绘出3D模型的截面形状，然后通过在Z轴方向上做间断单个层面的逐层叠加，最终形成立体实物（图2）。

　　3D打印发展历程

　　自古以来，减式制造就是人类生产的主要方式，更是现代制造工业的基础。但是加式制造的思想也是古已有之。从远古时期至今，房舍楼宇的构建技术始终体现了加式制造的思想。工业时代早期，就有许多加式制造的技术和专利出现。现代的加式制造有两个源头：照相雕塑（Photosculpture）技术和地貌成形（Topography）技术，分别源于1860年法国人Willeme的多照相机实体雕塑专利和1890年美国人Blanther的分层应急地貌图专利。由于照相雕塑更接近从3D模型数据产生物体的过程，因此更能体现加式制造的思想。

　　现代加式制造技术直接起步于1968年Swainson的专利、1972年Ciraud的专利和1979年Housholder的专利，分别开创了激光三维聚合成形、直接粉末沉积和粉末激光烧结等加式制造技术。一般认为，1972年德国人Ciraud提出的利用激光能量光束进行粉末沉积，实现分层叠加成形的技术，是世界上第一个成功的现代加式制造过程。从上世纪八十年代起，各种各样的加式制造技术大量出现，并在许多领域里得到了创造性的应用，形成今天的加式制造，特别是3D打印技术的新局面。

　　目前，3D打印已经可以完成对武器、汽车、飞机零件、服装、鞋子等众多产品的打印生产，可打印的材料包括树脂、塑料、陶瓷、金属、碳纤维等。表1为美国科技政策研究所就3D打印技术的工艺过程、主要厂商、产品材料和典型市场进行初步调查得到的结果。一般而言，3D打印过程和设备主要是根据其使用的材料、制造部件的速度（沉积或叠加的速度）、生产部件的精度和表面质量、生产部件的材料、机器和材料的成本、与操作复杂性相关的安全性和可适性、易回收程度等特性进行分类。

　　从3D打印到社会制造

　　在3D打印被普遍应用于各种个性化的创意产品之前，加式制造就已经被欧美等国家广泛应用于国防军事，如航天器、军用飞机等复杂部件的成型。2012年8月，美国陆军在阿富汗部署的移动实验室由一个6米的集装箱制成，配备实验室设备、成型机、3D打印机和其他制造工具，可为士兵现场创建工具和其他设备，大大缩短了制造过程。这意味着只需用飞机向地面投送打印材料和打印机，就能自行生产战争所需的物资，大大节省了运输成本。

　　毫无疑问，目前3D打印是加式制造的主体和研发应用的前沿，这也是为什么多数专业与非专业的讨论中都把3D打印与加式制造技术等同的原因所在。然而，无论是从逻辑角度还是从手段而言，都应把3D打印看成是实现加式制造的一种途径，特别是加式制造本身与纳米制造和未来的原子制造有着更深刻的内在关联，因此也有更长的发展阶段和更大的发展空间。

　　近年来，随着电子商务和各种新型社交媒体的出现，网民对于个性化服务的需求越来越大；同时随着中西方文化的交汇和碰撞，个体的自我价值实现越来越被重视，创新不再是少数专业人士的“专利”，而真正成为人类社会性集智的体现。在关于快速成型和3D打印机大量媒体渲染的背后，基于3D打印的社会制造才是下一代制造模式的发展方向。可以预见，新一代的社会制造产业将大幅提高传统制造模式下的制造效率和产品质量，重构企业组织与业务流程，创新企业运作模式，极大地降低产品成本和减少资源消耗，为用户提供更加透明化和个性化的服务。在不远的未来，由3D打印机组成的大规模的制造阵列，可实时方便地满足人类对各种个性化产品的物质需求，进而更加深刻地改变我们的社会生活，这就是为什么3D打印将改变我们的世界，这就是为什么社会制造将带来一场产业革命。

　　社会计算和社会制造

　　著名科技杂志《Wired》的主编Anderson曾这样描述：届时，每个人都将拥有至少一台3D打印机，比计算机还要普及。这意味着“长尾效应”常态化将在生活和产业中成为现实，意味着个性化的规模化和经济化，更意味着社会制造时代的来临：在这个时代里，社会需求将同社会制造能力实时无缝地衔接，搜索就是制造，搜索就是生产，搜索就是消费。

　　搜索的实质内容就是社会计算。在社会计算的支撑下，企业将变“被动”为“主动”，通过主动感知并响应用户的大规模个性化需求，转化为信息时代的智能企业；否则，传统企业将无法适应新的制造模式。因此，社会制造的关键问题就是如何主动、及时地将社会需求与社会制造能力有机地衔接起来，从而有效地完成从需求到供应之间的相互转化过程。为此，我们必须实现从社会计算到社会制造的转换，将两个密切相关的新兴领域有机地结合起来。社会制造是以社会计算理论为基础，基于移动互联网技术、社会媒体与3D打印技术，通过“众包”等形式，让社会民众充分参与产品的全生命制造过程，实现创意化、个性化、实时化生产的制造和消费模式。所谓“众包”，最典型的一个例子就是“人肉搜索（Human Flesh Searching,简称HFS）”。换言之，“众包”就是工程化、市场化的“人肉搜索”，而“人肉搜索”则是社会化的“众包”，两者可视为同一概念从不同角度的理解。在社会制造环境下，大量3D打印机形成大规模的制造阵列，并和互联网、现代物流网络连接，形成复杂的社会制造网络。

　　综上所述，搜索、社会计算与社会制造之间的关系可用图4表示。

　　“集智”：从创意到个性化产品

　　社会制造最大的特点就是借助“众包”手段、互联网技术和各种移动终端技术，充分调动群众的想象力和创造力，集众家之所成——集智，让民众充分参与到从产品创意到产品制造的整个生命周期过程。国外在这方面做得比较成功的有两个公司，Quirky和Shapeways。

　　Quirky是一家来自美国纽约的创意产品社会化电子商务公司。利用众包方式，Quirky让社区参与产品开发的整个过程，包括提交创意、评审团审核、估值、开发、预售、生产、销售等多个流程。用户可以在Quirky上提交自己的产品创意，并通过与社交网站Facebook的结合，进行可实时交互。用户可以查看其他人的产品创意，并且可以对其他人的创意进行投票、评分与提意见或建议等。如果创意在社会媒体上受到足够的欢迎，在3D打印机的辅助下，Quirky的产品研发团队造出产品原型，然后用户在线评审该原型，参与产品的改进，直到产品最终定型、包装和投入市场，并帮助定价。自2009年创立以来，Quirky共计推出了超过200个产品，其畅销产品包括可折叠电源板、集线器等等。其中许多都在零售商店里出售。其最畅销的商品是Pivot Power，一种新发明的插线板，可以在任何方向使用。公司已向发明者支付了超过50万美元的授权费。截止到2013年1月Quirky已经将79个创意转化为产品，社区注册用户达31万人。今年，公司预计营收将达2000～3000万美元。Quirky的主要工作流程如图5所示。

　　Shapeways公司于2007年创立于荷兰，后将总部移至美国纽约市，至今已获数千万美元的风险投资。Shapeways既可以为客户量身定制产品，又可以在该平台开商店来销售自己设计的产品。2012年10月，该公司在纽约皇后区的“未来工厂”投入运营。“未来工厂”里的机器，就是50台工业3D打印机，通过Facebook和Twitter等社会媒体，接受客户的各种产品的三维设计方案，并在数天内完成产品的打印生产，然后寄送给客户。同时，该公司还为商家和设计者设立平台，使他们可以利用公司的3D打印机生产并销售自己设计或收集的产品。截止2012年12月20日，该公司已有近25万个平台会员，已经打印了100多万个3D产品，总产量超过60亿件。目前已有8000多个商店进驻SW的平台，每个商店中的产品都是独一无二的，用户可以定期查看这些商店中的产品，从而找出自己感兴趣的产品或激发自己的灵感。图6所示为Shapeways的工作流程示意图。

　　由此可见，社会制造的最大特色就是消费者可以直接将自己的创意转化为产品，即“从创意到产品”。在这个过程中，任何人都能通过社会媒体和“众包”等形式参与其设计、改进、宣传、推广、营销等过程，并可以分享其产品的利润。目前，“众包”也被应用在文化产业中，例如整合动态网民群体的智慧和力量，借助群体智慧开掘创意源泉，以极低成本获取动漫、游戏、广告设计创意。在社会制造的环境下，大批3D打印机形成制造网络，并与互联网、物联网和物流网无缝连接，共同组成复杂的社会制造网络系统，实时地满足人们的各种需求，如图7所示。

　　从社会计算到社会制造

　　互联网信息具有高度的社会化、大规模的个性化、数据的海量性及信息不确定性等多重复杂特征。在新型社交媒体的推动下，“虚拟”空间大大压缩了真实物理社会中的空间和时间，精确、快速、高效地从海量社会资源中、在信息不确定的情况下搜索并挖掘动态网民的大规模个性化需求和商业舆情讨论热点，成为新兴社会制造业的首要任务。因此，搜索成为社会制造的核心。

　　搜索的实质内容就是社会计算。社会制造以互联网为平台，基于社会计算理论和技术，使得企业可以主动搜索互联网中广大用户的个性化需求，并按照来自互联网另一端的客户的需求，设计、生产、包装并推广用户所需的个性化产品及服务，进而满足超大规模的动态时变个性化需求。正如互联网让社会具有计算能力一样，以3D打印机为主导的社会制造将赋予社会新的创造能力。

　　社会计算主要从以下三个方面对社会制造提供理论和技术支持。首先，社会计算为主动及时地掌握互联网中动态网民的需求热点提供了必要的手段，从而使得我们能够在大数据的时代环境下直接用数据考察研究各类问题。其次，社会制造涉及动态网民的心理与行为，对于许多由于时间、经济、法律和道德上的原因无法进行传统实验的问题，社会计算能够以计算实验的方式弥补这一缺陷。最后，社会计算的平行管理与控制为落实社会制造的运营和支持各种决策提供了一个有效的操作平台。

　　作为目前社会制造的核心手段之“众包”，也正是社会计算目前的核心研究内容。一般而言，社会民众可以通过“人肉搜索”的独立方式寻求有能力满足自己个性化需求的社会制造企业，而企业可以通过“众包”的方式，有效地完成产品的创意、设计、评价、生产、推广和营销等任务。图8则给出了通过“人肉搜索”或“众包”的方式完成从社会需求到社会制造的过程。

　　在此基础上，中国自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃研究员还进一步提出网群运动组织CMOs（Cyber Movement Organizations）的概念来刻画动态网民群体。CMO的概念源自社会学中社会运动组织（SMO，social movement organization），也可被称为网络促生的SMO(即CeSMO，cyber enabled SMO)。在社会制造的情景下，CMO也可被称为客户运动组织（Customer Movement Organization）。发现互联网中海量信息在众多CMO中的传播和扩散规律，分析、评估和预测社会制造中商情热点和动态网民兴趣点的演化趋势，将是实现从社会需求到社会制造之间有效转化的关键所在，如图9所示。将来，一个社会制造企业能否成功，一定取决于其掌控CMO的手段和能力。

　　总之，社会计算是社会制造在3D打印技术之后，整合Microsoft、Oracle、Yahoo、Amazon、eBay、Google、百度、阿里巴巴、Facebook、Twitter、QQ、微博等理念与实践的关键，是社会制造成为未来智能生产企业之基础的必由之路。只有在社会制造过程中，真正地嵌入社会计算方法，加式制造才能真正完成一场伟大的产业革命。

　　社会制造的平行运营与管理

　　基于针对复杂系统的ACP（人工系统+计算实验+平行执行）理论，王飞跃研究员提出社会制造的平行运营与管理的体系结构，如图10所示。这一体系以社会制造企业和承载网群运动组织CMO的互联网为对象，以现代物流网络为支撑，以3D打印加式制造设备为依托，形成一类支持集设计、生产、制造、推介、消费为一体的新型智能制造产业模式。这对于我国生产企业降低成本、提高利润，进而提高我国制造业中的整体竞争力、实现产业升级具有重要意义。

　　传统的制造产业都是企业和商家掌握主动权，消费者被动地接受满足自己功能性需求的物品的模式。从这个角度来看，设计和创新还是少数人的专利。而社会制造却鼓励用户参与产品创意、设计、生产、推广和销售的全生命周期，这就使得用户掌握了主动权，使得3D打印网络化，创造了众包模式的个性化产品全生命制造过程。因此，对于每一位用户，得到的都是“我”的创意实现、“我”的产品。在社会制造的环境下，每个人都可以成为创意者、设计者，这在宏观角度来看是制造业的变革，但是从微观角度上来讲，更是个体自我价值的实现。我们相信，在社会媒体和移动终端技术的推动下，社会制造将带领我们大步走向全民创新的时代。

　　作者单位：中国科学院自动化研究所