我們先從一個有意思的故事說起
從前有一個土財主，看到有人手裡面拿了個酒葫蘆，他非常喜歡，覺得葫蘆很好看，而且裡面能夠裝酒還很方便，於是這個財主就買了一大堆的木頭塊，幾乎堆滿了一間房。
△空心的葫蘆可以用來裝酒△
他先是找人把這些木頭塊給削成了葫蘆的形狀，三下五除二幾天就全部削好了。但是財主找遍了所有他認識的木匠，這些木匠都說根本沒辦法把實心的木頭塊給掏空，於是土財主看著滿滿一屋子的實心葫蘆活活氣死了。
這個故事很有趣，但是卻引出來一個非常嚴肅的話題：故事裡的財主之所以沒辦法加工出來他想要的葫蘆，是因為人類的製造工藝實際上幾乎都是“減材製造”，而與之相反的，大自然中生物的生長几乎都是“增材製造”。
“減材製造”與“增材製造”
所謂的減材製造是我們目前在工業領域最長利用的一種製造方式，比如說機械加工的四項基本功：車銑刨磨，都是拿一塊整料，通過各種形式的加工使得我們不需要的材料脫落掉，最終就獲得了我們需要的材料的形狀。
△車床切削掉不需要的材料△
而現在更加先進的數控機床實際上也同樣是“減材製造”，只是這些數控機床把不同的去除材料的手段集中在一起，也更加智能化，讓我們可以更加方便快速地獲得我們設計的機械結構。
△數控機床的多軸聯動加工△
而增材製造，顧名思義，就是我們本來什麼都沒有，但是通過把需要的材料放到指定的位置最終組成了我們設計出來的結構。比如說現在大火的3D打印實際上就是增材製造。比如說我們通過融化樹脂，把這些融化的樹脂噴射到對應的平面位置上，然後一層一層摞起來就可以獲得我們需要的立體結構。
△採用樹脂作為原料的3D打印△
3D打印可以減少材料浪費
有人說：數控機床加工已經很先進了，你想要讓它加工出來一個東西，那就只要輸入模型就行了，很方便呀，為什麼還需要3D打印呢？
於是有人回答這位朋友了：你看，減材加工是拿一大塊材料，把不用的材料去掉，這就會浪費很多材料。用了3D打印之後就不需要浪費這麼多了，當然就是技術革命嘍。
△3D打印確實可以節省大量的材料△
這樣的回答沒有錯，但是3D打印號稱技術革命的原因絕對不僅僅於此。因為真正的技術革命不是“人有我優”，而是“人無我有”，節省點兒材料固然很重要，但是還是無關宏旨。
3D打印的革命性遠遠不止省錢那麼簡單
要說3D打印的偉大意義，我們還是說回一開頭“葫蘆加工”這個故事上來。
為什麼減材加工的方式沒辦法造出來一個最簡單的葫蘆？事實上，這樣一個葫蘆，別說當時的木匠做不出來，現在最先進的數控機床同樣做不出來。究其原因，這是因為現在所有的機械加工方式都存在一個“加工干涉”的問題。
簡單說，你既然需要通過刀頭去除某個物體上的材料，那麼最起碼的，這個刀頭必須要能夠伸到對應的位置，而有一些形狀的物體註定刀頭無法到達，所以數控機床加工不出來。而葫蘆作為一個肚子大、口小的物體，內部的材料是沒辦法通過數控加工的方式去除的。
△數控加工需要考慮加工干涉的問題△
當然，如果有一些具有加工知識的朋友會知道，遇到這樣的情況我們可以通過其他的加工手段來實現，比如說為了加工出來一個葫蘆，我們可以加工兩個瓢，然後焊接起來就行了；或者可以通過“失蠟法”的方式來加工這種帶有內部空間的物體。
△失蠟法加工出來窄口的瓶子△
這些方法是有效的，甚至於隨著技術的進步可以加工出來以前我們不敢想象的機械結構，比如說內部有著複雜空氣流道的航空發動機渦輪葉片也可以通過“失蠟法”加工出來。
△航空發動機渦輪葉片和內部流道△
但是，這些方法仍然有極大的侷限，比如說失蠟法沒有辦法制造內部有封閉空間的結構，而且這些內部結構的尺寸有要求，一旦小於這個尺寸，失蠟法、焊接之類的方法就失效了。
比如說現在很火的“超材料”，實際上就是具有微結構的材料，人類現在不僅僅可以去設計材料的外形，還能夠把材料的微觀結構給“加工”出來，這就帶來了技術上的革命。
比如說多孔材料，相同的剛度，但是密度上卻可以遠遠輕於普通材料；比如說你壓它它能夠“扭”起來的超材料，這種材料可從來沒有在自然出現過。
△多孔材料十分輕便△
△一壓就扭起來的材料△
這些材料根本不是“減材製造”可以實現的，直到“增材製造”出現之後，我們才逐漸認識到原來我們可以獲得如此性質的材料。
但是，增材製造實際上是迴歸自然
我們的3D打印或者說增材製造並不是什麼新鮮的東西，因為“增材製造”是大自然本來的樣子。比如說生物體的生長就是名副其實的“增材製造”，所以在長期的演化過程中生物體往往都具有了我們現代工藝不能達到的結構。
比如說“多孔結構”在生物體中就是一種非常常見的結構，包括我們人體的骨骼中就包含了大量的孔隙，讓我們的骨骼在具有相當的強度的同時，卻還能夠有很輕的質量。
△增材製造讓生物體中的多孔結構隨處可見△
所以說，增材製造是更加符合“製造”這個詞的一種方法，是直接“造”出來我們需要的結構，而不是先拿一塊材料來切削成我們需要的形狀。
當然了，現在的3D打印技術還遠遠沒有到能夠方便地製造出我們上文提到的那種超細孔隙的超材料，但是採用稍大孔隙結構的材料已經伴隨著3D打印已經出現了，包括航空發動機中的渦輪葉片也可以使用3D打印成型。
△3D打印出的帶有大量孔隙的材料△
△3D打印出的航空發動機渦輪葉片△
而隨著技術的進一步發展，我們可能會獲得更多的充滿了嶄新性能的材料，而這是我們處於減材製造的時代做不到的。
總結一下
減材製造是我們目前採用的最主流的製造方法，這種方法存在很多缺陷，而增材製造會很大程度上彌補這些缺陷，因為增材製造是更加符合“製造”規則的一種製造方式。
尤其是增材製造讓我們可以直接操刀機械的“微結構”，從而獲得性質更好的、甚至於在大自然中從來沒有過的材料——而這才是3D打印具有革命性意義的真正原因，遠遠不是市面上加工幾個玩具的3D打印機可以代表的。
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