人类之所以有别于其祖先，就是因为会制造工具。增材制造技术可能会成为永久改变人类文明的最终工具。伴随着不可预测和无法抗拒的海啸般的冲击，每一次设计和生产工具的改进都会掀起社会变革的新浪潮。对于崭露头角的实物打印世界而言，这本书只能触及其冰山一角。
当我还是马萨诸塞州波士顿市布兰迪斯大学的一名博士后时，我的导师乔丹·波拉克和我打印了一个完整的工作机器人。这是一个简单的机器人，但是其整个身体都是自动设计和打印出来的。1999年年底，第一个机器人打印完成，而后历经10个月，直到2000年8月下旬的某日，这个消息才登上了《纽约时报》的头版。
那是个喜忧参半的时刻。首先，报纸的编辑明确告诉我们，这则消息之所以能够上头版，是因为编辑们急需新闻。那一天—2000年一个闷热的夏日，是有史以来报纸出版最慢的一天。没有（绝对是没有）什么其他消息可以刊登在头版，所以才有了《机器人制造机器人》。
但是一种更挥之不去的感受与这则爆炸性的消息无关，而是不满意，不满意这个机器人不完全是3D打印出来的。机器人的身体和关节是打印出来的，这是令人兴奋的进步，但是它的其他大部分，使之成为机器人的零部件（电线、电池、传感器、驱动器和“大脑”），则是人工组装的。要想真正打印出一个完整的机器人，包括电池等零部件完全组装的机器人，仍然任重道远；要想打印出一个完全活动的、不需要组装的系统也需要一段时间。
作为新一代产品的领航者，3D打印机的首次亮相可能并不能像正在发酵的政治丑闻那样吸引眼球，但却暗示着新一轮更大变革海啸即将来袭。
图14–1?GOLEM项目打印出来的进化机器人（2000年）
注：白色的机身通过进化模拟设计并用3D打印机制作，电线和电机由手工完成。
科幻作家科利·多克托罗说：“我认为科幻小说家不擅长预测未来。我们大多是在未来的外衣下描绘现在。”那么3D打印和设计技术的未来外衣是怎样的呢？不久的将来，我们将很快拥有更多可供选择的材料、更高的打印分辨率、更快的加工速度和更低的机器成本。新的应用和意想不到的新事物将会源源不断地涌现。那之后呢？
3D打印的三个篇章
本书首先回顾了增材制造技术的演变，作为人类进步的一大里程碑，它标志着人类在控制有形物质方面所取得的进步。旅程的第一篇章回顾了人类史无前例地实现了对物体形状的掌握。今天的3D打印机几乎可以打印任何材料：从尼龙到玻璃，从巧克力到钛，从水泥到活细胞。
创造任意形状的能力已经产生了深远的影响，超过了工程设计。大规模生产正在成为大规模定制。未来，随着3D打印技术的改进，每个人都会设计和制造复杂产品。与传统制造业并存的资源和技能障碍将得以缓解，使创新大众化，持续释放人类创造力。
旅程的第二篇章刚刚启幕—控制物质的构成，不仅仅是塑造外部几何形状，而是以前所未有的逼真度塑造出新的超材料的内部结构。
有一天，我们将能够用不同的材料制作材料。当3D打印机可以通过新的方式将原材料加以混合，新型材料就会出现。材料制造过程将会摆脱传统的先制造单个零部件后组装的弊端。有了混合材料打印，多元结构的部件将会被同时制造、同时组装出来。在一个较小的范围内，我们将会以纳米级的精度将多种材料嵌入和编排到复杂的微观结构中。
基于该种可能，你可以打印定制的网球拍以巧妙地放大你独特的反手能力，或者为缓解你的背痛植入定制的椎间盘（但这两项在职业运动中可能不被允许）。尽管这种可能性非常大，但很少有材料科学家能够预测这些新材料的性能，也很少有设计者能够开辟出全新的设计空间。为了增强人类的创造力，新的设计工具亟待出现。
旅程的第三篇章正如我们已经观察到的早期迹象，就是控制行为。在这一篇章中，我们超越第一篇章中对物质形状的控制，也超越第二篇章中对结构的控制。在第三篇章中，我们将程序编写进材料，使其具备我们所需要的功能。我们不再打印被动的零部件和材料，而是打印能够感知、反应、计算和行动的综合的主动系统。我们不仅要控制物体的机械功能，更要控制信息和能源的处理过程。
当这一天来临时，我们将能够打印几乎任何东西—比如手机或者从3D打印机里溜达出来的机器人。但是，如同任何科幻小说一样，这里也存在一个隐情。这种机器人看起来不会完全像今天的机器人，因为它不会受限于传统制造业的约束条件，也不会直接由人类设计，因为新的设计空间太大，让人难以捉摸。如果人类能够制造出由被动和自由积极的两种子结构组成的灵活系统，那么通往新的设计空间和新的工程范式的大门将被开启，其所产生的强大力量不亚于生物学。
多元材料的混合制造
从更长远的角度看，3D打印技术的核心是具备多元材料同时打印的能力。在前面的章节中，我们提到过3D打印机可以打印不同材料制造的部件。例如，一个塑料的挤压机可以这一次用红色塑料打印，下一次用白色塑料；一个金属打印机可以打印夹杂着不锈钢的钛金属。事实上，不同材料组件的联合制造能力可以消除传统组装的挑战和局限，使我们能够制造日趋复杂的物体。但是最令我们对多元材料打印感到兴奋的是，多元材料联合打印不仅能够同时打印多种材料，还能使这些材料模式化为复杂的新的超材料。
在纸张打印机出现的早期，有些点阵式打印机配有四色色带，可以打印红色、绿色、蓝色和黑色，但是每次只能使用一种颜色。历史上甚至还出现过配有8种颜色、8支钢笔的笔式绘图仪，但需要提前加载绘图仪上你想用的颜色，并且一行只能使用一支笔。
当打印机在精确率和分辨率不断提高的基础上实现即时混合基色时，打印技术取得了突破。如同从单色打印机过渡到彩色打印机，或从黑白电视过渡到彩色电视一样，只添加三种基色就可以产生数以百万计的深浅色调。随着同时混合打印的基础材料的增加，3D打印机所具备的功能会成倍增长。因为你不仅可以打印这些基础材料，还可以通过基础材料的排列组合打印出基础材料的组合体。
探索多材料打印的先驱公司之一是Objet公司—位于特拉维夫附近的一家以色列公司，最近并入了Stratasys 公司。我参观了Objet 公司总部，探访其正在进行的研究。位于橘树林旁一个繁华的科技园里，Objet公司正在改变人们对材料的看法。Objet公司的首席技术官爱德华多·纳普达斯和首席材料科学家丹尼尔·季科夫斯基带我参观了接待大厅，那里到处都是多材料打印出来的解剖模型、工业原型和玩具。
丹尼尔和爱德华多解释说，多材料打印不仅要混合材料，而且要创造出全新类型的材料。
材料科学家沉迷于新材料，通常是对新材料的新性能和特征（如重量、强度和灵活性）感兴趣。工程师通常对拥有多种性能的组合体更感兴趣，例如同时兼具轻质和强性能的材料，或者同时具备灵活性和光学上的透明度的材料。一些材料的特性是直观的，如密度和灵活性，其他特性则不那么直观，如材料在断裂之前所能持续的拉伸周期，或者在其折断之前能延展的长度。例如，当工程师设计飞机机翼时，由于存在湍流，会对机翼结构施加影响的拉伸周期或者与增压和减压周期相关的机身压力重新核算，这一性能就是所谓的疲劳强度。
材料性能会复杂到难以理解和预期的程度，而“材料设计”仍然是材料科学的圣杯。3D打印可以在很大程度上增加材料的种类，但问题是我们不知道它的未来走向和未来预期。
在第一次打印多材料时，直观的感觉是混合材料的性能可能会介于基础材料和主要材料之间。如果将相等的硬质材料和软质材料混合在一起，你将会得到一个半硬半软的材料。但事实证明并不完全如此，最终成型的材料属性取决于你混合材料的方式。
例如，如果按照棋盘式的图案打印软硬材料，新产生的材料可能会具有一定的硬度。但如果你按照随机样式打印同样两种类型、同样数量的材料，你就会得到硬度更强的新材料。打印模式、不同的材料由打印机依需求混合。
如果你眯着眼睛低头看棋盘图案，例如棋盘式的地砖，你可以看到黑白交替的对角线。同样，当两种材料以棋盘图案进行打印时，软质材料的长对角线链就会变成“薄弱环节”，使复合材料更软。但如果你按照随机样式将两种材料混合打印，就不存在鲜明的“薄弱环节”，所以整个材料就会变得更硬。
科学家们很早就知道材料中原子的纳米排列决定了其总体性能。从业者在几个世纪前就指出，随机模式比规律模式更坚硬。铁匠将热金属剑在冷水中进行淬火以使金属能够快速冷却，然后形成任意形状的小晶体，而不是使之慢慢冷却成为柔软、光滑、可锻造的铸铁。但是这是我们第一次能够直接地、明确地控制这些模式。然而目前我们不可能在原子纳米级水平上直接控制，而是在微尺寸的基础上逐渐摸索下去。
材料的性能可能会变得更奇怪。如果你按照某一模式打印多元材料，其材料特性可能超出基础材料的性能范围。按照某一模式混合软硬材料，你可能得到比其中任一种原始材料更硬的全新的合成材料。如同你把比钢软得多的木头和塑料混合，可能会得到类似钢的材料。
材料变脆弱的一个原因是，一些小的缺陷会变成微小的裂缝，在材料断裂之前会在结构中加剧。如果我们能够策略性地将软质材料嵌入这些脆弱材料中，这些软质材料的补丁会缓冲这些裂缝，使恶化得以停止，延缓对硬质材料灾难性的影响，使其变得更为坚硬。蚌壳就有类似有趣的性能，但是直到最近，制造这样的材料还仅仅局限在“大自然母亲”的范围。显然我们还不能像自然一样注塑材料。但是有了多材料打印，我们可以随意制造它们。
还有个例子，与材料的弹性和它们在压力下的弯曲和伸展有关。如果你曾经拉长过橡皮筋，你会注意到橡皮筋被拉得越长，它就变得越细。大多数材料都如此，这就是所谓的泊松效应，它是由首先系统阐述其特征的法国数学家和物理学家西莫恩·德尼·泊松命名的。然而，当你换一种模式将软硬材料进行混合打印，使得材料纵向拉长时，横向也会变宽，这也不是没有可能。具备这种奇异的、反自然材料属性的是一种负泊松比的材料，被称为拉胀材料（Auxetic Material）。
拉胀材料还没有在自然界发现过，传统的制造技术很难将其生产出来。但如果拥有一台高分辨率的多材料3D打印机，你就可以根据需要制造出拉胀材料并把它们嵌入其他结构中，制造出奇异的机器。例如，利用拉胀材料设计制造出来的汽车可以吸收撞击产生的能量以确保乘客的安全。用拉胀材料和常规材料混合制造的前保险杠能够吸收撞击产生的能量，将其传输分散到不同的方向。
还有更为不寻常和有用的模式。我们可以通过层压模式打印硬质和软质材料，使混合材料能够在一个方向上灵活、在另一个方向上僵硬。这个属性本身看起来并不吸引人，直到你意识到你可以用定制的弹性性能打印物体。例如，一个定制的支架或植入物可以帮助病人在膝盖受伤后，在一个方向自由弯曲他们的膝盖，而在另一个方向支撑起他们的膝盖；一双定制的手套可以提升攀岩者紧紧抓住突出物的能力。
图14–3?具有自修复微结构的多材料。球窝在临界压力下释放，
但可以重新聚合并恢复到原来的模式
图片来源：Daniel Dikovsky, Objet Inc.
在我参观Objet公司期间，爱德华多和丹尼尔将手伸进抽屉，掏出了几件奇怪的新材料。他们向我展示了一件他们打印出来的自修复材料。他们解释说，这个材料能够承受极端的压力，如果压力超过极限，材料就会屈服，但在压力消除后，它会完全地“愈合”。
这种材料通过把原材料存放到微小而相连的“球窝”构成。这种由环环相扣的百万计的组件构成的材料会持续保持弹性直到球从窝内蹦出。如果压力消除，球就会弹回原位，材料恢复为原来的形状。
我仔细观察Objet公司的新型材料，它看起来就像个普通的灰色塑料，我想象这个普通却非凡的打印材料用途到底有多大。假如你的汽车保险杠因车辆事故折断（从经验上讲），试想如果你将断裂的保险杠推回原位，它就能够自动地恢复原状，那该多好啊。
动态的材料可以依据承受压力的大小由硬变软，就像研磨的咖啡在真空包装后硬得像砖头，但在打开真空包装后却能够像液体一样流出。所谓的干扰材料即能够依据环境而改变硬度。
构建材料性能的效果并不是凭直觉就能获取的，即使是像碳纤维层压板这样相对简单的复合材料，也需要材料学家和工程师倾其毕生精力来研究。高分辨率多材料打印机的问世开辟的崭新设计空间太大了，以至于预测材料的特性变得非常困难，更不用说探索材料的设计了。随着3D打印机储存多材料范围的扩大，新的材料有时会被偶然发现，有时则需要深入探索。与设计师需要通过新的计算机辅助设计工具、应用新的语言和设计理念设计出新的图形一样，探索全新的材料领域也需要新的设计工具。
活性系统打印：打印完整的机器人
到目前为止，不论材料是硬或软，是弹性或坚硬，本章所讨论的都是被动材料打印。被动材料以一种可以预知的机械方式对所处的环境做出反应。未来，我们将打印能够行动、反应、感知、运算和回应周边环境的活性材料。对打印活性材料的探索时断时续，所以目前大部分杰出的3D打印作品不论大小、复杂程度，仍属于被动打印的范畴。
目前活性材料打印取得的初步成果是打印导电材料。我们已经知道如何打印金属，而金属是很好的导体，那还存在什么问题呢？目前的挑战是如何在非导电材料中嵌入导电材料，比如塑料绝缘体包裹的铜线。如果能够在非导电体中打印导体，那么你就可以用预装配的线束打印机器人、用复杂的定制的天线打印手机、用内置传感器打印假肢以及新型消费电子设备。
打印导线面临着双重挑战—超出了多材料打印的能力。这个挑战是要确保两种材料可以相互兼容。如果你尝试同时打印金属和塑料，金属熔化的温度就会烧掉塑料，导致两种材料无法相容。
找到熔融温度较低、与塑料相容的特殊导电金属的可能性也是存在的，但是这些材料很少，也很难被利用。另外，也可能会找到非金属导体，例如导电塑料，但是并不会像金属那样实现完全导电，所以探索仍在继续。
在Objet公司，对于打印在非导电结构材料内嵌入的导电材料，爱德华多和丹尼尔信心满满。他们坚持认为问题不在于技术，而是商业优先权的问题。工业领域渴求更强大、更耐用的3D打印材料。导电材料在短期内难以进入商业视野，它们还不属于优先考虑的事。
这就形成了一个恶性循环：工业需要更强大的材料，以期超越已有材料和传统制造技术的能力。任何形式的传统制造都不可能达到制造嵌入式3D导线的能力。除了少数前卫的机器人设计师，3D打印线路还没有市场需求。
然而，学术界的任务是要超越短期视野并看得更远。展望长远的未来，导电材料将只是活性材料的冰山一角。目前，很少有研究人员在研究电池、电机和驱动器、晶体管和传感器的打印。
虽然我们看到的是活性材料，但实际上我们讨论的却是活性系统。就自身而言，活性材料几乎毫无用处，通常是将多种积极材料混合才会有所应用。如何从打印被动的单一材料零部件过渡到打印活性的、多材料集成系统是当前面临的挑战。
集成系统的一个很好的案例就是3D打印电池。如果你翻开一本电池化学课
图14–4?打印出来的电池
本，你会发现很多制造电池的方法：标准碱性电池、可充电锂离子电池、锌空气电池等。所有电池都具备相同的基本结构：正极材料和负极材料，中间有“分离层”，像个奶酪三明治，上面是白面包，下面是全麦面包。这个大而薄的“三明治”被卷起并装进筒内，与两根电线相连：一个连接正极，一个连接负极。
电池工作的原理是：正极中的离子（带电原子）会移动到负极。它们在移动过程中产生电流。正极材料和负极材料（面包）、分离层（奶酪）和电池类型的不同组合，会形成不同的电池种类和性能特征。
首个机器人出现在《时代周刊》之后不久，埃文·马龙加入了我们在康奈尔大学的实验室。埃文当时的目标就是要打印一个能走出打印机的机器人。在面临其他技术挑战之前，他首先必须面对一个更具挑战性的问题，即当时的商用打印机制造商只允许本公司员工开拓新材料的打印机。3D打印机制造商会竭尽全力地保护自己的专利材料，使用任何未授权的材料将不再保修。而且，任何一个理性的研究者都不会只为了看打印机堵塞和停止工作而将活性材料塞进价值10万美元的机器里。
探索不受现有商用打印机限制（技术壁垒和合同限制）的新材料激发了Fab@Home项目组（某种意义上讲也叫RepRap项目）的研究热情，也带动了后续一系列开源3D打印平台的开发。简而言之，低成本的DIY打印机更具创新性，而且如果停止工作，使用者承担的风险更低。
埃文使用相关材料加载了3D打印机，马上遇到了第一个障碍：正极材料和锌粉变成了糊状物，不能通过喷针流动。他越用力越流不动。
当埃文用各种肥皂和胶水克服了糊状物的问题后，他又遇到了新的挑战。多数电池中都有纸质分离隔层，甚至我们家中使用的电池也有纸质隔层，分隔正负极材料（就像是两片面包之间的芝士一样）。而分离隔层不能是任意材料，必须具有半渗透性，只能让离子穿透，不能让电子穿透。纸质材料就具有这些特性，但有讽刺意味的是，我们能打印几乎所有东西，就是不能打印纸。经过数月实验之后，埃文发现了一种由某种胶质制成可打印的分离隔层的方法。
有了这个新方法，埃文用5种材料打印出了不同型号的电池。虽然这些电池的电容量只有相同体积工业电池的一半左右，但它们的形状完全可以定制。他可以打印出各种形状的电池，如做成腿的形状，以作为机器人的一部分。
打印驱动器，即可移动的活性材料系统，是一个更难解决的问题。现在我们虽然可以打印出电动高分子驱动器、蜡质驱动器甚至是电磁驱动器，但是要把这些性能综合到一起就没那么简单了。单一的驱动器并不能满足我们的要求，而一块单独的电池也是不够的。活性多材料打印的最终意义在于能够创造出从打印机里走出来的完整的机器人，包括电池。
最后的篇章：从模拟到数字
在最后一章里，我们看到崭新的成果，即最大胆、最雄心勃勃地设想从模拟打印到数字打印的转换。在进一步探讨之前，我们必须澄清几个概念，因为“数字”这个词内涵太多，在不同的语境中有不同的含义：
1. 指的是纯粹虚拟的、没有实际载体的信息，就像“物理型VS数字型”一样，例如数字报纸。
2. 指的是电子的、可编辑的信息，就像“机械型VS数字型”一样，如数字恒温器。
3. 指由分散的、不连续的单元构成，就像“模拟型VS数字型”一样，如数字钟。
虽然数字计算机能以虚拟化的、电子的、多个“0”和“1”离散点的方式快速呈现信息，问题也随之而来。但物质形态中也有“数字”的物体，在另外两种意义上保存其特征，即可程序化编辑且由众多微小的离散点组成。
图14–6?模拟材料与数字材料对比
注：数字材料是由多个具有物理特性的立体像素离散点组成。
图片来源：Jonathan Hiller
大多数物理目标体都具有模拟特性。模拟信息系统是连续的，意味着模拟信息系统下的信息传递是流畅的。如钟的分针是绕着时钟连续运转，而数字钟不是连续运转的，数字钟中间有60个非常明确的中间状态，它停留在一种状态，然后瞬间切换到另一种状态。我们常用的计算机文档就是数字型的，因为它们是由“0”和“1”字节组成，中间没有任何间隔。
相反，大多数当前的制造技术都是模拟型的，因为所生产的材料实际上都具备连续性。不过事实并非如此。
我第一次见到尼尔·格申费尔德是在麻省理工学院的比特和原子研究中心。坦率地讲，我很钦佩他能为自己的研究中心取了一个这么确切的名字，而我始终都不能为我自己的研究工作精髓想一个比较恰当的名字。2005年夏天，我和他刚完成第一轮电池打印测试，测试结果是电池仅仅从电子性能上来说具有“数字性”，从其他方面来说，它具有物理性能和模拟性：电池是由连续的原材料流组成的。
我试图详尽地解释整个电路打印过程，但尼尔显得有点儿着急。“为何不在里面放置一个带有整个预置电路的芯片呢？”他边问边打开一个抽屉，拿出一个比米粒大不了多少的微型晶体管芯片，如果放入一点儿电路，而不是一点儿墨水，会是怎样的效果？
起初，我认为格申费尔德的理解出现偏差。放置一个预置电路板简直就是耍小聪明，因为它使得印刷电路在一开始就不能正常运转。然而，随着我思考的深入，我发现这个“小聪明”似乎能行。一个生物体是由22组模块组成（22组氨基酸），这22组氨基酸能够通过自身不同的排列组合产生无数蛋白质，最终形成生命形态。
生物学家能够快速地指出对生命来说氨基酸并非全部。当然，生命体需要能够组合和分离氨基酸的能量。但从某种意义上讲，生命结构是由氨基酸模块组成的。这种组合使得生物意义上的生命形态具有自我修复的功能。动物和植物之所以能够互相消化共存，又可以重复转化为各自生命质体，是因为我们所有的生命体都是由这小小的22组相同的模块组成。
同理，像素就是一个图像中的一组模块，字节就是一组信息的一个单元，氨基酸就是一个生物物质的一组模块，立体像素就是一个体积像素（其名字由此而来）。物质的最小基本单位是原子，打印机的最小基本单位应该大一点儿，大概有几百微米，与一粒沙子一样大。
图14–7
注：一台快速装配机就像3D打印机，逐层构造物体。但是快速装配机是通过组装大量小模块逐层构造目标体。
图片来源：Jonathan Hiller
如同艺术家调色板里的颜料一样，一些不同类型立体像素就足以满足你的各种需求。如果说不足24种元素就能创造所有生命体的话，那么一组基本的立体像素就能打开广阔的想象空间。首先，我们中和硬性和软性立体像素，仅用这两种类型的立体像素，就可能制造硬性和软性的材料。如果加入导电的立体像素，就能制造配线；如果加入电阻器、电容器、感应器和晶体管性能的立体像素，就能制造电路；如果加入驱动器和传感器的立体像素，那么就可以做机器人了。
立体像素只能存在于实验室环境下，也就是说，能够处理立体像素的打印机还不能在实际情况下工作。但是认为日常物体将由数以亿计的指令形成的微小立体像素构成，这一想法令人震惊。正如氨基酸就是低等级的公分母，能够使大自然很好地循环各种物质，同样，如果所有产品都是由一些最基础的立体像素组成，那么产品也就是可打印的，也能被分解、重印成其他产品形态。
为了让3D打印成为可能，我们首先要制作微型立体像素，并找到一个能快速处理立体像素的途径。快速计算法要求的是，用沙粒大小的立体像素制作一个鞋盒大小的物体，就需要近10亿个立体像素来完成。而处理这10亿个立体像素需要花很多时间，即使机器人能每秒成功装配一个立体像素，处理完也需要大约30年。解决办法就是平行排列立体像素，同时装配整个图层上的立体像素。
图14–8
注：由一台快速装配机组装的第一个由1万个立体像素构成的物体。它还是比较粗糙，就像早期的计算机制图一样。或许有一天我们将拥有一台千兆立体像素打印机。
图片来源：Jonathan Hiller
未来的装配机能够挑出大量平行排列的立体像素（就是同时将多立体像素并行处理），并同时将这些像素重新排列组合放回各个图层，这就意味着我们打开了通向“数字材料”的大门。为了区别原始的模拟打印机，我们称这些新一代的机器为“快速装配机”。3D打印机之后的下一次革新就是从模拟材料到数字材料的转换。
模拟–数字混合打印
试想一下，在一个由无数微型模块组成的人造世界里，每个模块的尺寸相同、形状相同，都具有电子和机械连接器。正如微型乐高方块一样，也就100微米大小，和屏幕上一个像素差不多大，这些模块相互咬合。24组模块中的每一个在体积上都是独立的，如同墨盒里的墨粉一样被运向快速装配机。
图14–9?模拟–数字混合打印概念图
注：躯体是用透明的模拟介质打印的（表明光滑），里层是高仿立体像素组成的可视数字格状结构。
图片来源：Robert MacCurdy
完全由数字立体像素制造产品之路可能还很长，不过，我预想模拟和数字材料的组合体将会出现。混合3D打印技术将会综合模拟打印的连贯性能，可以制作一些被动材料，而数字立体像素打印技术可以制作那些难以制造的需要连贯处理的材料。
机器制造机器的时代
作家雷·库兹韦尔普及了技术奇点理论，这个概念假定这样一种未来：机器具备以幂次方的速度加快自我升级更新的能力。这个理念中受到广泛认同的就是“智能大爆炸时代”的理念，这个理念预示着，智能机器能够连续设计出更强大、更智能的下一代机器。
目前，由于现代机器生产本身变得越来越精细，越来越复杂，现代机器还不具备自我设计和自我生产的功能。现代制造机器不能根据所处的物理环境条件自我调整。而3D打印技术将通过填补奇点理论推断中的空白，挑战我们之前认为再自然、再正常不过的概念。
将来的某一天，3D打印机将制造出活性数字物体，其能够自我重新装配成智能机器，然后重新设计，制造出自身的改进版本。
机器制造机器的概念反复出现在科幻小说中，也经常在学术界作为严谨的课题来研究。大家都致力于此概念，可以说还有两个可能的原因。第一个原因在于实践的拓展性。创造一台能够创造更多机器的机器将会使技术的发展登峰造极：在整个生产过程中，没有人工参与，生产仅限于原材料、能量和时间。
第二个原因就是人类深藏于内心的精神需要，也可以叫作狂妄自大，但我们需要去创造。自然之所以能够区别于人造物，是因为自然生物能够创造更多的生物，而机器不能。核心就是自我生产是生物学的终极标志。如果你能制造一台能制造其他机器的机器，那么你就达到了创造的新水平。
在未来（或是在星际纪年的未来），机器可以制造机器。3D打印机就是第一波新一代智能机器，它们能设计、制造、修理、回收其他机器，甚至能够调整和改进其他机器，包括它们自己。
我曾带我的儿子去看《星球大战》电影系列中的一集。在几个场景中，各式各样装有激光的宇宙飞船、机器人和其他破坏性工具正在炸毁大量财产，包括建筑物、汽车以及其他机器人。最后，眼看着毁灭在持续，我以大人的口吻大声耳语道：“真可惜！成千上万人的努力毁于一旦。不花个几年时间，也要花上几个月的时间重建这一切了。”
我儿子没明白我在说什么。他回答：“这些东西不是人建成的，是机器人建的。”
