“工装设计”——设计和制造生产零部件所需工具的过程——是早期工业革命背后的关键技术。它使制成品的生产从依靠人力转向依靠机器，并推动了蒸汽机等复杂机械发明的制造。
机器带来了新的规模经济，原材料从发展中国家运往工业化国家，具有成本效益的商品则流向世界各地的其他国家。现代全球贸易和关税时代由此开启。
如今，我们生产原材料，并将其运往世界各地的工厂制造零部件。这些零部件再运往其他工厂，组装成产品组件，随后运往全球更多工厂，制造日益复杂的最终产品。这一流程是第一次工业革命留下的遗产。
任何时候，都有数十万亿美元的资本搭乘船舶和飞机，连续数周横渡海洋。几乎每种产品都有零件或组件缓慢经过仓库和海关设施，官员会在那里征收关税或增值税。
这种过时的流程正开始缓慢改变。我们正处于一条全新S曲线的起点，它将不断推动商品制造和贸易方式向前发展，开启生产力提升的新时代。来自以下公司的新一代高速工业3D打印机 Carbon， HP以及我自己的公司 Desktop Metal，这些设备更像印刷机而非打印机，正推动这一变革，并迅速成为第四次工业革命不可或缺的一部分。
这些新机器能够以低于铸造等传统工艺的成本打印复杂零件；生产10万个零件或塑料零件时即可达到盈亏平衡。对于中低产量，成本几乎与注塑成型相当。
随着这项技术日趋成熟，流程达到盈亏平衡的产量门槛将不断改善，从而开启无国界生产的时代。在这一新模式下，只有原材料需要运输；世界各地的工厂按需以数字方式打印零件，用于组装自己生产的产品。不再需要工装，也不会浪费原材料。零件不再滞留在船舶和飞机上，而是以数字文件的形式传送到需要打印它们、以便进行最终组装的地点。
无国界供应链的优势并非推动这些新型印刷机普及的唯一因素。还有三项动因，都将带来显著更优的产品：
1. 生成式设计
这些新型打印技术使制造更复杂的零件成为可能。2015年，一类新软件开始出现：生成式工具让机械工程师能够告诉计算机零件应当存在的位置，概述作用于零件的外力，并标出需要避开的区域。输入高层级要求后，由人工智能驱动的高性能云计算集群便会在多物理场环境中设计零件。这种灵活的人工智能驱动设计方法称为生成式设计，能够生成经过全面优化的零件；这类零件通常比传统同类产品轻50%，而不牺牲性能。这些极其复杂的形状与自然形态相似，只有通过3D打印才能制造。得益于这些新型高速印刷机，制造过去无法生产的零件终于具有成本效益。
2. “减重去冗”
“减重去冗”是指借助新型制造技术减轻许多组件的重量，进而进一步减轻产品中所有活动部件的总重量。例如，减轻车辆重量后，刹车、减震器和发动机都可以做得更小。利用生成式设计大幅减轻产品重量，几乎所有方面都会受益；随后还可以利用较轻的重量实现减重去冗。需要采购的材料更少，最终产品更轻，移动时耗能更低；由于能够更快加速和制动，性能也会提升。
3. 组件整合
组件整合是一种由3D打印实现、需要高超设计技能的工程技术。它通过设计流程将产品中的多个零件合并为一个坚固的多功能零件。虽然这并非新技术，但最终零件只有通过3D打印才能制造，因为这一流程会形成极其复杂的结构，只有3D打印才能提供完整的形状自由度，从而打印出可实现多种功能的宏观结构。
这一流程对企业供应链有显著的降本效应，并能大幅降低大型企业的成本。事实上，像 Optisys 这样的公司运用这些技术，将Ka波段天线的组件数量从100个减少到1个；而通用电气也有效运用这一流程，将涡桨发动机的外壳从 855个零件精简为不到20个多功能零件。尽管在验证全新零件的过程中，数据收集和评估工作更加复杂，但供应链成本因此大幅下降，因为企业不再需要员工管理、认证、验证和鉴定这855个零件。
制造业的新S曲线
这场革命与数码摄影和工业印刷领域发生的变化十分相似；在这些领域，胶印机在过去十年受到数字印刷机的冲击。一旦数字制造零件的成本与传统工艺持平，其他经济因素也会推动其普及。企业无需库存（按需生产零件）、工装或运输。
采用这些新的数字制造技术后，我们将能够让生产普惠化。3D打印可以免费制造几何形状复杂的设计，并使设计师摆脱制造工艺的限制，从而创造出最优形状。中小企业将在世界各地生产商品，其复杂程度可与甚至超过全球同行。
加纳或布宜诺斯艾利斯的一家小公司将能够打印出与康涅狄格州大型公司质量相同的零件。通过取消工装，并使单个零件的成本与生产10万个零件相同，产品可以实现本地化，设计也能更快改进。最优秀的设计将以数字形式发送到世界各地并按需打印，绕开自上一场工业革命以来一直对生产征税的全球关税和增值税体系。
全球每年制造价值12万亿美元的商品，因此要全面利用这项技术，现代化改造全球制造能力还需要数十年。有一点是确定的：到本世纪末，当我们回顾第四次工业革命如何改变世界时，会看到通过3D印刷机实现的大规模无国界生产，是推动生产力、经济增长和繁荣的关键赋能技术之一。
本文源于达沃斯期间围绕世界经济论坛未来生产工作的讨论。
