生产商正越来越多的采用全新的原材料。——转自译言网

它小到可以放在手心，就像是被打上小孔了的不起眼的金属块。然而这却是一项复杂艰难的工程。因为它必须在1600°C高温高压的环境下每分钟转12000圈，这个温度比该金属的熔点要高出200°C。而且在其被更换之前，能够扭转足够长的时间，推动客机航行2400万千米（1500万英里）而不损坏。劳斯·莱斯遄达1000（Rolls-Royce Trent 1000 ）发动机后涡轮用到的这种短叶片共有66片。英国公司每年生产成百上千的这种叶片。

美国和欧洲的企业找到了出路，用高端制造模式来应对低成本生产商所带来的冲击。这就要求提供更具创新的原材料。本文将探讨一系列有关创新项目。包括为劳斯·莱斯涡轮机叶片特制的浇注系统、碳纤维的使用、再生塑料、新新电池技术等。

随着发展中国家经济的日益发展以及生产技术的不断成熟，飞机、喷气式引擎和高性能跑车也成为他们想制造的产品。在某些情况下，西方企业把部分产品的生产加工外包给那些努力提高自身工业生产力的国家，通常在这些国家下大订单的时候。但也有些东西是不能共享的，因为对保护产品竞争力来说太重要了。

对劳斯莱斯来说，涡轮叶片是他们的核心技术之一。造就这种技术的魔法取决于对材料科学和生产技术的深度理解之上。金属经过锻造固化之后，通常带有许多微小晶体。虽然这对于多数产品来说已经足够坚固，但对于涡轮叶片，这是一个潜在弱点。因此，劳斯莱斯通过独一无二的系统，用一种具有连续、完整晶体结构的镍基超合金铸造叶片。这确保了叶片不会有结构缺陷。

气流经叶片中空处从一个个精确定位的细孔穿过，这些细孔由特殊电子工艺制作而成，因为传统钻孔技术根本达不到这样的精度。细孔使叶片表面形成一层流动的气膜，防止叶片受热熔化。而同时，叶片表面也覆盖着耐热陶瓷涂层。制造者如此精益求精，是因为有了坚固、耐热的叶片，喷气式发动机才能更高热度地运转，提高燃烧率，减少燃料损耗。

切勿坐以待毙，大胆奇思妙想

劳斯莱斯在英国德比开了一家生产涡轮机叶片的新厂，同样与众不同。在这里，设计师、工程师及生产员工都在同一个屋檐下工作，而不是在好几个车间，抑或在不同的国家。劳斯莱斯认为近距离的工作关系可以促进对彼此角色的理解，提高创造力，所以把员工们召集到一起工作。劳斯莱斯工程制造部门主任哈米德·莫卧儿（Hamid Mughal）表示：“在接下来几年里这种模式将起决定性作用。生产技术是企业生存的关键，而卓越的制造是未来最大的机遇之一。只有这种结合才会有不断的突破。单靠在数量上的积累不可能做到这点。”

在通用电器公司（GE），我们同样可以找到这样的战略思考。同样生产喷气式发动机的通用，还涉足能源、照明、铁路和保健行业。研发部主任伊德里克 （Idelchik）说：“多年以前我们就开始认识到，我们需要将原材料研究同生产技术这两个部门合并。过去，新产品的诞生通常先通过设计，挑选材料，最后投入生产。而现在这几个步骤是同步进行的。”

这些努力所带来的一项成果是研制出了一款新型工业用蓄电池。当初研究项目是要做一种足够坚固可用于混合动力机车的蓄电池。这种蓄电池中的镍盐基化学物质可以提供所需的能量密度及强度。而蓄电池在实验室正常工作是一回事，而使复杂的工艺商业化，批量生产这种蓄电池则又是另外一回事了。因此，通用公司在办新厂前为了掌握如何将有价值的创意付诸实践，建立了产品生产线试点。在这阶段，创意有的被淘汰，有的则一炮打响

蓄电池就是其中一个成功的创意。除了混合动力机车，该款蓄电池还适用于其他混合动力车辆，例如起重叉车。另外，它还适用于数据中心备用能源的配套设备，也可以为偏远地区的长途通信电站（桅杆）提供电力。通用将在尼斯卡于纳（Niskayuna）附近建立一套价值一亿美元的新设备便于研究人员随即继续展开研发。这种蓄电池本身是由一系列标准元件组成，这些元件构成模块，相互连接在一起，可适用于不同的要求。通用实验室能源储备系统负责人格伦·默费尔德（Glen Merfeld）透露，这个模块仅相当于铅酸蓄电池的一半大小，而且只有其1/4重，它可以持续工作20年而不需要维修，并且可以在冰冻或是极热的环境之下正常工作。

有一种备受通用及其他制造厂商青睐的材料即碳纤维。这种材料已经应用到一些喷气式发动机前面的大风扇叶片中。这是一种十分柔软的原材料，但是一旦浸泡过环氧树脂，进行定型和固化后，就会像钢一样坚硬，而重量只有钢的一半。这种强度得益于碳原子之间强有力的化学键。碳纤维可以以不同的方向排列，工程师可根据这点特性精确地调节复合材料结构的强度和韧度。

最先大批量使用这种材料的是航空航天领域。空中客车公司（Airbus）和波音（Boeing）航空公司广泛地使用碳纤维代替铝。除了质地轻外，碳纤维还有一个巨大的制造优势：可以一次性制造像机翼主体一样的大部件，而无须将多块独立组件铆在一起。

聚焦全自动

http://cdn.yeeyan.org/upload/image/2012/05/20160029_56903.jpg——与时俱进" />坚固、轻盈以及节约劳动力的潜力等特性，使得碳纤维材料在许多产品中特别吃香。英国一级方程式车队迈凯轮（McLaren）是将碳纤维结构应用到F1赛车上的第一人。约翰·沃森（John Watson ）驾驶着碳纤维赛车赢得了1981年英国大奖赛银石赛道冠军。戏剧化的是，那年晚些时候，在蒙扎（Monza）的一场赛车事故中约翰·沃森安然无恙的出现在人们眼前，见证了碳纤维材料的碰撞承受能力。几年之内，每一个F1车队都在开碳纤维材质的赛车。但要是主要通过手工来组装这些车的话，得需要3000个工时。

而现在，只需4小时就能生产出MP4-12C的碳纤维底盘和车身。为与劲敌法拉利（Ferrari ）在赛道乃至公路上一决雌雄，迈凯轮在2011年推出了这款价值27.5万美元的跑车。 生产MP4-12C的是一座崭新的一尘不染的工厂，位于伦敦西部沃金市（Woking）迈凯轮基地的旁边。未来，该公司将把碳纤维材料应用到了一系列的汽车生产中。迈凯轮同奥地利一家专门从事复合材料研发的公司——卡博科技（Carbo Tech），联合开创的半自动化技术将大大地加快这一进程。这项技术可将材料压入模具中，并在压力的作用下注入环氧树脂。

像许多赛车运动中开创的新技术一样，碳纤维的使用正在从超级跑车一点点地渗透到日常用车的生产中。比如宝马（BMW）正在推出新型碳纤维车身的电动及混合动力系列车型。第一批产品——小型都市电动汽车宝马i3（BMW i3），将于明年开始在莱比锡（Leipzig）新厂下线装配生产。使用同样的蓄电池，比起笨重的钢制汽车，轻便的碳纤维汽车能行使更多的里程数。而且在碰撞测试中也更胜一筹。

另一种令人称奇的坚硬材料将来自于人们丢弃的垃圾中。黄谦智（Arthur Huang）是台湾小智研发（Miniwiz Sustainable Energy Development）的共同创立者之一，曾在美国攻读建筑设计师专业。他利用回收的垃圾改造成建筑材料。其发明的产品之一，宝特砖（Polli-Brick），外形像一个四四方方的瓶子，就是利用可再生PET塑料制成的，这种塑料随处可见，广泛用于制作食品及饮料容器。由于其形状特别，宝特砖可以在未使用任何粘合剂在情况下扣合在一起来堆成像墙一样的结构。黄谦智透露，这些堆起来的宝特砖相当坚固，可抵抗飓风，而同时又能出色地达到减碳之效，其造价约有传统建筑材料的1/4。另外，其半透明的特性，使其可在内部嵌入LED灯，组合使用。

绝对优势

黄谦智的另一种材料是从米糠中萃取而来的天然粘合剂。加入这种材料可有助于凝固。严格来说，这个点子不算新，黄谦智指出，用于建筑中国长城的砂浆中便混有类似的物质。他认为，大陆的房地产热又能为他的产品提供一个大的市场机遇。与其相似的一种材料是从酿造所遗留的大麦壳中萃取而来。黄谦智对这种系统的长远打算是运用到当地社会中去，变垃圾为宝。

渐渐地，产品工程将从纳米开始。纳米技术已经开始用来提高某些产品的性能。例如二氧化钛被用来制成建筑物上的自洁玻璃。这种玻璃薄薄的仅有几纳米厚，足可以透过看清东西，而且在光能作用下有效地去除有机污垢。它同时具有亲水性，吸收雨水形成水滴，从而洗掉污垢。英国一家名为皮尔金顿（Pilkington）的公司于2001年首次用这种技术生产自洁玻璃。

麻省理工学院的实验室里还有更多使用纳米技术的未来产品。克里帕•瓦拉纳西（Kripa Varanasi）和他的同事们正在研制防水性极强的材料。他透露道，这些材料可制成超疏水涂层，用于蒸汽涡轮机、海水淡化等设备上，将大大提高机器的效率和寿命。这种涂料也能应用到现有的为全世界提供大部分电力的蒸汽涡轮机。瓦拉纳西设想，这将成为一项巨大的翻新工程。

大自然早已将纳米结构的材料用到了极致。安吉·贝尔驰（Angela Belcher）正饶有兴趣地研究大约5亿年前的化石，当时海里的软体生物正逐步利用矿物质形成坚硬的贝壳和骨骼。贝尔驰小姐说，这些大自然产物含有精致的纳米结构，比如鲍鱼那闪光的贝壳。她推断，如果生物能够像那样用他们的DNA进行生成物质，那么就有可能效仿它。这就是她的麻省理工学院研究组通过基因工程，在努力实现的。

贝尔驰有个方案是利用病毒做成电池，这看上去可能很奇怪。那些感染细菌、对人体无害的病毒，在基因工程方面却是极为普遍的工具。首先，贝尔驰和她的同事利用基因工程技术使病毒和他们感兴趣的物质互动或结合。由于不能等上百来年，所以他们加速了达尔文的进化进程——一次制造十亿病毒，挑选那些有前途的病毒并不断重复进行操作，直到得到具备所需特性的病毒。

他们已经培育出可生产电池成分的病毒，比如阴极和阳极，并制成小纽扣电池，就像手表的电池，但该技术有望扩大规模。贝尔驰说，这项技术如此吃香，是因为成本低，使用的材料还无毒， 环保。

贝尔驰创建的两家公司已开始用病毒来生产产品了。寒武纪技术公司（Cambrios Technologies）正生产触屏上的透明涂层，而志留纪技术公司（Siluria Technologies ）（贝尔驰喜欢用地质时代来命名她的公司）正在用病毒研发将天然气转换成油或者塑料的催化剂。同时，这些技术还有望用于太阳能电池、医疗诊断及癌症治疗等领域。而所有的这一切均源自一个贝壳产生的灵感。

在麻省理工学院与贝尔驰共事的格布兰德·塞尔达（Gerbrand Ceder），是一位电池专家，他觉得如今研发材料的工艺十分冗长，必须找到一种更简便的方法。一种材料十种不同特性的信息可能分散于十个不同的地方。为了将所有的信息集中在一处，塞尔达和他的同事们在劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的协助下，在去年年底推出了名为材料事业（Materials Project）的网上免费服务，把各物质的特性编成目录。截止到今年3月，该目录收录了将近20000种不同化合物的信息。

这个数据库可供科学家快速物色适合的新材料，预测它们相互间如何反应。这有望推进制造业新型材料的发展。一些新物质要花20年或者更长的时间才能进入市场。 塞尔达说：“因为需要花的时间太长，人们对该领域的投资十分谨慎。因此，我们必须加快进程。”