歡迎進(jìn)入3D制造時(shí)代

一個(gè)新興的數(shù)字生產(chǎn)革命正在到來(lái)，在這一新興革命中，每個(gè)人都可以成為產(chǎn)品制造專家，擁有自己的獨(dú)特工廠。

晚上臨睡前，在新式購(gòu)物網(wǎng)站上看好一雙鞋，下載材料和尺寸數(shù)據(jù)，然后輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳遞到一臺(tái)“加大版”的噴墨打印機(jī)上。第二天一早，打開打印機(jī)，一雙嶄新的鞋就呈現(xiàn)在你面前，穿上它就可以上班了。

這不是科幻小說(shuō)的情節(jié)，事實(shí)上，這種神奇的打印機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)在世界各地?cái)?shù)十萬(wàn)家企業(yè)的工作問(wèn)，甚至還進(jìn)入了一些“3D打印發(fā)燒友”的書房。是的，3D打印（或稱三維打印）技術(shù)正在風(fēng)靡全球。

重型設(shè)備、藍(lán)領(lǐng)工人、裝配線、大工業(yè)……這些都已是工業(yè)時(shí)代的“明日黃花”。“如果有數(shù)百萬(wàn)的人可以在自己家中或企業(yè)中更廉價(jià)、更快捷地同時(shí)生產(chǎn)一批或單獨(dú)一個(gè)產(chǎn)品，而生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品可以與世界上最先進(jìn)的工廠的產(chǎn)品相媲美，那會(huì)是怎樣的圖景？”

美國(guó)華盛頓特區(qū)經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)基金會(huì)主席杰里米·里夫金在其新著《第三次工業(yè)革命》中宣告，一個(gè)新興的數(shù)字生產(chǎn)革命正在到來(lái)，在這一新興革命中，每個(gè)人都可以成為產(chǎn)品制造專家，擁有自己的獨(dú)特工廠。

生產(chǎn)成本只有傳統(tǒng)制造方式的十分之一

一個(gè)完整的3D打印過(guò)程大約是這樣：首先，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）（補(bǔ)充文字鏈接）的幫助，3D打印機(jī)的軟件可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行掃描分析，生成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上。

根據(jù)切片處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)控制下，相應(yīng)的成型頭（根據(jù)設(shè)備的不同，分別為激光頭或噴頭等）進(jìn)行掃描，在工作臺(tái)上一層一層地堆積材料，然后將各層粘結(jié)（根據(jù)工藝的不同，有各自的物理或者化學(xué)過(guò)程），最終得到原型產(chǎn)品。

理論上，幾乎所有的產(chǎn)品，無(wú)論是珠寶還是手機(jī)，抑或是汽車或飛機(jī)的部件，還是醫(yī)療移植物，乃至電池，都可以通過(guò)這種立體的堆疊方式“打印”出來(lái)。

3D打印，是20世紀(jì)八九十年代興起于美國(guó)的快速成型技術(shù)之一。快速成型（Rapid prototyping，RP）（補(bǔ)充圖片鏈接）是一種快速生成模型或者零件的制造技術(shù)。依靠此技術(shù)，可以生成非常復(fù)雜的實(shí)體，而且成型的過(guò)程中無(wú)需模具的輔助。

對(duì)于快速成型技術(shù)的研究始于1970年代，但是直到1980年代末才逐漸出現(xiàn)了成熟的制造設(shè)備。美國(guó)3M公司的Alan J.Herbert（1978年）、日本名古屋市工業(yè)研究所的小玉秀男（1980年）、美國(guó)UVP公司的Charles W.Hull（1982年）、日本大阪工業(yè)技術(shù)研究所的丸谷洋二（1993年），各自獨(dú)立地提出了快速成型的技術(shù)設(shè)想。

這種“添加制造”模式不同于傳統(tǒng)制造的“減成法”，后者是對(duì)原材料進(jìn)行剪裁、拼接然后連接而成。工業(yè)分析家預(yù)計(jì)，今后數(shù)年，將有成百上千萬(wàn)的消費(fèi)者會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載3D的日用品，并在家里或單位將其打印出來(lái)。

3D企業(yè)家們對(duì)這種添加制造法極具信心，這種生產(chǎn)方式所需要的原材料只有傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的十分之一，能源消耗也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的工廠式生產(chǎn)，大大降低了成本。

大規(guī)模應(yīng)用將改變產(chǎn)業(yè)版圖

目前，中國(guó)的快速成型技術(shù)已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展能力。早在20世紀(jì)90年代，就有學(xué)者從國(guó)外引進(jìn)了快速成型技術(shù)，并以高校為依托進(jìn)行研發(fā)。目前，清華大學(xué)、華中科技大學(xué)以及西安交通大學(xué)已經(jīng)成功地將該技術(shù)投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

“快速成型技術(shù)能夠幫助企業(yè)快速將創(chuàng)新的想法付諸實(shí)踐，并通過(guò)最短的周期讓新產(chǎn)品上線。”武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司總經(jīng)理蔡道生說(shuō)。

蔡道生管理的這家企業(yè)，是國(guó)內(nèi)最早一批投入快速成型技術(shù)研究的企業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)為國(guó)內(nèi)200多家企業(yè)、研究單位提供快速成型機(jī)。

“玉柴集團(tuán)在運(yùn)用快速成型技術(shù)研發(fā)新的發(fā)動(dòng)機(jī)之前，制造一個(gè)尚在調(diào)試中的試驗(yàn)產(chǎn)品需要至少五個(gè)月，而現(xiàn)在，半個(gè)月就可以完成了。”蔡道生告訴本刊記者。

快速成型產(chǎn)業(yè)具有一定的市場(chǎng)門檻，僅以激光粉末成型為例，就需要激光、機(jī)電、材料、化學(xué)、控制等各學(xué)科的人才，它是一種交叉學(xué)科的應(yīng)用。蔡道生認(rèn)為，在一定的時(shí)間內(nèi)，快速成型技術(shù)必然以高校為主導(dǎo)，而相關(guān)制造業(yè)的研發(fā)中心也會(huì)向人才中心地帶聚集。

不過(guò)，由于快速成型技術(shù)尚不適用于大規(guī)模的產(chǎn)品制造，另一方面，中國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)的勞動(dòng)力成本相對(duì)優(yōu)勢(shì)還將持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間，這都成為阻礙企業(yè)追求技術(shù)革新的因素。

制造業(yè)企業(yè)缺乏創(chuàng)新，其市場(chǎng)將會(huì)逐漸流失，雖然規(guī)模制造型企業(yè)的地位仍然無(wú)法取代，但隨著制造業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的加速，不具備創(chuàng)新能力的企業(yè)勢(shì)必將被淘汰。

如今，科學(xué)家們正在利用3D打印機(jī)制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡(jiǎn)單的活體組織，很有可能有一天我們能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣大型的人體器官。

同樣，人們還將大規(guī)模“打印”食品。康奈爾大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)成功打印出了杯形蛋糕。幾乎業(yè)界的所有人都相信，食品界的殺手級(jí)應(yīng)用講師能夠打印巧克力的機(jī)器。