3D打印能否改變世界

有人把它比作當代珍妮紡紗機，有人認為它會帶來第三次工業革命，對生活的影響甚至會超越互聯網。它打印出了房屋、模型，未來也許是器官、食品……但目前看，它或許只是工業設計的利器和個人用戶的玩物。

“3D打印”這一詞語在今年剛出現的時候，它只被很多人當做奇聞異事而已。但隨著打印樓房、汽車甚至腎臟的新聞出現，它開始被各路媒體連篇累牘地報道。有關它的各路消息也越來越多，不知是3D打印在這一年確實發展神速，還是媒體將它捧成了明星。

其實，3D打印的概念早在幾十年前就已提出。20世紀70年代，隨著電腦3D設計的興起，越來越多的設計師通過電腦軟件就能設計三維物體。但要把設計的物體真正制作出來，就需要各類材料、加工技術和專門的工人。一旦需要修改，又得重新制作，費時費力。能不能像打印機那樣，直接把模型噴出來呢？基于這一需求，3D打印最初的構想形成了。

1992年，美國斯川塔斯公司賣出了第一臺商用3D打印機。它應用計算機軟件設計出三維立體建模，然后進行打印。其打印的方法如同高等數學里的微積分一樣，把立體的圖形切分成無數個切片，打印機獲取每個切片的信息進行打印，最后用一層層的切片堆疊出物體。

據亞洲制造業協會CEO羅軍介紹，3D打印技術最早被稱作快速成型技術。它制作物體的原理與打印機相似。最大不同就是“墨汁”不一樣。平面打印機使用墨粉就夠了。但3D打印機使用各種各樣的材料，包括樹脂、尼龍甚至金屬。

中科院化學研究所研究員、新材料實驗室主任宋延林告訴記者，任何材料只要能夠變成半流體，并容易固化，都可以作為3D打印機的“墨汁”，比如沙石、食物甚至細胞。把它們通過高溫或者激光的方法抽成絲狀，就可以讓打印機進行“噴墨”了。

“墨汁”材料的擴展，才使3D打印煥發生機。因為，如果只能用樹脂、石膏，不過是方便設計師做模型而已。但各種材料都能使用，3D打印出來的就是實實在在的產品。

2011 年9 月，世界上第一輛“3D 打印汽車”在加拿大亮相。名叫“Urbee”的汽車是一輛三輪、雙座混合動力車，使用電池和汽油作為動力。雖然單缸發動機制動功率只有8馬力，但由于其小巧輕便，最高時速可達112 公里。

目前，打印房屋的試驗正在美國南加州大學進行，該校教授比洛克·霍什內維斯說，一旦試驗成功，打印一幢200平方米的房子，只需要20小時。

不僅如此，一些機構正在進行打印諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織的試驗，在未來，如果3D打印機能夠使用病人自身的干細胞制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官，那么器官移植后的排異反應將會大幅降低。

如此看來，3D打印對世界的改變和影響似乎會是顛覆性的。無怪乎很多人將其稱作第三次工業革命的標志。英國《經濟學人》雜志給出了相對客觀的評價：“偉大發明所能帶來的影響，在當時那個年代都是難以預測的，1750年的蒸汽機如此……1950年的晶體管也是如此。而今，我們仍然無法預測，3D打印將在漫長的時光里如何改變這個世界。”

的確，3D打印在當下生活中能否使用，如何使用才更關系到我們自身。

我在家打印小模型，他們打印出了飛機部件

3D打印的神乎其神，更多人是聽說或者看到。普通人究竟能不能用？在工業制造中，它又運用于哪些方面呢？在宋延林看來，當前的3D打印應用于兩個方向：民用方面，把3D打印當做工藝品的一種制造方法；在工業制造領域，則更多的是用來制作模型、模具來簡化生產環節。

3000元即可打印

3D打印機有沒有，或者是否普遍，問問電商就知道了。在淘寶上查詢“3D打印機”，會出現數百條結果，價格從幾千元到幾萬元不等，最便宜的要三千多元。難道，三千多元就能實現在家3D打印么？

楊陽是中軟集團的軟件工程師，典型的“技術宅”。他在北京參加了一個叫做創客空間的組織，其中一個項目就是3D打印。據他介紹，他們所使用的3D打印機就是幾千元的“便宜貨”，打個小東西，足夠了。

機器只有一個桌子大小，有一個半透明的罩子，它連接電腦，快速“吐絲”，半個多小時的時間，一個塑料扳手就成型了。它不僅僅是個模型，在頂端還能轉動，同真扳手一樣，只不過是塑料制成的，強度造成其無法使用。

據楊陽介紹，打印這樣的扳手，差不多需要一卷塑料。到耗材市場去買，差不多需要一兩百元。而這樣的打印機，幾千元購買也可以，但對于他們這些“極客”而言，自己做出來更有成就。因為，國外早就把3D打印機的關鍵技術在網上公布了，不乏愛好者自己制作3D打印機。

這樣的制作成本，一般家庭足以支付。只要有閑情逸致，打印個水杯、塑料盒還是挺有情趣且實上用的。不過事實上并沒有那么簡單。

圖紙建模是關鍵

很多人都去關注制作的過程，而忘記了最核心的要素——“圖紙”。電腦上需要有扳手的三維建模，才可能打印出來。而這樣的建模并不是一般人能夠做出來的，因為，并非每個人都能使用3D軟件進行圖像設計。

“其實，如果有興趣，也并不太難，”楊陽介紹道，現在有不少國外的相關公司會把各種建模貼到網上，例如Tinkercad等網站。而且，它們使用起來并不復雜，一張照片或其他2D圖片，都能通過程序轉換成3D圖像。還有一款名為Photofly的軟件，只要有一張自己的照片，就能把自己生成3D建模，打印一個自己的人偶也并非難事。

雖然看似把3D打印與普通人拉近了一步，但也并不簡單。如果沒有十足的興趣，一般的現代人不會花時間去鉆研這件事。更何況，只能復制已有的東西，不能天馬行空地創造。

楊陽在半年多前就打印過幾次，之后再也沒玩過。據他自己分析，主要是因為創造性太小，都是拿網上圖紙打些已有的東西，自己發揮的東西不多，而且創意也不夠。“這個項目里玩得最high的就是學藝術并且會建模的，只有他們才能把自己的創意變成現實，獲得成就感。”

國內3D打印已應用于飛機

在我國，早在1991年，華中科技大學就成立了快速制造中心。其中，華中科技大學教授史玉升及其團隊憑借對3D打印技術的研發，在2001年就獲得了國家科技進步二等獎。中國對于3D打印技術的關注并不晚。

今年10月，由亞洲制造業協會聯合華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等權威科研機構和3D行業領先企業共同發起的中國3D打印技術產業聯盟正式宣告成立，成為全球首家3D打印技術產業聯盟。

據史玉升介紹，我國在3D打印技術的核心領域已經與美國3D公司，以色列objet公司等國際巨頭基本處于同一水平。雖然，民間的使用還有一定差距，但在制造業領域，中國技術已處于世界領先水平，并且廣泛應用到航空航天等軍事領域和大型復雜構件的一次成型制造。

北京航空航天大學材料科學與工程學院教授王華明擔任了中國3D打印技術產業聯盟理事長。他和研究團隊通過3D打印技術，已研制生產了我國飛機裝備中迄今尺寸最大、結構最復雜的鈦合金及超高強度鋼等高性能關鍵整體構件，并在大型客機C919等飛機研制生產中得到應用，這在世界尚屬首例。

王華明告訴記者，他們所研究的技術叫做激光成型，是3D打印的最高形態。通常來講，飛機上大型復雜金屬構件，需要制定、開模具、鍛造等一系列環節。僅僅使用生產模具就需要幾十萬甚至上百萬，并且生產周期也很長。激光成型技術的使用，大規模節約了成本和時間。“特別是鈦合金這種很難加工的金屬構件，利用激光成型技術能夠直接生成一個很精致的毛坯，再進行少量加工，就可以直接在飛機上使用。”

社會化制造挑戰“Made in China”

相比較中國對于3D打印的關注，國外“動手”更早。2011年6月，美國總統奧巴馬就宣布了一項新政策，并向3D打印產業支出5億美元以提升美國在制造業上的領先地位。不同的是，中國更多用在重工業，而國外有些“不務正業”。

美國加利福尼亞州的Legacy Effect公司，利用 3D打印機為電影特效片段制造3D模型和原型，為演員量身定制可以完全適合演員的臉、頸部和頭部的道具，在電影《侏羅紀公園》、《阿凡達》、《鋼鐵俠》以及《復仇者聯盟》中都有應用。

日本一家公司推出了面向個人的“Baby復原服務”：只需提供嬰兒在母親肚子里的X光照片，他們便可以將其復原成三維圖像后，打印出一個“肚子里的嬰兒”模型作為紀念。

2011年巴黎春夏時裝展上，荷蘭的一位時尚設計師發布了他直接用3D打印機制作的立體服裝，這些超太空感的服裝由錦綸打印而成。

3D打印的出現，不再依賴人工，沒有組裝流程，如果成本降低，制造業將被重新定義。專家預測，2020年之前，3D打印機將可以從事小規模生產。若果真如此，社會化制造將對勞動密集型的“Made in China”帶來極大的挑戰。

神奇的家用3D打印機

今年9月，3D打印機制造商MakerBot在曼哈頓和休斯敦開設了兩個零售店，推出他們的Replicator2系列打印機。它不是一套復雜的設備，也不需要處理高級軟件，而只由一個簡單的操作系統驅動，就可以把電腦中的設計圖紙變成實物。在店里，基本款的Replicator2售價2199美元，而高端款Replicator2X售價也只需2799美元。在MakerBot的CEO布雷·派蒂斯看來，3D打印機的春天已經來了。他的目標是讓3D打印機創造出桌面制造系統。

和最初的桌面出版設備一樣，早期的3D打印機還很簡陋。但是發展到Replicator2系列，由于配置了更易操作的軟件和可選式雙層擠壓機，它已經可以識別更為多樣化的曲線，制作出更復雜的產品，分辨率更高，色彩更豐富，而且質量更有保證。隨著3D打印數據庫的不斷豐富，自由設計圖案越來越多，我們可以預測3D打印機帶來的桌面制造革命將挑戰傳統工廠大批量生產的模式。

如今在一些美國牙醫診所，不少定制的口腔設備現在都會用到3D打印機。像調整牙齒排列的口腔防護器，戴上它幾個月后就能把牙齒調整到合適的位置，牙醫只需掃描牙齒位置就可以利用軟件制作一個口腔防護器的塑料模型。而且速度還很快，牙醫甚至可以現場使用3D打印機制作出牙齒模型，簡單磨制后就能把假牙給你換上。

入門級的Replicator2使用的是一種環保生態塑料PLA。主要成分是玉米淀粉，溫度降低的時候不會收縮，因此不需要機器進行太多調整，更方便個人操作。據派蒂斯介紹，“PLA是可降解的，打印時的味道就像奶油蛋糕”。在官網上，PLA是48美元/公斤，夠做400顆國際象棋。

雖然你現在可能還想不到買一臺3D打印機回家的用處，但是在派蒂斯看來，這就像早期的電腦，在真正使用前沒人理解它的魅力。他表示，“你將創造出各種神奇的東西”。這些神奇的東西可能是首飾、智力玩具或者各種古怪的雕塑。孩子們經常會有些奇思妙想，會要一些奇怪的玩具，而使用者將在他們眼皮底下變出來。這也就是為什么剛剛開始出售MakerBot時，有一半以上的用戶是程序員，而現在更多的用戶是父母。

或許不久以后，也許只需數年，實用的主流3D打印機的市場規模將達到數百萬臺，消費者在沃爾瑪或者好又多之類的超市里就可以買到，或許售價只需99美元。

3d 打印能引發

下一場工業革命？

看起來很美，想起來很炫，用起來并不簡單。預想與現實的對比，讓人不禁疑惑3D打印技術真的能掀起一場新工業革命么？

至少，美國著名科技雜志《連線》的前主編安德森這么認為。不僅如此，他還用實際行動詮釋了這一觀點：辭去主編職務，投身于3D打印的創業當中。“3D打印是一件比互聯網更重大的事情”，他在新書《造物者：新工業革命》中如此寫道。

在接受媒體采訪時，安德森說道：“3D 打印就像當年的Macintosh（電腦操作系統）一樣，會掀起一場技術革命。它將會走入千家萬戶，成為居家旅行‘必備良品’，我女兒就有一臺。當我看到人們用他們驚人的想象力打印出各種成品時，我意識到這是連接我們的想象和現實的新紐帶，這就是一場革命。”

安德森在新書簽售的演講中把3D打印機類比1764年的珍妮紡紗機。后者是工業革命的起源，而前者將會是新一次工業革命的起源。他之所以沒用慣用的蒸汽機作比方，是因為珍妮紡紗機與3D打印機一樣，都基于家庭誕生，是一個歷史的循環。

毫無疑問，安德森是3D打印技術的瘋狂擁躉。他的觀點也遭到了無數人質疑。但其實，無需去想象遙遠的未來，就目前現狀分析，3D打印至少有著三大瓶頸。

“墨汁”局限打印能力

3D打印不是一項高深艱難的技術。它與普通打印的區別就在于打印材料。

目前，以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已經可以使用14種基本材料并在此基礎上混搭出107種材料，兩種材料的混搭使用、上色也已經是現實。但是，這些材料種類與人們生活的大千世界里的材料相比，還相差甚遠。不僅如此，這些材料的價格便宜的幾百元一公斤，最貴的要四萬元左右。

在北京化工大學材料科學與工程學院教授苑會林看來，可打印材料的稀少和昂貴是制約3D打印技術的最大瓶頸。3D打印需要的材料必須是高分子材料，加熱或激光照射之后要具有流動性，能夠變成流體、半流體，成型之后有能力立刻固化。擁有這樣條件的材料目前并不多。

3D打印的發展也體現了“墨汁”的決定作用。當只能使用塑料、石膏的時候，3D打印的應用主要局限在樣品模型制作；當它能使用鈦合金的時候，也就直接打印出構件使用在飛機上。如果未來幾年，土壤、巖石、細胞等都能成“墨汁”，再造一個世界也就成為了可能。

對此，苑會林持相反觀點。“盡管，使用材料的范圍會擴大，但不會囊括所有。每一個材料都有其自身化學特性，并不是都能實現液化、固化的轉換。例如生命科學家想利用干細胞打印器官。干細胞如何液化、固化轉換，即使轉換成功，還能保證正常機能么？這些預想，我認為都不大可能實現。”

變革僅在工業領域

盡管王華明多年致力于3D打印的研究，并成功完成了科研項目，但他也并不認為3D打印會改變人民生活。

“就我多年跟3D打印技術接觸來看，這項技術在工業領域，確切地說，就是在大型關鍵整體構件的制造方面，帶來了革命性的變化。在其他方面，還看不出會帶來什么變革，特別是人民生活方面。說它是工業革命，說得太大了。”

即使是在工業領域，3D打印也不是萬能的。例如汽車，如果是一整片車蓋，使用3D打印技術沒問題，但是把整輛汽車打出來，一種材料無法完成；如果是一個部件一個部件地打印，再拼裝，那還有什么意義？做個新奇酷品可以，生產使用不可能。

在目前來看，3D打印使用的優勢就在于工業中的大型整體構件。僅在這一方面，3D打印也還是剛剛起步，有很多不足。據王華明介紹，3D打印應用在工業領域就要對工藝有著很高的要求，特別是精密機械。“打印出來開不開裂，能不能成型，質量能否達標，性能怎么樣，都是未來3D打印技術需要努力的方向，”王華明說道，“更重要的是標準。進入生產領域，技術標準體系就需要建立。從這些方面來看，3D打印才剛剛起步。”

不是人人都需要

從另一個方面來看，3D打印在民間應用所主打的“人人都是制造者”，并不是每一個人的需求。

例如，國外科技網站ZDNet的特約撰稿人弗莫爾斯基就十分不理解在家打印塑料小玩意跟去便利店購買相比，有著多大優勢。并不是每個人都有情調，費時費力費錢地制造些小玩意兒能獲得滿足。更何況，現代人的生活已經夠累了，希望一切都是能夠買到的，誰還有心思去自己制造。

即使是個有情趣DIY的人，他也不見得精通3D繪圖軟件，還得求助專業公司；他也許不只想要個塑料制品而已；他可能也不想負擔那么多錢。所以，當前在民間應用3D打印的，都是“極客”。未來幾年也會是他們。

因此，在目前看來，一個只能制造塑料玩意兒的3D打印機能對我們的生活產生多大的顛覆性影響呢？即使有一天，3D打印成本跟購買商品成本一樣低，相信也有很多人去選擇購買。

如果從現狀來看，硬要說會有什么變革，那就是諸如飛機等大型工業制品成本會降低，機票可能會便宜了。

槍支、武器可能泛濫

如同核反應既能發電，又能破壞一樣。3D打印技術在初期就讓人們看到了一系列隱憂，而未來的發展也會令不少人擔心。如果什么都能徹底復制，想到什么就能制造出什么，聽上去很美的同時，也著實讓人恐懼。

據國外媒體11月26日報道，一個自稱“分布式防御組織”的公司目前正在進行一個名為“維基武器”的項目，這一頗具爭議的項目可以設計出全球第一款從網絡下載武器設計圖，并能夠完全利用3D打印機制造出來的設備。現年24歲、得克薩斯大學法律系的大二學生同時也是該組織創始人的科迪·威爾遜宣布，全球第一臺可以打印塑料材質武器的3D打印機原型機即將在今年末正式進入測試階段。目前，在其公司網站上已經能夠下載兩款槍支的3D打印圖紙。其中，AR-15沖鋒槍配備了移動部件，與真槍十分接近。

雖然，“分布式防御組織”打印的武器還沒有測試使用。但據美國《大眾科學》網站消息，一位自稱“HaveBlue”的網友在網站發文稱自己最近成功打印出真槍的部分組件，并結合真槍其他部件制作成一把槍，還在一個農場進行了試槍。“6米遠的地方都能瞄得很準，累計射擊200余次，槍身依然完好無損。”HaveBlue頗為自豪地說。

如果他所言非虛，他將成為世界上第一個成功使用打印槍的人。但同時也引起了公眾恐慌。如果手槍能夠輕輕松松打印并且成功使用，那么人人持有武器的時代就會到來。特別是在中國等大多數公民不能持槍的國家，社會問題將尤為嚴重。因為，它的步驟太過簡單，擁有一臺3D打印機，下載一張圖紙，購買需要的材料，就可以靜待出“槍”。打印槍一出現，立刻啟發了網民的思路，手榴彈等制作簡單的殺傷武器被納入了打印的范疇。

不僅僅是武器，一些唯一性的東西，有了3D打印技術也不再安全。比如，手銬的鑰匙。前不久，德國的一名警察就通過掃描打印出了手銬的鑰匙并成功開鎖。當然，對于白領來說也有“福音”，指紋打卡機將會形同虛設。

設計再無秘密

3D打印是“骨子里”的復制，這讓靠智慧、設計吃飯的人再次擔憂。從網絡信息共享時代吃盡苦頭的創作人剛剛摸出了賺錢途徑，又被3D打印的到來重重打擊。3D打印成熟之后，版權問題將層出不窮。

當iPhone第20代出來的時候，山寨廠商掃描一下，打印一下，山寨機就會源源不斷。特別是制造業上的巧妙設計，將毫無秘密可言。以設計為主要成本的衣服、鞋子、名牌包將會被山寨得一模一樣。把路易威登新出的帆布包，打印成皮包也不是不可能，只要用戶購買了合適材料。

即使在當前，打印“墨汁”還沒有那么豐富，一些領域的大公司也明顯感受到3D打印帶來的威脅。那就是游戲模型廠商，例如樂高。現在用塑料3D打印出樂高玩具不是問題，水平高的玩家甚至能自己修改設計，打造出屬于自己的樂高。

據報道，前不久，中國發明家協會組織了一些企業到北京計算中心參觀3D打印機，大多數人對這一技術不敏感，不覺得它物有所值，唯一產生興趣的是一家想做山寨眼鏡的企業。可見，3D打印技術天生對于山寨有著巨大引力。

“人身攻擊”與“異形”

2D時代，偷拍、艷照的泛濫，以及PS技術的移花接木。如果把它們都變成立體的呢？將這些2D作品轉換成3D建模并不復雜，再把它們打印出來亦非難事。那么，帶有明星臉的充氣娃娃將會是宅男們的最愛；也可以把痛恨的人做成沙袋。但問題也就來了，用戶的行為是否違法呢？照片畢竟只是一張紙而已，而一模一樣的模型著實有些嚇人。

前不久，在英國廣播公司網站上的一段視頻中，美國威克森林大學再生醫學研究所教授安東尼·阿塔拉使用一臺3D打印機打印出了一塊柔軟的人類組織。盡管打印器官還處于科學幻想階段，但在中國科學院北京基因組研究所甄二真教授看來，這個方向在未來是有可能的。

提取人體的干細胞制成“生物墨水”，打印出來，這在生物學家們看來，原理上說得通。如果未來實現，器官捐獻將不再需要，人類將會擺脫疾病、殘疾。但是，如果我想打印一雙翅膀安在身上呢？這些邪惡的想象如果成真，究竟會出現超人還是怪物？

資源大量消耗

3D打印讓設計不再是設計師的專利，讓生產不再是工廠的專利。人人都可以生產東西。隨之而來的就是設計海洋、創意疲勞和信馬由韁積極濫造。

環境保護者要頭痛了，在自由想象與創造欲望的驅動下，隨心所欲地涂鴉將帶來災難性的后果，各種耗材被民間大量使用。大量打印品的出現并快速地更新換代，會對環境造成不小的污染。盡管在制造業領域，3D打印的出現會大大節省成本、節約資源。但普通百姓的大量使用，對資源的消耗將會有過之而無不及。

3D打印鳥喙拯救禿鷹

美國禿鷹Beauty曾被偷獵者射中臉部，嘴部被打傷。動物援救工作者在它餓死之前找到了它，非營利組織通過插管對其喂食。Beauty在志愿者的照顧下逐漸恢復健康，但是它的喙卻永遠不能長回來了，面臨進食困難它可能無法生存下去。在這種情況下，它很可能被執行安樂死。但是，猛禽類專家Jane Fink Cantwell拒絕為其執行安樂死。他加入了機械工程師Nate Calvin的隊伍，同其他科學家、工程師甚至一位牙醫一起設計了用尼龍聚合物制成的喙。這個特制的鷹喙完美地契合了禿鷹原先損壞的部分。Calvin利用3D建模軟件設計出了新的鷹喙，并且用3D打印機制作出了這個“喙”。而Beauty在經歷了艱難的手術之后，獲得了重生。