3D打印機：將夢想帶入現實

如果你對個性化有著特別的要求、覺得工業化流水線生產的產品無法滿足你的個性需求，那么，你只要將自己設計的產品圖，發給一家做3D打印服務的公司，就能得到專屬于你的個性化產品。

這聽上去很夢幻，其實，現在美國一家名叫Shapew ays的公司已開始提供這種在線3D打印服務。除了高跟鞋，從珠寶首飾到咖啡杯、臺燈，顧客只要通過網絡上傳自己的產品圖，或訂購現有的設計圖，該公司就能按圖打印產品，并送貨上門。

早在今年4月，英國《經濟學人》雜志就在其封面文章中宣告：第三次工業革命已經來臨，而3D打印正是其中的關鍵技術之一。也許在200多年前，沒人能想象擁有汽車、電燈和網絡的生活，因為第一次和第二次工業革命只創造出拔地而起的工廠和大片的工業區，以及集中化的生產方式。但兩次工業革命的浪潮，卻讓這一切變成現實，與此一同翻天覆地的，還有全球經濟和社會格局—第三次工業革命，通過信息技術，生產將可以是分散式的，產品將是個性化的。

何為3D打印機

美國科幻作家羅伯特·希克利曾經描寫過關于“萬能制造機”的場景。這是一臺奇特的大機器，機身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑為4英寸。”接到指令，機器發出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現了一顆閃光發亮已經制好的螺帽。也許羅伯特沒有想到如今一臺3D打印機已經將他書中的幻境變為現實，那么什么是3D打印機呢？

3D打印機，顧名思義，用它打印出來的物品并非平面的紙張，而是一個立體固態物體。首先將一項設計物品通過3DCAD（3D計算機輔助設計）軟件轉化為3D數據，然后再根據這些數據進行逐層分切打印。在打印過程中，層層打印出來的切片會不斷疊加，最終形成一個完整的立體物品。簡單說來，3D打印就相當于做“加法”，即作為“增材制造”的3D打印技術，則是按照設計圖，精確制出每一層平面后再進行累加，所以在生產過程幾乎不會產生任何廢棄物。

我們日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品，而所謂的3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，比如打印一個機器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術稱為3D立體打印技術。

據華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升介紹說，這項立體打印技術出現于上世紀90年代的美國，當時命名為快速制造技術。其實“3D打印”是通俗叫法，學術名稱為快速成型技術，也稱為增材制造技術，是一種不再需要傳統的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀，根據零件或物體的三維模型數據，通過成型設備以材料累加的方式制成實物模型的技術。

對制造業的顛覆？

2011年6月，美國總統奧巴馬宣布一項新政策，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。從工業領域到尋常百姓家，3D打印的產業鏈正在形成。“社會化制造”成為行業內外熱議的一個話題，制造業的形態正在發生潛移默化的改變。未來我們有可能利用這項“野蠻”的技術來直接打印出手機。

紐約另一家利用3D技術生產消費品的公司Quirky擁有20萬的注冊用戶，他們在線搜集用戶的創意，產品設計圖紙，用3D打印機以最快的速度成型，再上傳討論，最終確定方案后批量生產。屆時在線上和線下都會有銷售，他們最成功的產品是一排可折疊的接線板，設計者常從一個創意就獲得不少的收入，有的用戶一年能賺幾萬美元。

而美國加利福尼亞州的Legacy Effect公司，利用Objet 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。

3D打印還能實現一些傳統制造方式難以實現的復雜結構。2011年巴黎春夏時裝展上，荷蘭時尚設計師Iris van Herpen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。

不再依賴人工，沒有組裝流程，沒有邊角料，3D技術的這些特點，將在某種程度上重新定義工廠。若成本進一步降低，個性產品將獲得和規模產量同等的競爭力。有人預計，到2020年之前，3D打印機將可以從事小規模生產，制造過去的勞動密集型工藝品和商品。2011年6月，美國總統奧巴馬宣布一項新政策，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。

和美國相比，中國缺少DIY（自己動手）的習慣和創意設計發展的土壤。北京計算中心有一臺3D打印機，其虛擬現實部經理季紅表示，目前大多企業對這一技術不敏感，不覺得它物有所值。而亦有業內人士表示，到目前為止，該技術還存在一些局限性，比如材料限于塑料、樹脂和金屬，精度也只能精確到幾十毫米，在規模化生產方面也不具備優勢。

無論如何，3D打印技術實現了一種可能，只要你有一臺電腦，一個想法，不管你在窮鄉僻壤，還是繁華都市，都可以通過自己的方式，改造這個世界—至少改變自己的世界。

有望促成第三次工業革命

可以說，只要是需要模型和原型的行業，3D打印機都可在此發揮作用。英國《經濟學人》雜志曾指出，在3D打印技術得到廣泛應用的情況下，制造業也許不再運用工廠這種將人力、資金、設備等生產要素大規模集中化的生產方式，而是轉變為一種以3D打印機為基礎、更加靈活、所需投入更少的生產方式。《經濟學人》將這種趨勢稱之為“社會化制造”，并認為這種新型的生產方式，有望促成第三次工業革命。

盡管眾人如此看好3D打印這項技術，但不可否認，3D打印技術要想引領第三次工業革命，還要面對多重困難。史玉升介紹說：“過去傳統的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料融化灌進去得到這樣的零件，這樣對復雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術對于復雜零部件而言具有極大的優勢，立體打印技術可以打印非常復雜的東西。”其次實現了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數據泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業，如軍工、核電領域。再次由于制造準備和數據轉換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產的周期和成本降低，特別適合新產品的開發和單件小批量零件的出產。

這些速度快、高易用性等優勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領域得到了應用。如今3D打印機已經在建筑設計、醫療輔助、工業模型、復雜結構、零配件、動漫模型等領域都已經有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業，3D打印技術“打印”的產品是自然無縫連接的，結構之間的穩固性和連接強度要遠遠高于傳統方法。國務院學位委員會李德群也表示，目前這種技術還局限于在試制階段，其應用領域還不夠廣闊，要勇于嘗試在高端的國防領域方面的應用。

除此之外，該技術的“打印材料”也十分有限：首先，3D打印機需依據要打印的商品尋找特殊材料，有些材料不僅難找而且價格昂貴。其次，除了用來滿足個人設計師和普通愛好者的個人3D打印機之外，其他的3D打印機均價格不菲，每套大概需要10萬美元左右，最貴的甚至達到120萬美元。再者，當任何一個產品被濃縮于數字文件中，都會加快它們被復制和傳播的速度，自然也更容易遭到盜版，這無疑會對原創者的知識產權造成極大侵害。