3D打印能改變世界嗎？

周文新

查爾斯·赫爾20世紀(jì)80年代發(fā)明3D打印機(jī)的時(shí)候，肯定沒想到他的這個發(fā)明會如此深刻地影響這個世界。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志甚至宣稱，3D打印即將開啟新一次的工業(yè)革命。

原理：用計(jì)算機(jī)“堆砌”出物品

3D打印技術(shù)的原理非常簡單：就是用蓋房子的方法，把一件東西精確地“堆砌”出來。

首先需要用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（CAD）對要打印的物件進(jìn)行三維建模（3D建模），之后用軟件對虛擬的這個立體模型進(jìn)行分層，以便于3D打印的分層打印。完成分層模型文件的制作后，將文件傳輸給3D打印機(jī)，3D打印機(jī)隨即使用其裝載的原材料（比如液體，粉末或者是板材）開始一層一層地“堆砌”，最終完成物件制造。不過，這個打印過程只是打印出一個“毛坯”，打印出來的東西要比初始設(shè)計(jì)的原樣稍微大一些，隨后還需要進(jìn)一步精細(xì)加工，通過銑、磨等方式，去掉多余的部分，使最終零件的尺寸和表面質(zhì)量等都達(dá)到初始設(shè)計(jì)的要求。

分析整個3D打印過程不難發(fā)現(xiàn)，3D打印機(jī)的材料使用、機(jī)器大小都在限制打印物品的材質(zhì)、性能和大小。目前市面上可以買到的最便宜的3D打印機(jī)價(jià)格在1萬元左右，其加工精度只有米級，用來加工門板之類尚可，若用它來打印牙簽，打出來的只能還是門板。而要制造那些厘米級的精細(xì)物件，則需要百萬元以上價(jià)格的3D打印機(jī)。

應(yīng)用：幾乎涵蓋三百六十行

3D打印技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是省去了加工和組裝的過程，以往生產(chǎn)一些物件特別是工業(yè)制品的時(shí)候，由于這些制品往往形狀不規(guī)則，有棱有角有分叉，使用傳統(tǒng)切削工藝會浪費(fèi)很多原材料；而用鑄造工藝制造，精度又達(dá)不到要求；如果分段建造并組裝，強(qiáng)度又不夠，而3D打印技術(shù)可以一次成型，保證整體強(qiáng)度，同時(shí)其初始精度雖然還需要深加工，但是已經(jīng)遠(yuǎn)超鑄造工藝，因此被廣泛用于樣機(jī)研究、建筑、工業(yè)設(shè)計(jì)、軍事、工程等領(lǐng)域。我國航空航天領(lǐng)域的不少難題都是用3D打印技術(shù)成功突破的。而荷蘭阿姆斯特丹建筑大學(xué)的設(shè)計(jì)師們于今年1月已經(jīng)開始打印全球第一座打印建筑物了。

除此之外，醫(yī)療、時(shí)尚、珠寶、教育和食品等領(lǐng)域也開始使用3D打印技術(shù)。在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)為復(fù)制人體代用器官提供了更為精細(xì)的選項(xiàng)，比利時(shí)和荷蘭科學(xué)家聯(lián)手用3D打印為一位83歲女性打印出了人造下顎，德國一家公司使用3D打印技術(shù)制造出了人體血管。前不久，浙江龍泉的藝人用3D打印技術(shù)打印出了精細(xì)的青瓷工藝品，其加工精度與優(yōu)秀大師的作品不相上下。還有一家美國公司嘗試采用3D打印技術(shù)制造豬肉，目前生產(chǎn)出的第一片豬肉幾乎與普通豬肉一樣。

前景：三大瓶頸有待突破

3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。但是它要想一飛沖天，還需要突破幾個瓶頸。

首先是材料的瓶頸。3D打印使用的材料或者是粉末，或者是融化的材料，包括鈦合金、光敏材料等，目前價(jià)格都非常高，難以推廣。另外，這些可融化材料的熔點(diǎn)都較低，因此3D打印出來的部件不能用于高溫環(huán)境，這大大限制了3D打印的應(yīng)用范圍。2012年美國一個工程師在自己家里用3D打印機(jī)制造了一個步槍零件，這個樹脂步槍零件與真實(shí)步槍零件相差無幾，但是如果真用這個3D打印零件替換真槍零件，打上幾發(fā)子彈后它就要被高溫?zé)g掉，而真槍零件可是能承受上萬發(fā)子彈射擊的。

其次是推廣的瓶頸。目前3D打印機(jī)低端產(chǎn)品不少，加工精度在米級上下，而高端產(chǎn)品才能體現(xiàn)3D打印精細(xì)化和一次成型的優(yōu)勢，但是目前這些高端3D打印機(jī)的價(jià)格至少幾百萬元一臺，幾千萬元或者上億元的機(jī)器也有。高昂的價(jià)格使3D打印機(jī)無法大規(guī)模投入生產(chǎn)。而且目前使用金屬材料進(jìn)行3D打印的制造效率不高，每小時(shí)只能“堆砌”100到3000克左右，對于動輒幾百公斤的部件來說，這個制造速度太慢了。

再次是設(shè)計(jì)的瓶頸。3D打印的核心之一就是計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際物品進(jìn)行三維創(chuàng)作。應(yīng)付簡單構(gòu)造的物品還可以，遇到復(fù)雜的物體，比如大腦等人體器官，由于人類本身對其的認(rèn)識水平都十分有限，3D打印技術(shù)就愛莫能助了。在3D打印技術(shù)的北京體驗(yàn)館，觀眾可以在現(xiàn)場打印出自己的三維模型，但是這個模型僅僅只是個空殼，無法體現(xiàn)人體內(nèi)部機(jī)能。

以上三點(diǎn)的解決，必須依靠人類在基礎(chǔ)學(xué)科的理論和實(shí)驗(yàn)突破才能解決。隨著人類的不斷進(jìn)步，相信這些科學(xué)上的瓶頸遲早會突破。精細(xì)化的3D打印技術(shù)一旦普及，可能會改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)模式：以往需要大型廠房、工業(yè)流水線才能組裝的飛機(jī)、汽車，可能一個人在家里就能打印完成。由此帶來的對工業(yè)革命以來生產(chǎn)方式的變革將是難以估量的。——不過，由此帶來的社會倫理思考更令人撓頭：如果有一天，人們可以在家里使用3D打印技術(shù)任意制造出槍支甚至重型武器，人類社會是會更有秩序，還是更無秩序？

（責(zé)編：石磐）