3D打印，沒那么神奇

在人們對3D打印報以無限期待時，也有些人時刻保持著冷靜。《連線》雜志網站日前發表3D設計、工程和娛樂軟件公司Autodesk總裁兼CEO卡爾·巴斯（Carl Bass）的一篇文章，從業內人士的角度闡述了3D打印領域的現狀和前景。巴斯認為，雖然3D打印最近引起眾多關注，但這項技術無法取代其他生產工藝，而且面臨著材料、成本等方面的諸多限制，商業模式亟需改進。

而制造業大佬、鴻海董事長郭臺銘也曾對3D打印口出“惡言”。他表示，3D打印絕不等于第三次工業革命，只是噱頭而已，甚至說：“如果真的是，那我的‘郭’字倒過來寫。”

3D打印真是無所不能嗎？未來的3D打印將會發展成什么樣，誰也不能下一個定論，但是在現階段，3D打印并不是無所不能的，似乎也是不爭的事實。

神話一

3D打印將取代傳統制造業

在3D打印的眾多神話中，“取代傳統制造業”恐怕是最“神”的一個了。有人認為，3D打印機的出現改變了制造行業，你不再需要龐大的工廠，也無需跟工會打交道，只需在你屏幕上點擊一個鍵——打印，就能重造了一個龐大的產業。

對于這一觀點，中國3D打印技術產業聯盟秘書長、亞洲制造業協會首席執行官羅軍認為，這種看法是不符合實際的。任何商品的功能性都是由不同材料形成的，生活中我們需要很多商品，但我們每個家庭不可能都準備各種材料自己加工。如果我們需要的任何東西都靠自己打印，成本將大大超過大規模制造的同類商品。

不只是成本的問題，人們往往還有一個誤解，認為3D打印可以一下子打印出汽車或電視這樣的電器。“其實，3D打印只能獲得一個外觀相似的模型。要想具有真正的功能，還是要將其內在的電子元器件和成千上萬個零部件一個一個打印出來，再組裝而成。而這個組裝過程，還是需要在傳統制造體系的車間、傳送帶上完成。”郭嶠說。

同時，材料技術問題的制約，也無法使3D打印完全代替傳統制造業。正在撰寫中國第一本關于3D打印書籍的中國科學院自動化研究所副研究員吳懷宇告訴記者，與傳統切削加工技術相比，3D打印產品尺寸精度和表面質量相差較大，產品性能還達不到許多高端金屬結構件的要求。

在他看來，目前的3D產品，從精度和強度上都有問題，所以制造出來的并不是最終的工業級產品，而更適合作為產品設計的模型。

因為真正的工業級打印機，一臺3D打印設備就在五六百萬美元的量級，而且金屬粉末也很貴。同時，打印材料上也有需要技術突破的地方，比如打印金屬構件的3D打印“墨汁”——金屬粉末。這些粉末并不是簡單的將金屬磨成細粉狀就可以，為了使金屬粉末能燒融并且在0.1秒內凝結成形，金屬粉末中要添加很多化學物質，3D打印的金屬粉末材料，實際上是一種化合物。如果要做出媲美傳統工藝的金屬構件，這個化合物的配方需要進行大量的研究。

雖然金屬是3D打印中技術難度最大的材料，但是想代替傳統制造業，普通的材料也一樣面臨著問題。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。

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，并不是所有材料都能實現液化、固化的轉換，擁有這樣條件的材料目前并不多。

在我國，3D打印最大的技術瓶頸也主要是材料。羅軍告訴記者，任何一件產品的功能性主要取決于材料。難以突破的主要因素在于，我國工業化起步較晚，產業基礎薄弱。未來突破的關鍵在于市場運用增加以后，將倒逼我國材料產業的進步。

雖然阻力重重，但是3D打印正朝著多種材料的趨勢發展，而設計軟件卻還沒準備好登上這個競技場。

吳懷宇說，人們不能只關注3D打印機本身，幫助打印機實現最終工作的設計軟件實際上非常重要。軟件是3D打印的核心，它利用計算機來生成數字化的3D圖紙模型，以便輸出到3D打印機。正所謂“巧婦難為無米之炊”，缺少數字化軟件支持的3D打印機將會變得毫無用處。

“而目前軟件設計也是個問題。”吳懷宇說，當一個由多種材料組成，具有復雜功能，而且設計上還包含上百萬精致又不同的設計曲面時，這個設計文件一定會占用令人難以想象的內存，一般的計算機可能很難完成這樣的任務。這就是為什么現代設計軟件還不能準確描繪出由細胞、神經末梢和血管組成的有血有肉的人手詳細模型的原因。

神話二

3D打印機會走入每個家庭

對大眾而言，能夠走入家庭的桌面級3D打印機似乎更奪人眼球。不少人已經將其比為計算機界的個人電腦了。30年前，電子表格辦公軟件推動了PC機的普及。如今，一旦人們意識到，他們可以打印浴簾環之類的小東西，而無需再開車出門購買一些生活品時，3D打印就會成為主流。

不過，與家庭計算機不同，3D打印技術對使用者的設計能力有較高要求，因而對3D打印進家庭這一概念目前還不應太高期望。郭嶠告訴記者，雖然理論上3D打印能讓每個人成為設計師，但是就目前而言還是需要使用者具有相當的機械與計算機知識，能夠操作3D建模軟件。

“一般來說，設計師利用CAD軟件建立立體模型，再把數據傳給3D打印機，打印機特有軟件能‘讀懂’這些數據并控制打印。”郭嶠介紹，“這一流程對普通人來說還是比較復雜的。因此，國外一些公司嘗試把建模簡化，讓一般人有可能操作。不過，這一目標實現之路還很漫長。”

當然，目前普通人能夠操作的3D打印還是有的。他介紹，國外一些公司設計的3D軟件能在網頁上直接運行，顧客通過鼠標操作就能完成簡單的輸出。它們通常是由幾個固定圖形組成，如正方形、圓形等基本結構，用戶調整尺寸后打印輸出，再把幾個零部件成品搭起來就完成了。這些打印品有很大局限性，比如不規則形狀就打印不出來，不過對普通用戶來說這不失為一種體驗3D打印的方式。

神話三

3D打印節約時間和材料

3D打印有兩個別名：“快速成型”和“增材制造”。顧名思義，速度和節約原料是3D打印的兩大優勢。不過，這兩大優勢與人們想象中不太一樣。

以3D打印的制作過程來說，真的談不上“快”。郭嶠告訴記者，“如果我們想做一個玩偶，按照傳統工藝，注塑機工作幾秒鐘就能實現；而3D打印則需要好幾個小時。不過，在制作之前的準備環節，傳統工藝動輒需要幾個星期來開模具，而3D打印只需要幾個小時來設計。所以，3D打印的‘快’體現在準備過程上，綜合看來3D打印確實耗時更短。”

不過，對于比玩偶大得多的物品而言，情況就要復雜多了。在3D打印界有個“冪定律”，說的是假如我們想要兩倍大的東西，就要花費8倍的材料和8倍的時間，想要3倍大的東西，就要花27倍的材料和時間。這是不是說3D打印不適合體積大的產品呢？

清華大學激光快速成形中心林峰教授表示，由于體積是尺寸的3次方，冪定律確實影響制作時長。不過，更多情況下耗時取決于精度的要求，精度越高則打印越慢。“準確地講，3D打印是一大類技術的統稱，有些工藝可以做到很精準，這樣當然耗時長。而精度低的工藝就要快得多了，它的成品還可以通過后期切削等方式來加工，達到更好的精度。因此，找到適合的工藝很重要，耗時并非簡單3次方。”

在節約材料方面，3D打印有別于傳統減材制造帶來材料浪費，確實節約原材料。不過，郭嶠提到，與我們想象的不同，3D打印所謂的“增材”也并不意味著完全不浪費原料。比如，打印一個房子模型，一層層疊加，當打到房檐的突出部分怎么辦？直接打印材料會掉下來。像現實中蓋房子需要腳手架托起飛檐一樣，打印時也需要這么一個支撐物，打印完成后再把它拆掉，這個支撐物大約會造成20%-30%的浪費。而且在打印有很多較大空隙的塑料產品時，材料的浪費是比較嚴重的。中空的物體需要更多的支撐材料，這些材料會產生額外的廢棄塑料粉末。盡管一些多余的支撐物材料可以回收，但是研究發現，平均只有40%的多余塑料粉末可以回收利用，而剩下的60%的則被倒入垃圾箱。

而另一種浪費則更加隱秘。以一件玩具為例，一個是亞洲一家沿海工廠批量制造的，另一個則是美國一個小打印店打印的。這兩個塑料玩具哪個更環保呢？考慮到兩個玩具都是塑料制造的，每生產一公斤的產品，一臺3D打印機的耗電量至少是工廠注塑機的10倍。盡管名聲不好，但是注塑機實際上非常節能，而且不產生任何原料浪費。所以，如果3D打印成品的浪潮擴大的全球，個人創造品海量出現，那么到底誰更不環保、更浪費，將是一個需要考慮的問題。

神話四

3D打印市場已經厚積薄發了

3D打印這個詞很“火”，但與之不成正比的是它的市場：去年全年，全球3D打印全行業銷售量只有4.2萬臺，其中2萬臺還是由Stratasys一家售出的。市場培育嚴重滯后是3D打印商業化的一大窘境。

以國內3D打印企業而言，郭嶠告訴記者，太爾時代去年在全球范圍內賣出四五千臺3D打印機，今年預計會增長一倍多，但是從消費級電器來講，這一銷量還是太少了。國外情況也大體如此，因此“說3D打印井噴的時代還為時尚早，市場還需要長期地培養”。

在市場培養期，某些混亂難以避免。“我們的桌面3D打印機售價9999元人民幣，而在網上，顧客可以找到五六千甚至3000元的打印機。由于3D打印行業是開源代碼的，這些機器不需要研發就能‘攢’出來。盡管存在著技術不是組裝者研發所以難于改進的問題，但是并不妨礙這些企業賺到第一桶金。”郭嶠說。

不過，對整個3D打印行業來說，“第一桶金”是遠遠不夠的。Stratasys亞太與日本地區總經理Jonathan Jaglom認為，3D打印的瓶頸在于人們再投資的意識。“以Stratasys 為例，我們收入的30%會再被投入到新材料的研發中。現在我們已經有130多種不同的新材料了，在我做這個行業20多年來，我們也看到不少公司很難有持續性的發展，這就是說你必須有一部分營收投入到再投資。”

神話五

3D打印范圍不受限制

在去年的賀歲片《十二生肖》中有這么一幅場景：成龍戴著一副白手套，摸了一下國寶十二生肖的頭像，就把頭像數據掃描進了電腦。與此同時，相隔幾公里之外，他的伙伴用一臺柜狀機器瞬間復制出一個一模一樣的獸首。

雖略顯夸張，但在我國最早從事3D打印專家之一、華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升看來，這一場景用3D打印就能做到。不過，在電影中吸引人的橋段，到了現實中，卻不免帶來法律問題。比如，在藝術品收藏中，3D打印或許將讓文物制造者有了更好的工具。油畫耗材的出現，只要做油畫表面的精細掃描，輕易就能一比一打印出一件藝術品。隨著技術發展，出現高仿贗品的可能性將越來越大。

不僅如此，3D打印槍支也已經出現了。美國一個名為“分布式防御”（Defense Distributed）的激進組織發布廣告稱，只要擁有一臺電腦和一臺3D打印機，只需幾個小時就可以制造一支半自動槍。無需生產許可證，不需要接受背景調查，即使不懂槍支知識和制槍技術也能在家輕松擁有一支槍。

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，準確地說，HaveBlue并沒有打印一把完整的手槍，他只是打印出了AR-3D5自動步槍（軍方稱之為M3D6）的機匣。

但是HaveBlue結合真槍其他部件制作成了一把真槍，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。

槍械如果可以不受限制地被大范圍打印，那么后果不堪設想。美國步槍協會（NRA）曾有一句名言：“如果槍支不合法，那么將只有罪犯才會有槍支。”未來，這句話有可能會變成“如果槍支不合法，那么罪犯將擁有3D打印機”。

而3D打印的問世，還涉及到盜版、版權等問題，開源性的圖紙，導致很難對版權和知識權產進行有效保護。一個設計師花費幾年時間的辛苦工業設計，被遠在地球另一端的人，只花費幾分鐘就簡單打印出來，并以此牟利，這樣的的事情未來很可能會發生。

當然，目前說3D打印可能牽涉到違法獲得為時尚早，但是史玉升表示，缺乏行業標準是產業化發展體制上的障礙之一，“比如，我們用3D打印做出假牙，從實驗室看與傳統制造的假牙性能差不多，但是沒有評判標準，醫院還是不敢用。事實上，這是一個國際性問題，發達國家也只有部分3D領域的標準，沒有總體規范。現在，我國開始重視這個問題，加緊研究制定。”

神話六

3D打印可以制造人體器官

在BBC（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，為人們展示了一段科幻小說似的場景。在一臺3D打印機的沙沙作響中，一塊柔軟的人體組織被打印出來，安東尼隨后還展示了他們當天早些時候打印出來的人的腎臟。

據安東尼介紹，打印器官時，研究人員首先從成年病人的骨髓和脂肪中提取出干細胞，通過采用不同的成長因子，這些細胞能夠被分化成不同類型的其他細胞；然后他們再將這些細胞轉化成液滴，制成“生物墨水”。接下來注射器一層一層地將“生物墨水”噴涂到凝膠支架上，這樣一層層重復噴涂，直到器官的三維結構完成。這樣，最終就能打印出一個完整的器官。

但是在很多學者看來，打印器官，目前只能算是一個科學幻想。

“目前來說，用打印的方法獲得人類器官，還僅僅只是停留在科學幻想的階段。”北京大學醫學部解剖學與組織胚胎學系教授于恩華告訴記者。

同時，中國科學院北京基因組研究所甄二真教授也認為：“這個方向在未來是有可能的，但是如果說他現在就做出來了，一定是有問題的。”

于恩華說，人體的干細胞確實有分化的能力，它就像一個發育不成熟的細胞，能夠在一定的營養和生成條件下，轉化為肌肉細胞、神經細胞、腎細胞等人體各種細胞。但是不能說，因為干細胞有這種能力，通過打印就能獲得一個有生命力的器官。

“就像人們已經掌握了基因圖譜，但是至今也無法合成生命一樣。人類目前就連一個單細胞的生物，都沒有成功造出來過。”于恩華說，“掌握了生命的構成結構，和創造一個有活性的機體，之間的差別就像天與地的距離那么遠。”人們對生命的認識還很有限，生命絕不是細胞、血管加神經就能簡單復制的，其中的很多聯系要比人們想象的復雜得多。

甄二真告訴記者，人體組織是非常復雜的，由細胞、纖維組織、結締組織、脂肪等構成。利用自體干細胞，就能培育出完整的腎臟，目前這是不可能的。因為這中間還有復雜的過程。人造腎臟屬于生物工程學的領域，但是要達到生物工程學的高度，需要完備的生物科學做支撐。

“但是人類現在所掌握的知識，連生物科學的很多基礎問題都沒有解決。”甄二真說，比如有人說用自體干細胞就能造出器官，但是干細胞要首先在體外進行誘導分化，然后再將分化的細胞準確安放在器官的固定位置。而干細胞的體外誘導分化，以及準確排列分子的位置，就是目前學界還未攻克的難題。

此外，構成器官的像氨基酸、多糖甚至是看不見的組織間液等處于分子水平的物質該如何排列安放，也是目前無法解決的基礎科學問題。而這些內容，還沒有任何醫學文獻可以提供參考。

“即使這些問題都解決了，也只能說基礎科學弄清楚了。要想制造出腎臟，還需要進行更長時間的研究。”甄二真說，這就像弄清楚飛行原理和制造出能上天的宇宙飛船一樣，它們之間的差距是巨大的。