3D打印需要“去神化”

3D打印初出茅廬的今天，人們看到了它的無(wú)限可能性，有人稱(chēng)3D打印將成為第三次工業(yè)革命。毫無(wú)疑問(wèn)3D打印像一股洪流，涌入了人們的生活。但3D打印的未來(lái)或許并沒(méi)有人們想象的那么美好，它似乎被神化了。

幾十年，或許上百年后，早上起床可能不是件痛苦的事情了。因?yàn)槠鸫埠蟮戎愕模莿偝鰻t的金槍魚(yú)蔬菜三明治等豐富的早餐。它們從廚房3D打印機(jī)中被源源不斷地打印出來(lái)。而這些食物不管從味道還是造型上，都和從五星級(jí)酒店后廚端出的食物一模一樣。只要你能從網(wǎng)上買(mǎi)到配方，家庭3D食物打印機(jī)，能讓你吃到任何美食。

吃完豐盛的早飯，你開(kāi)始了今天最重要的工作，建造一座房屋。走到院子里，和鄰居一起看著工程起重機(jī)在新的地基上轟鳴。一個(gè)巨大的噴嘴，根據(jù)電腦中的圖紙，緩緩擠出一層層的混合建筑材料，一座房子就這樣在你眼前一層層地升高。

和100年前的房子不同，你家的新房子已經(jīng)完全摒棄了那個(gè)年代崇尚的線(xiàn)條簡(jiǎn)單的“包豪斯”效果。由于建筑噴嘴可以完成你的所有設(shè)想，這棟新房子，就像中國(guó)傳統(tǒng)藝術(shù)品“玲瓏球”那樣，全部是由圓潤(rùn)的曲線(xiàn)和鏤空的結(jié)構(gòu)組成。雖然造型奇特超過(guò)21世紀(jì)初的任何建筑，但是由于結(jié)構(gòu)合理，它的抗震等級(jí)仍然超過(guò)8級(jí)。

回到屋子里，打開(kāi)電腦處理一些工作的事情。一些手下記者傳回的關(guān)于調(diào)查私自打印人體器官黑幕的報(bào)道令你非常震驚。

雖然打印器官在這個(gè)時(shí)代還是有所非議，但是在得到特別許可的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，有些人還是能利用打印的器官，拯救生命。但是還有一些急需器官的人們，在未經(jīng)許可的機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)和更換器官，而這些機(jī)構(gòu)提供著質(zhì)量不佳的產(chǎn)品，卻收取高額的費(fèi)用。如何整治這些日益繁榮的黑市交易，成了媒體報(bào)道的焦點(diǎn)。

在結(jié)束一天的工作后，聽(tīng)女兒講述在學(xué)校的學(xué)習(xí)內(nèi)容。和幾十年前不同，當(dāng)講到蘇美爾人的楔形文字時(shí)，她們不再對(duì)著一張含混不清的圖片仔細(xì)辨認(rèn)，而是每個(gè)孩子手里都可以拿著一塊大小、尺寸、乃至于材質(zhì)都和古老的文物一樣的刻著楔形文字的石塊。

晚飯后，電視上插播了一條緊急消息：在月球上利用3D打印筑造基地的探險(xiǎn)隊(duì)遇上了大麻煩，一個(gè)關(guān)鍵機(jī)械出現(xiàn)故障，探險(xiǎn)隊(duì)員可能面臨生命危險(xiǎn)。在人們都為他們捏著一把汗的時(shí)候，地球指揮部發(fā)現(xiàn)這個(gè)故障來(lái)自于一個(gè)零件的損壞。幸運(yùn)的是，月球探險(xiǎn)隊(duì)攜帶的3D零件打印機(jī)迅速“制造”了這個(gè)零件，解決了這次危機(jī)。

這些設(shè)想很難說(shuō)就不能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。去年秋天，紐約曼哈頓出現(xiàn)了第一家3D打印店，它是由著名3D打印公司MakerBot開(kāi)設(shè)的。在那里，顧客可以觀看3D打印機(jī)演示，參加相關(guān)培訓(xùn)活動(dòng)，并根據(jù)自己的需求，定制獨(dú)一無(wú)二的禮品。

2013年6月26日，微軟在全球開(kāi)發(fā)者大會(huì)Build 2013上，宣布Windows 8.1操作系統(tǒng)將支持3D打印。若順利推出，那全世界將有數(shù)百萬(wàn)計(jì)的PC可支持3D打印的“即插即用”功能。

不過(guò)，目前這樣的3D打印店還是鳳毛麟角，win8.1也還沒(méi)有普及。除了買(mǎi)一臺(tái)回家，我們只能在3D打印機(jī)制造廠(chǎng)看到它的真面目了。

探訪(fǎng)3D打印工廠(chǎng)

近日，記者在北京一家3D打印設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)太爾時(shí)代科技有限公司市場(chǎng)部經(jīng)理郭嶠的陪同下走進(jìn)了3D打印機(jī)廠(chǎng)房。

太爾時(shí)代生產(chǎn)的3D打印機(jī)分兩種：面向個(gè)人用戶(hù)的桌面級(jí)和產(chǎn)業(yè)級(jí)。前者看起來(lái)很像個(gè)微波爐，重約30斤。在這臺(tái)“微波爐”里面，粉末不斷落下，粘合在一起，由點(diǎn)到線(xiàn)，由線(xiàn)到面，再由面到立體。郭嶠把這一過(guò)程比作“蠶吐絲”：把蠶絲加熱融化，再像擠牙膏一樣擠出來(lái)，通過(guò)電腦控制打印路徑，如蠶絲一層層繞著，結(jié)繭般堆起來(lái)。

當(dāng)然，實(shí)際過(guò)程比說(shuō)起來(lái)慢得多，在記者盯著看的幾分鐘內(nèi)，完全想象不出它成型后的樣子。郭嶠說(shuō)，這是在打印一串項(xiàng)鏈，整個(gè)打印大概需要四五個(gè)小時(shí)。

與桌面級(jí)相比，產(chǎn)業(yè)級(jí)3D打印機(jī)算是龐然大物了，近一人高，像個(gè)超大型冰柜。由于功率比較大，這一區(qū)域明顯熱得多。

在廠(chǎng)房中，所有3D打印機(jī)成品都在運(yùn)行。“打印機(jī)組裝后，都要經(jīng)過(guò)48小時(shí)連續(xù)工作，以驗(yàn)證是否符合出場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。”郭嶠說(shuō)，“至于打什么，有時(shí)客戶(hù)會(huì)需要我們提供3D打印服務(wù)，我們根據(jù)要求打印，簡(jiǎn)單的只用幾十分鐘，而復(fù)雜的可能要用2-3天。此外，3D打印機(jī)還能‘自給自足’，我們用測(cè)試中的3D打印機(jī)打造組成3D打印機(jī)的零部件，不需要開(kāi)模具，否則一點(diǎn)小改變，模具就廢了，用這種直接制造的方法效果很好。”

據(jù)了解，3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)的打印技術(shù)有著很大差異。3D打印的“墨水”可以是各種材料。如金屬、液體、粉末、塑料絲、沙子、紙張等，制造的產(chǎn)品從玩具、工具、到廚房用品、建筑、衣服應(yīng)有盡有，甚至還可直接打印具備觸感的人造耳朵、骨骼、人造假牙、肉，以及槍支、跑車(chē)等。美國(guó)研究人員甚至制造出一架3D打印無(wú)人飛機(jī)，巡航時(shí)速可達(dá)到45英里。

3D打印機(jī)通過(guò)噴墨沉積、熔融沉積成形、激光燒結(jié)、立體光刻、電子束熔煉、超聲波固結(jié)等工藝將三維數(shù)字模型變成實(shí)物。以最常見(jiàn)的噴墨沉積技術(shù)為例：每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先噴灑一層均勻的粉末，然后在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小且不易擴(kuò)散，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層粉末一層膠水的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要從松散的粉末堆中取出模型即可，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，3D打印就像是斷層掃描的逆過(guò)程，斷層掃描是把對(duì)象“切”成無(wú)數(shù)疊加的片，而3D打印則是一片片地打印，然后逐漸累積成為一個(gè)立體物體。這就意味著，只要有3D模型，你甚至可以打印出一座等高的維納斯雕塑放在家中。

太爾時(shí)代是國(guó)內(nèi)最早從事快速成形技術(shù)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。郭嶠告訴記者，去年太爾時(shí)代生產(chǎn)的3D打印機(jī)銷(xiāo)售額4000萬(wàn)人民幣，今年預(yù)計(jì)可達(dá)6000萬(wàn)。這些打印機(jī)被銷(xiāo)往世界各地，既有美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，又有非洲等國(guó)。相對(duì)而言，由于工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)客戶(hù)層面較窄，售價(jià)高昂，銷(xiāo)量比桌面級(jí)3D打印機(jī)略遜。

而2012年11月20日，中國(guó)首家3D打印體驗(yàn)館暨3D照相館落戶(hù)北京了。這是在北京市科委、北京工業(yè)設(shè)計(jì)促進(jìn)中心的大力支持下，由北京上拓科技有限公司投資建設(shè)的。

負(fù)責(zé)人邵漠宇表示，3D打印體驗(yàn)館以3D照相為核心功能，同時(shí)致力于為廣大消費(fèi)者提供更多的基于3D打印的個(gè)性化產(chǎn)品定制，如游戲動(dòng)漫、禮品紀(jì)念品、時(shí)尚飾品、高端藝術(shù)品等等。自開(kāi)業(yè)以來(lái)，參觀者絡(luò)繹不絕。不過(guò)，普通消費(fèi)者可能最關(guān)心的是價(jià)格。和普通的照相相比，3D照相的價(jià)格可要貴多了。一個(gè)十多厘米高的彩色迷你版3D影像的最低價(jià)格是820元人民幣。尺寸越大，價(jià)格越高。

3D打印，沒(méi)那么神奇

在人們對(duì)3D打印報(bào)以無(wú)限期待時(shí)，也有些人時(shí)刻保持著冷靜。《連線(xiàn)》雜志網(wǎng)站日前發(fā)表3D設(shè)計(jì)、工程和娛樂(lè)軟件公司Autodesk總裁兼CEO卡爾·巴斯（Carl Bass）的一篇文章，從業(yè)內(nèi)人士的角度闡述了3D打印領(lǐng)域的現(xiàn)狀和前景。巴斯認(rèn)為，雖然3D打印最近引起眾多關(guān)注，但這項(xiàng)技術(shù)無(wú)法取代其他生產(chǎn)工藝，而且面臨著材料、成本等方面的諸多限制，商業(yè)模式亟需改進(jìn)。

而制造業(yè)大佬、鴻海董事長(zhǎng)郭臺(tái)銘也曾對(duì)3D打印口出“惡言”。他表示，3D打印絕不等于第三次工業(yè)革命，只是噱頭而已，甚至說(shuō)：“如果真的是，那我的‘郭’字倒過(guò)來(lái)寫(xiě)。”

3D打印真是無(wú)所不能嗎？未來(lái)的3D打印將會(huì)發(fā)展成什么樣，誰(shuí)也不能下一個(gè)定論，但是在現(xiàn)階段，3D打印并不是無(wú)所不能的，似乎也是不爭(zhēng)的事實(shí)。

神話(huà)一

3D打印將取代傳統(tǒng)制造業(yè)

在3D打印的眾多神話(huà)中，“取代傳統(tǒng)制造業(yè)”恐怕是最“神”的一個(gè)了。有人認(rèn)為，3D打印機(jī)的出現(xiàn)改變了制造行業(yè)，你不再需要龐大的工廠(chǎng)，也無(wú)需跟工會(huì)打交道，只需在你屏幕上點(diǎn)擊一個(gè)鍵——打印，就能重造了一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)。

對(duì)于這一觀點(diǎn)，中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)、亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官羅軍認(rèn)為，這種看法是不符合實(shí)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(gè)家庭不可能都準(zhǔn)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(guò)大規(guī)模制造的同類(lèi)商品。

不只是成本的問(wèn)題，人們往往還有一個(gè)誤解，認(rèn)為3D打印可以一下子打印出汽車(chē)或電視這樣的電器。“其實(shí)，3D打印只能獲得一個(gè)外觀相似的模型。要想具有真正的功能，還是要將其內(nèi)在的電子元器件和成千上萬(wàn)個(gè)零部件一個(gè)一個(gè)打印出來(lái)，再組裝而成。而這個(gè)組裝過(guò)程，還是需要在傳統(tǒng)制造體系的車(chē)間、傳送帶上完成。”郭嶠說(shuō)。

同時(shí)，材料技術(shù)問(wèn)題的制約，也無(wú)法使3D打印完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)。正在撰寫(xiě)中國(guó)第一本關(guān)于3D打印書(shū)籍的中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所副研究員吳懷宇告訴記者，與傳統(tǒng)切削加工技術(shù)相比，3D打印產(chǎn)品尺寸精度和表面質(zhì)量相差較大，產(chǎn)品性能還達(dá)不到許多高端金屬結(jié)構(gòu)件的要求。

在他看來(lái)，目前的3D產(chǎn)品，從精度和強(qiáng)度上都有問(wèn)題，所以制造出來(lái)的并不是最終的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，而更適合作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模型。

因?yàn)檎嬲墓I(yè)級(jí)打印機(jī)，一臺(tái)3D打印設(shè)備就在五六百萬(wàn)美元的量級(jí)，而且金屬粉末也很貴。同時(shí)，打印材料上也有需要技術(shù)突破的地方，比如打印金屬構(gòu)件的3D打印“墨汁”——金屬粉末。這些粉末并不是簡(jiǎn)單的將金屬磨成細(xì)粉狀就可以，為了使金屬粉末能燒融并且在0.1秒內(nèi)凝結(jié)成形，金屬粉末中要添加很多化學(xué)物質(zhì)，3D打印的金屬粉末材料，實(shí)際上是一種化合物。如果要做出媲美傳統(tǒng)工藝的金屬構(gòu)件，這個(gè)化合物的配方需要進(jìn)行大量的研究。

雖然金屬是3D打印中技術(shù)難度最大的材料，但是想代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)，普通的材料也一樣面臨著問(wèn)題。目前，以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已經(jīng)可以使用14種基本材料并在此基礎(chǔ)上混搭出107種材料，兩種材料的混搭使用也已經(jīng)是現(xiàn)實(shí)。但是，這些材料種類(lèi)與人們生活的大千世界里的材料相比，還相差甚遠(yuǎn)。

盡管，使用材料的范圍會(huì)擴(kuò)大，但不會(huì)囊括所有。每一個(gè)材料都有其自身化學(xué)特性，并不是所有材料都能實(shí)現(xiàn)液化、固化的轉(zhuǎn)換，擁有這樣條件的材料目前并不多。

在我國(guó)，3D打印最大的技術(shù)瓶頸也主要是材料。羅軍告訴記者，任何一件產(chǎn)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(guó)工業(yè)化起步較晚，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱。未來(lái)突破的關(guān)鍵在于市場(chǎng)運(yùn)用增加以后，將倒逼我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。

雖然阻力重重，但是3D打印正朝著多種材料的趨勢(shì)發(fā)展，而設(shè)計(jì)軟件卻還沒(méi)準(zhǔn)備好登上這個(gè)競(jìng)技場(chǎng)。

吳懷宇說(shuō)，人們不能只關(guān)注3D打印機(jī)本身，幫助打印機(jī)實(shí)現(xiàn)最終工作的設(shè)計(jì)軟件實(shí)際上非常重要。軟件是3D打印的核心，它利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成數(shù)字化的3D圖紙模型，以便輸出到3D打印機(jī)。正所謂“巧婦難為無(wú)米之炊”，缺少數(shù)字化軟件支持的3D打印機(jī)將會(huì)變得毫無(wú)用處。

“而目前軟件設(shè)計(jì)也是個(gè)問(wèn)題。”吳懷宇說(shuō)，當(dāng)一個(gè)由多種材料組成，具有復(fù)雜功能，而且設(shè)計(jì)上還包含上百萬(wàn)精致又不同的設(shè)計(jì)曲面時(shí)，這個(gè)設(shè)計(jì)文件一定會(huì)占用令人難以想象的內(nèi)存，一般的計(jì)算機(jī)可能很難完成這樣的任務(wù)。這就是為什么現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件還不能準(zhǔn)確描繪出由細(xì)胞、神經(jīng)末梢和血管組成的有血有肉的人手詳細(xì)模型的原因。

3D打印機(jī)會(huì)走入每個(gè)家庭

對(duì)大眾而言，能夠走入家庭的桌面級(jí)3D打印機(jī)似乎更奪人眼球。不少人已經(jīng)將其比為計(jì)算機(jī)界的個(gè)人電腦了。30年前，電子表格辦公軟件推動(dòng)了PC機(jī)的普及。如今，一旦人們意識(shí)到，他們可以打印浴簾環(huán)之類(lèi)的小東西，而無(wú)需再開(kāi)車(chē)出門(mén)購(gòu)買(mǎi)一些生活品時(shí)，3D打印就會(huì)成為主流。

不過(guò)，與家庭計(jì)算機(jī)不同，3D打印技術(shù)對(duì)使用者的設(shè)計(jì)能力有較高要求，因而對(duì)3D打印進(jìn)家庭這一概念目前還不應(yīng)太高期望。郭嶠告訴記者，雖然理論上3D打印能讓每個(gè)人成為設(shè)計(jì)師，但是就目前而言還是需要使用者具有相當(dāng)?shù)臋C(jī)械與計(jì)算機(jī)知識(shí)，能夠操作3D建模軟件。

“一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)師利用CAD軟件建立立體模型，再把數(shù)據(jù)傳給3D打印機(jī)，打印機(jī)特有軟件能‘讀懂’這些數(shù)據(jù)并控制打印。”郭嶠介紹，“這一流程對(duì)普通人來(lái)說(shuō)還是比較復(fù)雜的。因此，國(guó)外一些公司嘗試把建模簡(jiǎn)化，讓一般人有可能操作。不過(guò)，這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)之路還很漫長(zhǎng)。”

當(dāng)然，目前普通人能夠操作的3D打印還是有的。他介紹，國(guó)外一些公司設(shè)計(jì)的3D軟件能在網(wǎng)頁(yè)上直接運(yùn)行，顧客通過(guò)鼠標(biāo)操作就能完成簡(jiǎn)單的輸出。它們通常是由幾個(gè)固定圖形組成，如正方形、圓形等基本結(jié)構(gòu)，用戶(hù)調(diào)整尺寸后打印輸出，再把幾個(gè)零部件成品搭起來(lái)就完成了。這些打印品有很大局限性，比如不規(guī)則形狀就打印不出來(lái)，不過(guò)對(duì)普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)這不失為一種體驗(yàn)3D打印的方式。

3D打印節(jié)約時(shí)間和材料

3D打印有兩個(gè)別名：“快速成型”和“增材制造”。顧名思義，速度和節(jié)約原料是3D打印的兩大優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，這兩大優(yōu)勢(shì)與人們想象中不太一樣。

以3D打印的制作過(guò)程來(lái)說(shuō)，真的談不上“快”。郭嶠告訴記者，“如果我們想做一個(gè)玩偶，按照傳統(tǒng)工藝，注塑機(jī)工作幾秒鐘就能實(shí)現(xiàn)；而3D打印則需要好幾個(gè)小時(shí)。不過(guò)，在制作之前的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)工藝動(dòng)輒需要幾個(gè)星期來(lái)開(kāi)模具，而3D打印只需要幾個(gè)小時(shí)來(lái)設(shè)計(jì)。所以，3D打印的‘快’體現(xiàn)在準(zhǔn)備過(guò)程上，綜合看來(lái)3D打印確實(shí)耗時(shí)更短。”

不過(guò)，對(duì)于比玩偶大得多的物品而言，情況就要復(fù)雜多了。在3D打印界有個(gè)“冪定律”，說(shuō)的是假如我們想要兩倍大的東西，就要花費(fèi)8倍的材料和8倍的時(shí)間，想要3倍大的東西，就要花27倍的材料和時(shí)間。這是不是說(shuō)3D打印不適合體積大的產(chǎn)品呢？

清華大學(xué)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(shí)影響制作時(shí)長(zhǎng)。不過(guò)，更多情況下耗時(shí)取決于精度的要求，精度越高則打印越慢。“準(zhǔn)確地講，3D打印是一大類(lèi)技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)，有些工藝可以做到很精準(zhǔn)，這樣當(dāng)然耗時(shí)長(zhǎng)。而精度低的工藝就要快得多了，它的成品還可以通過(guò)后期切削等方式來(lái)加工，達(dá)到更好的精度。因此，找到適合的工藝很重要，耗時(shí)并非簡(jiǎn)單3次方。”

在節(jié)約材料方面，3D打印有別于傳統(tǒng)減材制造帶來(lái)材料浪費(fèi)，確實(shí)節(jié)約原材料。不過(guò)，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(fèi)原料。比如，打印一個(gè)房子模型，一層層疊加，當(dāng)打到房檐的突出部分怎么辦？直接打印材料會(huì)掉下來(lái)。像現(xiàn)實(shí)中蓋房子需要腳手架托起飛檐一樣，打印時(shí)也需要這么一個(gè)支撐物，打印完成后再把它拆掉，這個(gè)支撐物大約會(huì)造成20%-30%的浪費(fèi)。而且在打印有很多較大空隙的塑料產(chǎn)品時(shí)，材料的浪費(fèi)是比較嚴(yán)重的。中空的物體需要更多的支撐材料，這些材料會(huì)產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，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(fèi)則更加隱秘。以一件玩具為例，一個(gè)是亞洲一家沿海工廠(chǎng)批量制造的，另一個(gè)則是美國(guó)一個(gè)小打印店打印的。這兩個(gè)塑料玩具哪個(gè)更環(huán)保呢？考慮到兩個(gè)玩具都是塑料制造的，每生產(chǎn)一公斤的產(chǎn)品，一臺(tái)3D打印機(jī)的耗電量至少是工廠(chǎng)注塑機(jī)的10倍。盡管名聲不好，但是注塑機(jī)實(shí)際上非常節(jié)能，而且不產(chǎn)生任何原料浪費(fèi)。所以，如果3D打印成品的浪潮擴(kuò)大的全球，個(gè)人創(chuàng)造品海量出現(xiàn)，那么到底誰(shuí)更不環(huán)保、更浪費(fèi)，將是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。

3D打印市場(chǎng)已經(jīng)厚積薄發(fā)了

3D打印這個(gè)詞很“火”，但與之不成正比的是它的市場(chǎng)：去年全年，全球3D打印全行業(yè)銷(xiāo)售量只有4.2萬(wàn)臺(tái)，其中2萬(wàn)臺(tái)還是由Stratasys一家售出的。市場(chǎng)培育嚴(yán)重滯后是3D打印商業(yè)化的一大窘境。

以國(guó)內(nèi)3D打印企業(yè)而言，郭嶠告訴記者，太爾時(shí)代去年在全球范圍內(nèi)賣(mài)出四五千臺(tái)3D打印機(jī)，今年預(yù)計(jì)會(huì)增長(zhǎng)一倍多，但是從消費(fèi)級(jí)電器來(lái)講，這一銷(xiāo)量還是太少了。國(guó)外情況也大體如此，因此“說(shuō)3D打印井噴的時(shí)代還為時(shí)尚早，市場(chǎng)還需要長(zhǎng)期地培養(yǎng)”。

在市場(chǎng)培養(yǎng)期，某些混亂難以避免。“我們的桌面3D打印機(jī)售價(jià)9999元人民幣，而在網(wǎng)上，顧客可以找到五六千甚至3000元的打印機(jī)。由于3D打印行業(yè)是開(kāi)源代碼的，這些機(jī)器不需要研發(fā)就能‘?dāng)€’出來(lái)。盡管存在著技術(shù)不是組裝者研發(fā)所以難于改進(jìn)的問(wèn)題，但是并不妨礙這些企業(yè)賺到第一桶金。”郭嶠說(shuō)。

不過(guò)，對(duì)整個(gè)3D打印行業(yè)來(lái)說(shuō)，“第一桶金”是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。Stratasys 亞太與日本地區(qū)總經(jīng)理Jonathan Jaglom認(rèn)為，3D打印的瓶頸在于人們?cè)偻顿Y的意識(shí)。“以Stratasys 為例，我們收入的30%會(huì)再被投入到新材料的研發(fā)中。現(xiàn)在我們已經(jīng)有130多種不同的新材料了，在我做這個(gè)行業(yè)20多年來(lái)，我們也看到不少公司很難有持續(xù)性的發(fā)展，這就是說(shuō)你必須有一部分營(yíng)收投入到再投資。”

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(chǎng)景：成龍戴著一副白手套，摸了一下國(guó)寶十二生肖的頭像，就把頭像數(shù)據(jù)掃描進(jìn)了電腦。與此同時(shí)，相隔幾公里之外，他的伙伴用一臺(tái)柜狀機(jī)器瞬間復(fù)制出一個(gè)一模一樣的獸首。

雖略顯夸張，但在我國(guó)最早從事3D打印專(zhuān)家之一、華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)史玉升看來(lái)，這一場(chǎng)景用3D打印就能做到。不過(guò)，在電影中吸引人的橋段，到了現(xiàn)實(shí)中，卻不免帶來(lái)法律問(wèn)題。比如，在藝術(shù)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(huà)耗材的出現(xiàn)，只要做油畫(huà)表面的精細(xì)掃描，輕易就能一比一打印出一件藝術(shù)品。隨著技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)高仿贗品的可能性將越來(lái)越大。

不僅如此，3D打印槍支也已經(jīng)出現(xiàn)了。美國(guó)一個(gè)名為“分布式防御”（Defense Distributed）的激進(jìn)組織發(fā)布廣告稱(chēng)，只要擁有一臺(tái)電腦和一臺(tái)3D打印機(jī)，只需幾個(gè)小時(shí)就可以制造一支半自動(dòng)槍。無(wú)需生產(chǎn)許可證，不需要接受背景調(diào)查，即使不懂槍支知識(shí)和制槍技術(shù)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(méi)有測(cè)試使用。但據(jù)美國(guó)“大眾科學(xué)”網(wǎng)站消息，一位自稱(chēng)“HaveBlue”的網(wǎng)友在網(wǎng)站發(fā)文稱(chēng)自己最近成功打印出真槍的部分組件，準(zhǔn)確地說(shuō)，HaveBlue并沒(méi)有打印一把完整的手槍?zhuān)皇谴蛴〕隽薃R-3D5自動(dòng)步槍?zhuān)ㄜ姺椒Q(chēng)之為M3D6）的機(jī)匣。

但是HaveBlue結(jié)合真槍其他部件制作成了一把真槍?zhuān)€在一個(gè)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行了試槍。“6米遠(yuǎn)的地方都能瞄得很準(zhǔn)，累計(jì)射擊200余次，槍身依然完好無(wú)損。”HaveBlue頗為自豪地說(shuō)。

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

而3D打印的問(wèn)世，還涉及到盜版、版權(quán)等問(wèn)題，開(kāi)源性的圖紙，導(dǎo)致很難對(duì)版權(quán)和知識(shí)權(quán)產(chǎn)進(jìn)行有效保護(hù)。一個(gè)設(shè)計(jì)師花費(fèi)幾年時(shí)間的辛苦工業(yè)設(shè)計(jì)，被遠(yuǎn)在地球另一端的人，只花費(fèi)幾分鐘就簡(jiǎn)單打印出來(lái)，并以此牟利，這樣的的事情未來(lái)很可能會(huì)發(fā)生。

當(dāng)然，目前說(shuō)3D打印可能牽涉到違法獲得為時(shí)尚早，但是史玉升表示，缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展體制上的障礙之一，“比如，我們用3D打印做出假牙，從實(shí)驗(yàn)室看與傳統(tǒng)制造的假牙性能差不多，但是沒(méi)有評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院還是不敢用。事實(shí)上，這是一個(gè)國(guó)際性問(wèn)題，發(fā)達(dá)國(guó)家也只有部分3D領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有總體規(guī)范。現(xiàn)在，我國(guó)開(kāi)始重視這個(gè)問(wèn)題，加緊研究制定。”

3D打印可以制造人體器官

在BBC（英國(guó)廣播公司）網(wǎng)站上的一段視頻中，美國(guó)威克森林大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究所教授安東尼·阿塔拉，為人們展示了一段科幻小說(shuō)似的場(chǎng)景。在一臺(tái)3D打印機(jī)的沙沙作響中，一塊柔軟的人體組織被打印出來(lái)，安東尼隨后還展示了他們當(dāng)天早些時(shí)候打印出來(lái)的人的腎臟。

據(jù)安東尼介紹，打印器官時(shí)，研究人員首先從成年病人的骨髓和脂肪中提取出干細(xì)胞，通過(guò)采用不同的成長(zhǎng)因子，這些細(xì)胞能夠被分化成不同類(lèi)型的其他細(xì)胞；然后他們?cè)賹⑦@些細(xì)胞轉(zhuǎn)化成液滴，制成“生物墨水”。接下來(lái)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(fù)噴涂，直到器官的三維結(jié)構(gòu)完成。這樣，最終就能打印出一個(gè)完整的器官。

但是在很多學(xué)者看來(lái)，打印器官，目前只能算是一個(gè)科學(xué)幻想。

“目前來(lái)說(shuō)，用打印的方法獲得人類(lèi)器官，還僅僅只是停留在科學(xué)幻想的階段。”北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)系教授于恩華告訴記者。

同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所甄二真教授也認(rèn)為：“這個(gè)方向在未來(lái)是有可能的，但是如果說(shuō)他現(xiàn)在就做出來(lái)了，一定是有問(wèn)題的。”

于恩華說(shuō)，人體的干細(xì)胞確實(shí)有分化的能力，它就像一個(gè)發(fā)育不成熟的細(xì)胞，能夠在一定的營(yíng)養(yǎng)和生成條件下，轉(zhuǎn)化為肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、腎細(xì)胞等人體各種細(xì)胞。但是不能說(shuō)，因?yàn)楦杉?xì)胞有這種能力，通過(guò)打印就能獲得一個(gè)有生命力的器官。

“就像人們已經(jīng)掌握了基因圖譜，但是至今也無(wú)法合成生命一樣。人類(lèi)目前就連一個(gè)單細(xì)胞的生物，都沒(méi)有成功造出來(lái)過(guò)。”于恩華說(shuō)，“掌握了生命的構(gòu)成結(jié)構(gòu)，和創(chuàng)造一個(gè)有活性的機(jī)體，之間的差別就像天與地的距離那么遠(yuǎn)。”人們對(duì)生命的認(rèn)識(shí)還很有限，生命絕不是細(xì)胞、血管加神經(jīng)就能簡(jiǎn)單復(fù)制的，其中的很多聯(lián)系要比人們想象的復(fù)雜得多。

甄二真告訴記者，人體組織是非常復(fù)雜的，由細(xì)胞、纖維組織、結(jié)締組織、脂肪等構(gòu)成。利用自體干細(xì)胞，就能培育出完整的腎臟，目前這是不可能的。因?yàn)檫@中間還有復(fù)雜的過(guò)程。人造腎臟屬于生物工程學(xué)的領(lǐng)域，但是要達(dá)到生物工程學(xué)的高度，需要完備的生物科學(xué)做支撐。

“但是人類(lèi)現(xiàn)在所掌握的知識(shí)，連生物科學(xué)的很多基礎(chǔ)問(wèn)題都沒(méi)有解決。”甄二真說(shuō)，比如有人說(shuō)用自體干細(xì)胞就能造出器官，但是干細(xì)胞要首先在體外進(jìn)行誘導(dǎo)分化，然后再將分化的細(xì)胞準(zhǔn)確安放在器官的固定位置。而干細(xì)胞的體外誘導(dǎo)分化，以及準(zhǔn)確排列分子的位置，就是目前學(xué)界還未攻克的難題。

此外，構(gòu)成器官的像氨基酸、多糖甚至是看不見(jiàn)的組織間液等處于分子水平的物質(zhì)該如何排列安放，也是目前無(wú)法解決的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。而這些內(nèi)容，還沒(méi)有任何醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)可以提供參考。

“即使這些問(wèn)題都解決了，也只能說(shuō)基礎(chǔ)科學(xué)弄清楚了。要想制造出腎臟，還需要進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的研究。”甄二真說(shuō)，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。

3D打印難成第三次工業(yè)革命？

3D打印是當(dāng)下IT與制造界的熱詞，有媒體將其喻為第三次工業(yè)革命。對(duì)于這一看法，見(jiàn)仁見(jiàn)智。林峰表示，工業(yè)革命的重要意義是后來(lái)才被認(rèn)識(shí)到的。就目前看來(lái)，3D打印只是現(xiàn)有制造技術(shù)的補(bǔ)充，是否會(huì)帶來(lái)工業(yè)革命，還難以下定論。

“從3D打印技術(shù)的原理來(lái)講，的確能夠打印出我們?cè)O(shè)計(jì)的任何物品，但是，打印出來(lái)的很多東西并不具備我們傳統(tǒng)制造產(chǎn)品的功能。如果，一件產(chǎn)品失去了功能特性就只是一件擺設(shè)，并不具有任何實(shí)際的使用價(jià)值。因此，我們認(rèn)為，并不是3D打印出來(lái)的任何產(chǎn)品都具有使用價(jià)值。”羅軍告訴記者，造成“3D打印是萬(wàn)能的”這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)，主要原因在于人們對(duì)3D打印技術(shù)的認(rèn)識(shí)還停留在表面上和概念上，部分傳播者夸大了對(duì)3D打印技術(shù)的宣傳，屬于一種典型的誤導(dǎo)行為。當(dāng)然，這里面也包括資本界的刻意炒作等因素。

除此之外，發(fā)展3D打印技術(shù)還要考慮法律和倫理等諸多因素的制約，就像克隆人，即便不存在技術(shù)瓶頸，這也是一項(xiàng)被嚴(yán)格禁止的技術(shù)。

在北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王華明看來(lái)，3D技術(shù)“最可為”的地方，也是3D打印技術(shù)真正能帶來(lái)革命性變化的，可能還是在工業(yè)領(lǐng)域。

過(guò)去，飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件主要采用傳統(tǒng)鍛造和機(jī)械加工來(lái)制造，耗時(shí)費(fèi)力，技術(shù)難度高，成本高。王華明說(shuō)，“以我國(guó)C93D9大型客機(jī)機(jī)頭工程樣件研制所需的鈦合金主風(fēng)擋窗框?yàn)槔瑥臍W洲訂購(gòu)至少要兩年才能拿到零件，4個(gè)框，每個(gè)框的鍛造模具費(fèi)就要50萬(wàn)美元。2009年，我們采用激光直接制造技術(shù)，從制造零件到裝上飛機(jī)，僅用了55天，費(fèi)用還不到他們模具費(fèi)的五分之一。”

“當(dāng)然，3D打印也還是剛剛起步，有很多不足。”據(jù)王華明介紹，3D打印應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域就要對(duì)工藝有著很高的要求，特別是精密機(jī)械。質(zhì)量能否達(dá)標(biāo)，性能怎么樣，都是未來(lái)3D打印技術(shù)需要努力的方向，更重要的是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系需要建立。

對(duì)藝術(shù)界而言，3D打印的應(yīng)用使得藝術(shù)家能夠?qū)⒆⒁饬Ω性谠O(shè)計(jì)本身，而不必過(guò)多關(guān)注技術(shù)細(xì)節(jié)，只需把3D模型建起來(lái)，就能在虛擬世界也就是電腦中發(fā)揮創(chuàng)造力。此外，3D打印還會(huì)帶來(lái)商業(yè)模式的改變。就像過(guò)去我們聽(tīng)音樂(lè)需要買(mǎi)磁帶、唱片，而現(xiàn)在只需要下載就可以了。未來(lái)的3D打印完全可以不賣(mài)任何實(shí)體，而是把設(shè)計(jì)的3D模型放在網(wǎng)上出售，改變?nèi)藗兊馁?gòu)物渠道。

在創(chuàng)新領(lǐng)域，3D打印也有推波助瀾的作用。它降低了新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。前期投入減少使得很多小制造商能夠一次生產(chǎn)幾個(gè)產(chǎn)品以滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

而3D打印除了“增材制造”，還有一大特征就是“數(shù)字化生產(chǎn)”。羅軍表示，數(shù)字技術(shù)、人工智能制造技術(shù)都是未來(lái)高端制造業(yè)發(fā)展的必然方向，也是先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的基本特征，必將推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和結(jié)構(gòu)性調(diào)整。我們現(xiàn)在關(guān)注3D打印，是因?yàn)?D打印是一種新的生產(chǎn)制造模式，是傳統(tǒng)制造技術(shù)的一次重要革命，能夠解決傳統(tǒng)制造業(yè)所不能解決的個(gè)性化、復(fù)雜、高難度的生產(chǎn)制造難題，對(duì)于新一輪產(chǎn)業(yè)革命具有重要的歷史意義。

此外，還流傳著一種說(shuō)法，“3D打印是中國(guó)在現(xiàn)代化制造業(yè)中唯一可與歐美并肩競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域，因此國(guó)家格外重視”。對(duì)此，羅軍認(rèn)為，當(dāng)前，我國(guó)3D打印技術(shù)與國(guó)際同行比較，起步時(shí)間基本差不多，技術(shù)水平也基本處于同一水平線(xiàn)上，市場(chǎng)應(yīng)用也都才剛剛開(kāi)始。今后，3D打印技術(shù)的發(fā)展將帶動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)、新材料與智能材料、裝備制造、教育培訓(xùn)等多個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

當(dāng)一個(gè)新事物出現(xiàn)后，總有一個(gè)規(guī)律，那就是開(kāi)始時(shí)人們對(duì)它很好奇，了解一些后，有人開(kāi)始從不同的角度對(duì)它進(jìn)行審視，慢慢地當(dāng)人們對(duì)它見(jiàn)怪不怪時(shí)，這個(gè)新事物才算步入正軌，按部就班地發(fā)展起來(lái)。

在吳懷宇看來(lái)，3D打印正在經(jīng)歷這樣的過(guò)程，它在慢慢走向成熟。“3D打印是未來(lái)的發(fā)展方向，但它目前還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人們想象的那樣神奇。”