逐跡全球3D打印

侯幫虎

3D打印行業(yè)從不缺驚喜，不久前美國一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用注入內(nèi)皮細(xì)胞的3D打印血管補(bǔ)片，為血管修復(fù)提供了新方法；我國科研團(tuán)隊(duì)利用生物材料成功打印出再生關(guān)節(jié)軟骨，讓關(guān)節(jié)缺損部位高質(zhì)量修復(fù)成為可能；去年年底，成都一家公司還首次將打印血管植入活體，使器官再造夢想向前跨越了一大步。

就全球的走勢看，在經(jīng)歷一番喧囂之后，人們冷靜下來讓3D打印回歸實(shí)際有效的研究方向，更加注重設(shè)備和材料的基礎(chǔ)研發(fā)，以解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。同時(shí)也出現(xiàn)了越來越多有實(shí)際價(jià)值的成果，而不是停留在空談上。

與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的微妙關(guān)系

盡管科技界、投資界以及政府部門都在高度關(guān)注3D打印，但不可否認(rèn)它目前仍在“萌芽”階段。最直觀的就是：用于打印的材料有限、價(jià)格昂貴，打印精度有待提高。過去幾年，3D打印熱潮“過山車”般的經(jīng)歷就印證了這一點(diǎn)，曾經(jīng)火爆的3D打印體驗(yàn)店魅力不再，相關(guān)投資隨之減少，產(chǎn)業(yè)推進(jìn)遭遇難言的尷尬。

要想弄明白3D打印正確發(fā)展方向，就得先搞清楚它與傳統(tǒng)制造業(yè)的關(guān)系。

3D打印的特點(diǎn)是即使是很復(fù)雜的東西都可以神奇般的制造出來，所以它是一種實(shí)實(shí)在在重要的制造技術(shù)。其他的制造技術(shù)即使經(jīng)過了數(shù)十年的努力也不過還是在集合復(fù)雜度上略有進(jìn)展——而3D打印技術(shù)卻可以輕而易舉的解決這個(gè)問題。一時(shí)間3D打印將沖擊傳統(tǒng)行業(yè)的說法不斷流傳。

然而，就像是微波不能取代傳統(tǒng)的烹飪方式一樣，3D打印也不會(huì)取代其他的制造技術(shù)。主要原因還是因?yàn)?D打印并不成熟，就算是這個(gè)技術(shù)再發(fā)展至下一階段，在時(shí)間取得重大的突破，坐穩(wěn)它在產(chǎn)品的小批量、個(gè)性化生產(chǎn)制造上有無法比擬的優(yōu)勢，但它在大批量生產(chǎn)上的速度和成本上仍比不過傳統(tǒng)的制造方式，而且這一現(xiàn)象將持續(xù)很長時(shí)間。

就3D打印的從業(yè)者而言，新材料的出現(xiàn)或許是他們最期待的事情了，比如業(yè)界熱捧的石墨烯。不過，一位新材料行業(yè)資深投資人曾表示，縱觀歷史，一種新材料的出現(xiàn)到它真正的能普遍的使用需要經(jīng)歷一個(gè)發(fā)展過渡期，這個(gè)過渡期的時(shí)間并不短，石墨烯也是如此。

回過頭不談“沖擊”這件事，如果把3D打印作為傳統(tǒng)制造業(yè)的一個(gè)補(bǔ)充，那就真的無可取代了，這一點(diǎn)可不再贅述。

來自從業(yè)者的困惑

業(yè)界普遍性的認(rèn)為3D打印的出現(xiàn)將會(huì)迫使傳統(tǒng)制造業(yè)改變它的“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”模式，傳統(tǒng)的制造方法是基于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的簡單觀念，也就是擴(kuò)大工廠規(guī)模，并且只生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，從而提高生產(chǎn)效率。這種方法最初誕生于福特的汽車生產(chǎn)線。一百年后的今天，富士康的20多萬工人也在做著同樣的事情。3D打印使得制造業(yè)再也不需要通過大批量的生產(chǎn)來降低成本提高質(zhì)量了，而是可以通過少量的生產(chǎn)就能以低廉的價(jià)格獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品了。當(dāng)然這也是很多3D打印從業(yè)者商業(yè)模式的來源。為何著重強(qiáng)調(diào)這是商業(yè)模式的來源呢？因?yàn)樵跇I(yè)界，這是一個(gè)相對敏感的單一運(yùn)營模式。

大部分的3D打印公司都是如此，以低廉的價(jià)格替代很多制作工藝，比較早使用并推廣這一模式的公司是美國知名印務(wù)公司FedEx Kinkos，之后的Shapeways公司也參與進(jìn)來，同時(shí)還有類似Thingiverse、Instructables這樣的設(shè)計(jì)庫。不過，這些模式出現(xiàn)到發(fā)展至今天，其所占不多的市場份額依然沒有太多的變化。

這樣的模式跟3D打印本身最具價(jià)值的“個(gè)性化”化生產(chǎn)有些偏差，如果能走向高質(zhì)量的產(chǎn)品類似像珠寶一樣的定制項(xiàng)目，甚至擴(kuò)展至為特殊病人量身定做的義肢的話，3D打印的價(jià)值才是被最大化的利用。

當(dāng)然，3D打印的大方向如何走是大公司考慮的，大部分的小公司想的是如何在短時(shí)間內(nèi)回本，于是可以看到3D打印跟培訓(xùn)結(jié)合起來，國內(nèi)很多城市類似的培訓(xùn)產(chǎn)業(yè)正如火如荼。

更高超的技術(shù)

3D打印并不缺新聞，它本身就是一個(gè)創(chuàng)造性的行業(yè)，隨時(shí)都可能出一些新穎的產(chǎn)品，今天是身體器官，明天是一棟房子。這些突破體現(xiàn)的更多的是這個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性，而在技術(shù)層面則沒有突破性的變化。但在技術(shù)上有兩個(gè)方方向是值得注意的——電子打印以及生物打印，二者在技術(shù)上市有重大突破的，前者使物體具有邏輯性和功能性，后者有可能是3D打印界最振奮人性的領(lǐng)域。。

維克森林大學(xué)的艾塔拉博士作為先驅(qū)已經(jīng)成功打印出了植入人體尿道的印刷品。圣地亞哥的 Organovo公司打印出了用于醫(yī)學(xué)研究和治療用途的功能性人體組織。 Craig Venter 和Cambrian Genomics公司甚至打印出了DNA——一次打印一個(gè)堿基對。

這些更講究技術(shù)的3D打印方式與普通的3D打印有所不同——我們說3D打印本身還不夠成熟，更多的是針對服務(wù)于傳統(tǒng)制造業(yè)的3D打印，而電子打印以及生物打印由于在技術(shù)上的重大突破，針對又是讓人棘手的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，因此它的研究價(jià)值更高。

中國進(jìn)入“領(lǐng)跑”階段

今年年初，華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院教授張海鷗攜其研發(fā)的“智能微鑄鍛銑復(fù)合制造技術(shù)”與法國空客公司舉行了技術(shù)合作簽約儀式，這是法中兩國在先進(jìn)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)重要合作。而在這之前美國通用電氣公司也主動(dòng)找上門洽談合作。在3D打印技術(shù)上，中國已經(jīng)脫離多年的“跟跑”，開始步入“領(lǐng)跑”階段。

在經(jīng)歷多番努力，張海鷗團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，成功制造出世界首批3D打印鍛件，實(shí)現(xiàn)3D打印鍛態(tài)等軸細(xì)晶化、高均勻致密度、高強(qiáng)韌、形狀復(fù)雜的金屬鍛件，全面提高了制件強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命及可靠性，降低設(shè)備投資和原材料成本，大幅縮短制造流程與周期，全面解決常規(guī)3D打印成本高、工時(shí)長，打印不出經(jīng)久耐用材質(zhì)的世界性難題。這項(xiàng)技術(shù)改變了長期以來由西方引領(lǐng)的“鑄鍛銑分離”的傳統(tǒng)制造歷史。

一個(gè)月后，“領(lǐng)跑”前線再次傳來捷報(bào)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院國家數(shù)學(xué)與交叉科學(xué)中心（合肥）圖形與幾何計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的研究組，成功實(shí)現(xiàn)了“經(jīng)濟(jì)節(jié)約型”3D打印的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。他們提出的這種“蒙皮—框架”輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化方案：在內(nèi)部嵌入盡可能簡潔的框架結(jié)構(gòu)來支撐打印物體表面和承受各個(gè)方向的物理受力，從而大大減少實(shí)際打印體積。

該方案能有效降低打印材料成本，并使打印物體滿足所要求的物理強(qiáng)度、受力穩(wěn)定性、自平衡性及可打印性。實(shí)際打印實(shí)驗(yàn)證明，該方案對于目前普遍使用的粉末式3D打印機(jī)和擠壓式3D打印機(jī)同樣適用；同時(shí)，該方法比目前3D打印所普遍采取的實(shí)心打印節(jié)省約70%的材料，并縮短了打印時(shí)間，具有更好的成本效益。

領(lǐng)跑世界3D打印技術(shù)對于中國這個(gè)制造強(qiáng)國意義非凡。

3D打印新奇事

3D打印物體進(jìn)入了地球軌道2017年年初，第一個(gè)由私人委托的3D打印物體進(jìn)入了地球軌道，該物件由稱為ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）的材料制成，是一種重力計(jì)，用于宇航員離開重力環(huán)境時(shí)為宇航員提供視覺提示，以現(xiàn)代六分儀的風(fēng)格設(shè)計(jì)，象征著人類的未來。

史上最便宜3D打印機(jī)問世 由于價(jià)格昂貴，使得現(xiàn)在的3D打印機(jī)難以走入尋常人家。不過今年一臺(tái)號稱史上最便宜的3D打印機(jī)問世了。這臺(tái)打印機(jī)由美國3D打印公司Kudo3D于今年6月初再Kickstarter上發(fā)起眾籌，兩周時(shí)間眾籌金額已經(jīng)超過40萬美元，超過其目標(biāo)金額5萬美元的800%。預(yù)計(jì)2018年推出。

13個(gè)半小時(shí)打印一個(gè)建筑 今年4月份，由麻省理工學(xué)院開發(fā)的一個(gè)建筑機(jī)械臂被廣泛關(guān)注。這臺(tái)機(jī)械臂號稱利用3D打印的方式打完一棟貨真價(jià)實(shí)的建筑物只要13個(gè)半小時(shí)。它還可以在一定程度上利用太陽能，同時(shí)兼具焊接與挖掘工作，操作過程安全。

3D打印仿造古董 3D打印常常給人一種酷炫的科技感，但如今有人卻把它用來仿造古董了。波蘭波茲南國家博物館委托了工作人員用3D打印的方式復(fù)制了博物館里面的一把步槍，雖然很多表面的槍紋還需要手工雕琢，但如此懷舊的“玩法”是不是會(huì)啟發(fā)更多人呢？（編輯/有慶）