3D打印机：将梦想带入现实

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如果你对个性化有着特别的要求、觉得工业化流水线生产的产品无法满足你的个性需求，那么，你只要将自己设计的产品图，发给一家做打印机服务的公司，就能得到专属于你的个性化产品。

    这听上去很梦幻，其实，现在美国一家名叫Shapew ays的公司已开始提供这种在线3D打印服务。除了高跟鞋，从珠宝首饰到咖啡杯、台灯，顾客只要通过网络上传自己的产品图，或订购现有的设计图，该公司就能按图打印产品，并送货上门。
    早在今年4月，英国《经济学人》杂志就在其封面文章中宣告：第三次工业革命已经来临，而3D打印正是其中的关键技术之一。也许在200多年前，没人能想象拥有汽车、电灯和网络的生活，因为第一次和第二次工业革命只创造出拔地而起的工厂和大片的工业区，以及集中化的生产方式。但两次工业革命的浪潮，却让这一切变成现实，与此一同翻天覆地的，还有全球经济和社会格局—第三次工业革命，通过信息技术，生产将可以是分散式的，产品将是个性化的。

何为3D打印机
    美国科幻作家罗伯特·希克利曾经描写过关于“万能制造机”的场景。这是一台奇特的大机器，机身上杂乱地安装着刻度盘、小灯和各种指示表。故事的主角之一阿诺尔德站在机器前，按下按钮，对它响亮而清楚地说：“我要硬铝螺帽，直径为4英寸。”接到指令，机器发出低沉的轰鸣声，灯光闪烁，闸板缓缓打开，眼前赫然出现了一颗闪光发亮已经制好的螺帽。也许罗伯特没有想到如今一台3D打印机已经将他书中的幻境变为现实，那么什么是3D打印机呢？

    3D打印机，顾名思义，用它打印出来的物品并非平面的纸张，而是一个立体固态物体。首先将一项设计物品通过3DCAD（3D计算机辅助设计）软件转化为3D数据，然后再根据这些数据进行逐层分切打印。在打印过程中，层层打印出来的切片会不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。简单说来，3D打印就相当于做“加法”，即作为“增材制造”的3D打印技术，则是按照设计图，精确制出每一层平面后再进行累加，所以在生产过程几乎不会产生任何废弃物。

    我们日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

    据华中科技大学材料科学与工程学院副院长史玉升介绍说，这项立体打印技术出现于上世纪90年代的美国，当时命名为快速制造技术。其实“3D打印”是通俗叫法，学术名称为速成型技术，也称为增材制造技术，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。
对制造业的颠覆？

    2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。从工业领域到寻常百姓家，3D打印的产业链正在形成。“社会化制造”成为行业内外热议的一个话题，制造业的形态正在发生潜移默化的改变。未来我们有可能利用这项“野蛮”的技术来直接打印出手机。

    纽约另一家利用3D技术生产消费品的公司Quirky拥有20万的注册用户，他们在线搜集用户的创意，产品设计图纸，用3D打印机以最快的速度成型，再上传讨论，最终确定方案后批量生产。届时在线上和线下都会有销售，他们最成功的产品是一排可折叠的接线板，设计者常从一个创意就获得不少的收入，有的用户一年能赚几万美元。

    而美国加利福尼亚州的Legacy Effect公司，利用Objet 3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型，为演员量身定制可以完全适合演员的脸、颈部和头部的道具，在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。
    3D打印还能实现一些传统制造方式难以实现的复杂结构。2011年巴黎春夏时装展上，荷兰时尚设计师Iris van Herpen发布了他直接用3D打印机制作的立体服装，这些超太空感的服装由锦纶打印而成。

    不再依赖人工，没有组装流程，没有边角料，3D技术的这些特点，将在某种程度上重新定义工厂。若成本进一步降低，个性产品将获得和规模产量同等的竞争力。有人预计，到2020年之前，3D打印机将可以从事小规模生产，制造过去的劳动密集型工艺品和商品。2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。
    和美国相比，中国缺少DIY（自己动手）的习惯和创意设计发展的土壤。北京计算中心有一台3D打印机，其虚拟现实部经理季红表示，目前大多企业对这一技术不敏感，不觉得它物有所值。而亦有业内人士表示，到目前为止，该技术还存在一些局限性，比如材料限于塑料、树脂和金属，精度也只能精确到几十毫米，在规模化生产方面也不具备优势。
    无论如何，3D打印技术实现了一种可能，只要你有一台电脑，一个想法，不管你在穷乡僻壤，还是繁华都市，都可以通过自己的方式，改造这个世界—至少改变自己的世界。

有望促成第三次工业革命
    可以说，只要是需要模型和原型的行业，3D打印机都可在此发挥作用。英国《经济学人》杂志曾指出，在3D打印技术得到广泛应用的情况下，制造业也许不再运用工厂这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式，而是转变为一种以3D打印机为基础、更加灵活、所需投入更少的生产方式。《经济学人》将这种趋势称之为“社会化制造”，并认为这种新型的生产方式，有望促成第三次工业革命。

    尽管众人如此看好3D打印这项技术，但不可否认，3D打印技术要想引领第三次工业革命，还要面对多重困难。史玉升介绍说：“过去传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用磨具，把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势，立体打印技术可以打印非常复杂的东西。”其次实现了首件的净型成形，这样后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业，如军工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。

    这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流，并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。国务院学位委员会李德群也表示，目前这种技术还局限于在试制阶段，其应用领域还不够广阔，要勇于尝试在高端的国防领域方面的应用。

    除此之外，该技术的“打印材料”也十分有限：首先，3D打印机需依据要打印的商品寻找特殊材料，有些材料不仅难找而且价格昂贵。其次，除了用来满足个人设计师和普通爱好者的个人3D打印机之外，其他的3D打印机均价格不菲，每套大概需要10万美元左右，最贵的甚至达到120万美元。再者，当任何一个产品被浓缩于数字文件中，都会加快它们被复制和传播的速度，自然也更容易遭到盗版，这无疑会对原创者的知识产权造成极大侵害。