3D打印機(jī)：將夢想帶入現(xiàn)實(shí)

如果你對個性化有著特別的要求、覺得工業(yè)化流水線生產(chǎn)的產(chǎn)品無法滿足你的個性需求，那么，你只要將自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖，發(fā)給一家做3D打印服務(wù)的公司，就能得到專屬于你的個性化產(chǎn)品。

這聽上去很夢幻，其實(shí)，現(xiàn)在美國一家名叫Shapew ays的公司已開始提供這種在線3D打印服務(wù)。除了高跟鞋，從珠寶首飾到咖啡杯、臺燈，顧客只要通過網(wǎng)絡(luò)上傳自己的產(chǎn)品圖，或訂購現(xiàn)有的設(shè)計(jì)圖，該公司就能按圖打印產(chǎn)品，并送貨上門。

早在今年4月，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志就在其封面文章中宣告：第三次工業(yè)革命已經(jīng)來臨，而3D打印正是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。也許在200多年前，沒人能想象擁有汽車、電燈和網(wǎng)絡(luò)的生活，因?yàn)榈谝淮魏偷诙喂I(yè)革命只創(chuàng)造出拔地而起的工廠和大片的工業(yè)區(qū)，以及集中化的生產(chǎn)方式。但兩次工業(yè)革命的浪潮，卻讓這一切變成現(xiàn)實(shí)，與此一同翻天覆地的，還有全球經(jīng)濟(jì)和社會格局—第三次工業(yè)革命，通過信息技術(shù)，生產(chǎn)將可以是分散式的，產(chǎn)品將是個性化的。

何為3D打印機(jī)

美國科幻作家羅伯特·?？死?jīng)描寫過關(guān)于“萬能制造機(jī)”的場景。這是一臺奇特的大機(jī)器，機(jī)身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機(jī)器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑為4英寸?！苯拥街噶睿瑱C(jī)器發(fā)出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現(xiàn)了一顆閃光發(fā)亮已經(jīng)制好的螺帽。也許羅伯特沒有想到如今一臺3D打印機(jī)已經(jīng)將他書中的幻境變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，那么什么是3D打印機(jī)呢？

3D打印機(jī)，顧名思義，用它打印出來的物品并非平面的紙張，而是一個立體固態(tài)物體。首先將一項(xiàng)設(shè)計(jì)物品通過3DCAD（3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行逐層分切打印。在打印過程中，層層打印出來的切片會不斷疊加，最終形成一個完整的立體物品。簡單說來，3D打印就相當(dāng)于做“加法”，即作為“增材制造”的3D打印技術(shù)，則是按照設(shè)計(jì)圖，精確制出每一層平面后再進(jìn)行累加，所以在生產(chǎn)過程幾乎不會產(chǎn)生任何廢棄物。

我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個機(jī)器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。

據(jù)華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升介紹說，這項(xiàng)立體打印技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代的美國，當(dāng)時(shí)命名為快速制造技術(shù)。其實(shí)“3D打印”是通俗叫法，學(xué)術(shù)名稱為快速成型技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)。

對制造業(yè)的顛覆？

2011年6月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布一項(xiàng)新政策，并向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國在制造業(yè)上的領(lǐng)先地位。從工業(yè)領(lǐng)域到尋常百姓家，3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈正在形成?！吧鐣圃臁背蔀樾袠I(yè)內(nèi)外熱議的一個話題，制造業(yè)的形態(tài)正在發(fā)生潛移默化的改變。未來我們有可能利用這項(xiàng)“野蠻”的技術(shù)來直接打印出手機(jī)。

紐約另一家利用3D技術(shù)生產(chǎn)消費(fèi)品的公司Quirky擁有20萬的注冊用戶，他們在線搜集用戶的創(chuàng)意，產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙，用3D打印機(jī)以最快的速度成型，再上傳討論，最終確定方案后批量生產(chǎn)。屆時(shí)在線上和線下都會有銷售，他們最成功的產(chǎn)品是一排可折疊的接線板，設(shè)計(jì)者常從一個創(chuàng)意就獲得不少的收入，有的用戶一年能賺幾萬美元。

而美國加利福尼亞州的Legacy Effect公司，利用Objet 3D打印機(jī)為電影特效片段制造3D模型和原型，為演員量身定制可以完全適合演員的臉、頸部和頭部的道具，在電影《侏羅紀(jì)公園》、《阿凡達(dá)》、《鋼鐵俠》以及《復(fù)仇者聯(lián)盟》中都有應(yīng)用。

3D打印還能實(shí)現(xiàn)一些傳統(tǒng)制造方式難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。2011年巴黎春夏時(shí)裝展上，荷蘭時(shí)尚設(shè)計(jì)師Iris van Herpen發(fā)布了他直接用3D打印機(jī)制作的立體服裝，這些超太空感的服裝由錦綸打印而成。

不再依賴人工，沒有組裝流程，沒有邊角料，3D技術(shù)的這些特點(diǎn)，將在某種程度上重新定義工廠。若成本進(jìn)一步降低，個性產(chǎn)品將獲得和規(guī)模產(chǎn)量同等的競爭力。有人預(yù)計(jì)，到2020年之前，3D打印機(jī)將可以從事小規(guī)模生產(chǎn)，制造過去的勞動密集型工藝品和商品。2011年6月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布一項(xiàng)新政策，并向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國在制造業(yè)上的領(lǐng)先地位。

和美國相比，中國缺少DIY（自己動手）的習(xí)慣和創(chuàng)意設(shè)計(jì)發(fā)展的土壤。北京計(jì)算中心有一臺3D打印機(jī)，其虛擬現(xiàn)實(shí)部經(jīng)理季紅表示，目前大多企業(yè)對這一技術(shù)不敏感，不覺得它物有所值。而亦有業(yè)內(nèi)人士表示，到目前為止，該技術(shù)還存在一些局限性，比如材料限于塑料、樹脂和金屬，精度也只能精確到幾十毫米，在規(guī)?；a(chǎn)方面也不具備優(yōu)勢。

無論如何，3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種可能，只要你有一臺電腦，一個想法，不管你在窮鄉(xiāng)僻壤，還是繁華都市，都可以通過自己的方式，改造這個世界—至少改變自己的世界。

有望促成第三次工業(yè)革命

可以說，只要是需要模型和原型的行業(yè)，3D打印機(jī)都可在此發(fā)揮作用。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志曾指出，在3D打印技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的情況下，制造業(yè)也許不再運(yùn)用工廠這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，而是轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以3D打印機(jī)為基礎(chǔ)、更加靈活、所需投入更少的生產(chǎn)方式?！督?jīng)濟(jì)學(xué)人》將這種趨勢稱之為“社會化制造”，并認(rèn)為這種新型的生產(chǎn)方式，有望促成第三次工業(yè)革命。

盡管眾人如此看好3D打印這項(xiàng)技術(shù)，但不可否認(rèn)，3D打印技術(shù)要想引領(lǐng)第三次工業(yè)革命，還要面對多重困難。史玉升介紹說：“過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料融化灌進(jìn)去得到這樣的零件，這樣對復(fù)雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術(shù)對于復(fù)雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術(shù)可以打印非常復(fù)雜的東西?！逼浯螌?shí)現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時(shí)間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍工、核電領(lǐng)域。再次由于制造準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。

這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如今3D打印機(jī)已經(jīng)在建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配件、動漫模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用。尤其在飛機(jī)、核電和火電等使用重型機(jī)械、高端精密機(jī)械的行業(yè)，3D打印技術(shù)“打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接的，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。國務(wù)院學(xué)位委員會李德群也表示，目前這種技術(shù)還局限于在試制階段，其應(yīng)用領(lǐng)域還不夠廣闊，要勇于嘗試在高端的國防領(lǐng)域方面的應(yīng)用。

除此之外，該技術(shù)的“打印材料”也十分有限：首先，3D打印機(jī)需依據(jù)要打印的商品尋找特殊材料，有些材料不僅難找而且價(jià)格昂貴。其次，除了用來滿足個人設(shè)計(jì)師和普通愛好者的個人3D打印機(jī)之外，其他的3D打印機(jī)均價(jià)格不菲，每套大概需要10萬美元左右，最貴的甚至達(dá)到120萬美元。再者，當(dāng)任何一個產(chǎn)品被濃縮于數(shù)字文件中，都會加快它們被復(fù)制和傳播的速度，自然也更容易遭到盜版，這無疑會對原創(chuàng)者的知識產(chǎn)權(quán)造成極大侵害。