3D打印，將如何改變這個(gè)世界

毛毛蟲

要去親戚朋友家做客，你是不是還在愁穿什么衣服，拿什么禮品？想衣服能穿出個(gè)性，禮品既能表達(dá)心意又獨(dú)一無二，不妨自己動(dòng)手吧，做一件不會撞衫的衣服，做一份新穎的巧克力禮品……只要你能想到，就能做到！這不是癡人說夢，最新的3D打印技術(shù)將會實(shí)現(xiàn)你的許多創(chuàng)意。

神秘的3D打印

對于大多數(shù)人來說，3D打印聽起來或許非常陌生，到底什么是3D打印呢？

3D打印技術(shù)，出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它的工作原理類似于普通的打印機(jī)，先通過CAD等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在電腦上設(shè)計(jì)好樣圖，然后由機(jī)器打印，不同之處在于打印出來的是3D版，而不是平面的——機(jī)器通過噴射熔融態(tài)塑性材料來層層堆積，固化后形成一個(gè)立體實(shí)物。不過，打印中，普通油墨被換成了各種材質(zhì)，通過噴嘴噴出的是塑料、尼龍等原材料，就像是普通打印一樣，先是打印出一個(gè)層面，然后通過激光的熱量或是膠水，將這些噴出的材料固化在一起，繼而再打一層，和下面一層凝結(jié)成一體，如此層層疊加，一個(gè)3D立體產(chǎn)品就誕生了。

你可以把這個(gè)過程想象成很多張打印紙累加的結(jié)果——首先就是分層打印，其中每張紙是一個(gè)圖層，橫切面上的圖案依靠打印材料構(gòu)建出來，并被強(qiáng)力黏合，然后，多張紙的不同圖層疊加。如果還是不能理解，那就想象一次搭積木的過程，比如搭建一個(gè)寶塔，從最下層逐級往上遞加。最終這些涂層就會從平面的圖形變成一個(gè)立體的三維結(jié)構(gòu)。至于你想打印什么，就完全靠你的創(chuàng)意和想法了，可大可小，可軟可硬。小物件直接在家里一個(gè)人就可以操作完成，大一些的物件則需要更大的機(jī)器和空間。而打印的材料也有多種選擇，比如樹脂、尼龍、石膏、塑料等。根據(jù)不同材質(zhì)，具體的方式可能略有差異，但大同小異，都可以通過不同型號的打印機(jī)打印出你需要的產(chǎn)品。

可以預(yù)見，鈦、不銹鋼或鋁、鐵等金屬材料也將隨著研發(fā)的進(jìn)展在今后的3D打印中出現(xiàn)。也就是說，很多工業(yè)領(lǐng)域的大家伙也能夠“自助”生產(chǎn)。那將會是怎樣的情境……

初步了解了3D打印技術(shù)，接下來讓我們看看3D打印究竟可以幫助人們實(shí)現(xiàn)哪些夢幻般的創(chuàng)意？

名詞解釋〈〈〈〈〈

3D是英文“Three Dimensions”的簡稱，中文指三維、三個(gè)維度、三個(gè)坐標(biāo)，即有長、寬、高，換句話說，就是立體的，是相對于只有長和寬的平面（2D）而言。今天的3D，主要特指基于電腦/互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化的3D/三維/立體技術(shù)，也就是三維數(shù)字化。包括3D軟件技術(shù)和硬件技術(shù)。

打印飛機(jī)

很多人年少時(shí)都懷有一個(gè)翱翔藍(lán)天的夢想，希望自己親手設(shè)計(jì)并制造一架飛機(jī)，但在現(xiàn)實(shí)中真正實(shí)施起來談何容易。不過，英國南安普敦大學(xué)的工程師實(shí)現(xiàn)了這一夢想。

英國南安普敦大學(xué)的工程師制造出了世界上第一架“打印”出來的飛機(jī)，并成功升空。這架飛機(jī)從前到后——包括艙門、機(jī)翼、整體控制面等機(jī)身的5大模塊——均是通過“打印”的方式生產(chǎn)出來的，也就是先由設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出樣本，利用尼龍激光燒結(jié)機(jī)層層打印出塑料或者金屬結(jié)構(gòu)，再將這些部件組合起來。這架名為“SULSA”的飛機(jī)，翼展長兩米，最高時(shí)速約為每小時(shí)160千米?？蒲腥藛T希望利用這架飛機(jī)進(jìn)行勘探、郵遞等任務(wù)。

因?yàn)槔?D打印技術(shù)打印飛機(jī)不需要額外的安裝工具，所以如果你想對飛機(jī)的外形、體積、材質(zhì)做些改變，甚至是顛覆性的變化，都不是難事。

專家點(diǎn)評〈〈〈〈〈

要是在以前，采用常規(guī)的方法和材料制成這樣一架飛機(jī)，恐怕需要幾個(gè)月時(shí)間，而且費(fèi)用高昂。但這架“打印”出來的飛機(jī)從提出設(shè)想到首次飛行僅花了短短幾天時(shí)間，制造成本也只有5000英鎊。而實(shí)際的生產(chǎn)過程只需要幾分鐘，一架完整的飛機(jī)即可組裝完成，且不需要借助任何工具，簡直不可思議！

打印衣服

說起衣服，大家的印象肯定就是柔軟輕便，一般由紡織服裝企業(yè)完成打樣、裁剪、縫盤、印花、整理這些工序，但如果告訴你衣服也可以打印出來，你相信嗎？

美國時(shí)裝設(shè)計(jì)師瑪麗·黃與3D打印領(lǐng)域的專家詹娜·費(fèi)瑟利用3D打印技術(shù)“制造”了世界上首款3D打印的比基尼泳衣。她們首先掃描了模特的體型，再通過一款3D設(shè)計(jì)軟件在電腦上設(shè)計(jì)出3D打印泳衣的樣圖，然后通過機(jī)器打印出泳衣。這款泳衣的材質(zhì)為尼龍，具有牢固、易彎曲、輕便的特點(diǎn)，厚度僅有0.7毫米，而且這種材質(zhì)經(jīng)水浸泡后會更加柔軟舒適，既是絕佳的打印材料，也是合適的制衣材料。為了保證泳衣的牢固耐用，費(fèi)瑟利還專程編寫了一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，以方便計(jì)算并修改泳衣的樣式，確保泳衣穿上后不會意外破裂。

專家點(diǎn)評〈〈〈〈〈

對于追求時(shí)尚的年輕一族來說，這樣一件獨(dú)一無二的泳衣無疑將成為夏日沙灘上的必殺技。而且，這樣的泳衣已經(jīng)在網(wǎng)上公開銷售了，只是泳衣價(jià)格貴得有點(diǎn)離譜，兩件套合計(jì)約4000元人民幣。不過，隨著3D打印技術(shù)的普及，這種泳衣的價(jià)格將會有很大的下降空間。

打印眼鏡

時(shí)尚達(dá)人恐怕不會滿足于戴一副不斷“撞鏡”的“街鏡”出門，可是，眼鏡又不像時(shí)裝，可以定制。不過，利用現(xiàn)在的3D打印技術(shù)，時(shí)尚達(dá)人們可以量身定制個(gè)性眼鏡了。

在我們的印象中，眼鏡生產(chǎn)的套路是先畫設(shè)計(jì)草圖，然后將修改過的模型送交制造商，再批量生產(chǎn)。青年設(shè)計(jì)師Asher Levine沒有按照傳統(tǒng)方式先畫草圖，而是用黏土做出模型——就像是我們小時(shí)候用橡皮泥來捏模型一樣，進(jìn)而再采用3D設(shè)計(jì)軟件按照他理想的樣式在電腦上一點(diǎn)點(diǎn)修改調(diào)整，然后將最終結(jié)果輸入機(jī)器中。不久后，3D打印機(jī)通過噴射熔融態(tài)ABS熱塑性工程材料，一點(diǎn)一點(diǎn)打印出他設(shè)計(jì)的太陽鏡。整個(gè)太陽鏡包括鏡片在內(nèi)全由塑料制成，與傳統(tǒng)方式相比，這種制作方式更為高效，而且非常經(jīng)濟(jì)。

專家點(diǎn)評〈〈〈〈〈

在紐約的時(shí)裝周上，Levine現(xiàn)場演示了他的打印太陽鏡，作為與Lady Gaga一路的前衛(wèi)青年設(shè)計(jì)師，他的方案給現(xiàn)場嘉賓留下了深刻印象，顛覆了人們以前對時(shí)尚產(chǎn)業(yè)的理解。而這要?dú)w功于神奇的3D打印技術(shù)。

打印下頜骨

比利時(shí)一位83歲的老婦人下頜嚴(yán)重感染，需要摘除，但對如此高齡的患者，醫(yī)院采用常規(guī)的顯微重建手術(shù)顯然不合適，因?yàn)榛颊咭媾R手術(shù)時(shí)間長、風(fēng)險(xiǎn)高等一系列問題。

針對這一病例，醫(yī)院工作人員大膽使用了3D打印技術(shù)，并成功完成了手術(shù)。該手術(shù)由比利時(shí)哈瑟爾特大學(xué)的研究所主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，由來自荷蘭的外科醫(yī)生全力配合進(jìn)行。手術(shù)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程非常復(fù)雜，需要根據(jù)患者的情況預(yù)先設(shè)計(jì)好下頜骨，然后打印出來。其間利用計(jì)算機(jī)控制高精度激光加熱鈦粉顆粒，以保證這些顆粒準(zhǔn)確地融合在一起。一層一層地打印之后，形成一個(gè)由多層鈦粉構(gòu)成的完整立體下頜骨。1毫米大約有33層，一個(gè)立體的完整的下頜骨，有數(shù)千層之多。就下頜骨本身來看，不僅設(shè)計(jì)了酒窩，還留有一些小孔，以幫助肌肉附著在下頜骨上，另外，這個(gè)下頜骨上還有溝槽，可以引導(dǎo)血管和神經(jīng)在溝槽當(dāng)中再生。最后，涂上生物陶瓷涂層，這種涂層具有良好的生物相容性，可以防止身體發(fā)生排異反應(yīng)。全部搞定之后，就只要通過手術(shù)將下頜骨植入患者面部即可。

手術(shù)歷時(shí)4個(gè)小時(shí)，聽起來似乎非常長，但要知道，常規(guī)下頜骨重建手術(shù)合起來要耗時(shí)近20小時(shí)。最終手術(shù)進(jìn)行得很順利，而且非常成功，病人麻醉清醒后不久就能開口說話，第二天就恢復(fù)了正常的說話和吞咽功能，僅過了4天，這位高齡手術(shù)患者就回家了。

專家點(diǎn)評〈〈〈〈〈

這在以前，幾乎是不可想象的。病人經(jīng)歷這樣的常規(guī)手術(shù)后至少需要留院觀察2～4周。這項(xiàng)技術(shù)的前景非常好，為患者量身定制的各種植入物將被廣泛使用。

打印巧克力

看夠了那些冷冰冰的工業(yè)打印項(xiàng)目，讓我們再來看看能夠調(diào)動(dòng)起我們味蕾的美食吧！

英國?？巳卮髮W(xué)的研究人員開發(fā)出了世界上第一款3D巧克力打印機(jī)。這款打印機(jī)使用的打印材料不是鋼鐵或尼龍等材料，而是液態(tài)巧克力。打印工作流程和前面提到的大同小異，只不過因?yàn)榍煽肆Φ奶厥庑?，需要額外考慮到巧克力在輸入和輸出時(shí)的黏稠度以及溫度，所以研發(fā)人員特別安裝了一套保溫及冷卻系統(tǒng)，用來保證輸入和輸出的定型效果，使打印過程能夠順利進(jìn)行。當(dāng)一層巧克力打印出來后，要稍待片刻，經(jīng)過一個(gè)凝固過程之后，才能進(jìn)行下一層的打印。最終得到一個(gè)層層堆疊而成的立體圖像。利用這種3D打印機(jī)甚至還可以打印出巧克力服裝，既可以穿在身上又可以隨時(shí)吃掉。

專家點(diǎn)評〈〈〈〈〈

不久以后，借助3D打印技術(shù)，人人都可以成為大廚?！俺载洝眰儽M可以按照自己的想法設(shè)計(jì)專屬于自己的巧克力樣式，在線發(fā)送至打印現(xiàn)場，就可以靜待專屬于自己的巧克力了。當(dāng)然，你不喜歡吃巧克力的話，也可以打印其他你喜歡吃的東西哦！

打印血管

3D打印技術(shù)更令人期待的應(yīng)用是在醫(yī)療領(lǐng)域，通過打印真正的活生生的組織和器官，來解決病人的實(shí)際問題。

澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司宣布，由他們兩家公司一同研發(fā)的全球首臺商業(yè)化3D生物打印機(jī)正式問世。這臺3D生物打印機(jī)的獨(dú)特之處在于它打印采用的不是塑料或尼龍等原料，而是被稱為“生物墨”的活細(xì)胞。科學(xué)家從成年病人的骨髓和脂肪中提取出干細(xì)胞，通過不同的成長因子將其分化成不同類型的細(xì)胞，繼而將這些細(xì)胞制成液滴，一滴“細(xì)胞液滴”中大約包含1萬到3萬個(gè)細(xì)胞。這臺3D生物打印機(jī)有兩個(gè)打印頭，打印時(shí)，一個(gè)出“墨”，另一個(gè)出凝膠，細(xì)胞以凝膠為骨架，按照凝膠的走向在其上生長。3D生物打印機(jī)的底座會隨著打印的進(jìn)程自動(dòng)下移，從而完成層層打印過程。打印過程中，誤差可以控制在20微米以內(nèi)。然后，在這個(gè)骨架之上，自然生成的細(xì)胞開始重新組織、融合，最終形成一個(gè)完整的器官。因?yàn)?D生物打印機(jī)使用來自患者自己身體的細(xì)胞，所以得到的器官可以顯著降低排異反應(yīng)。Organovo公司已開始嘗試?yán)没颊咦陨淼募?xì)胞打印靜脈，每條靜脈血管大約需要一小時(shí)形成，但這種血管需要數(shù)天時(shí)間融合在一起。這種打印出來的血管將會在動(dòng)物身上進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)而嘗試臨床試驗(yàn)。

專家點(diǎn)評〈〈〈〈〈

我們可以相信，這種打印血管在幾年后就能用于人體當(dāng)中。因?yàn)樵谖覀凅w內(nèi)幾乎任何地方都密布血管，所以，從血管開始作為生物打印的切入點(diǎn)具有重要的實(shí)際意義。雖然目前還處于早期測試階段，但科研人員有信心利用這項(xiàng)技術(shù)在5年內(nèi)打印出心臟搭橋手術(shù)中所需的動(dòng)脈和靜脈血管，同時(shí)，爭取在10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)打印心臟和肝臟這類復(fù)雜的器官。當(dāng)然，科學(xué)家最希望將生物細(xì)胞變成打印材料，再添加一些化學(xué)材料，可以將完整的人體器官打印出來。

改變世界的技術(shù)

如今，3D打印技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域被開始嘗試使用，設(shè)計(jì)者可以利用電腦細(xì)心設(shè)計(jì)物體的布局、外形和顏色等各個(gè)細(xì)節(jié)，然后，點(diǎn)擊電腦屏幕上的“打印”就可以了。像建筑、玩具、汽車、服飾行業(yè)，甚至是食品和醫(yī)療行業(yè)，都對3D打印技術(shù)熱烈歡迎。

3D打印技術(shù)最吸引人的地方就是可以按照我們自己的想法生產(chǎn)物品，而不必在工廠里量產(chǎn)商品。在這樣一個(gè)追求個(gè)性的時(shí)代，“獨(dú)一無二”無疑具有巨大的吸引力。更重要的是，對于一些構(gòu)成復(fù)雜的產(chǎn)品，我們可以反復(fù)修改調(diào)整，不必像傳統(tǒng)方案那樣建立專門的生產(chǎn)線生產(chǎn)出產(chǎn)品后，再對成品反復(fù)修改，避免了傳統(tǒng)方式對資源的浪費(fèi)。理論上，你見過的沒見過的幾乎所有物品都可以利用這項(xiàng)技術(shù)來進(jìn)行生產(chǎn)。總而言之，將來每一個(gè)人都可以是設(shè)計(jì)師和工程師，每一個(gè)家庭或辦公室都可以是工廠，如此或?qū)⑾破鹨粓鲂碌母锩?/p>

康奈爾大學(xué)科學(xué)家霍德·林普森評論道，3D打印機(jī)能夠?qū)⑷魏尾牧献兂僧a(chǎn)物，同時(shí)，任何人都能夠既快又廉價(jià)地生產(chǎn)出幾乎任何產(chǎn)品，人類的創(chuàng)意和個(gè)性將被極大地激發(fā)，3D打印工藝能夠從我們無法想象的體例改變?nèi)祟愇幕?/p>

3D打印技術(shù)究竟會對工業(yè)產(chǎn)業(yè)和我們的生活帶來什么樣的影響，未來的市場潛力究竟有多大，將來會不會成為今天的激光打印機(jī)一樣流行和普及，現(xiàn)在還不得而知。但是，著名的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志對這項(xiàng)發(fā)明給予了極高的認(rèn)可和評價(jià)：“偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代都是難以預(yù)測的，1450 年的印刷術(shù)如此，1750 年的蒸汽機(jī)如此，1950 年的晶體管也是如此。而今，我們?nèi)匀粺o法預(yù)測3D 打印技術(shù)將在漫長的時(shí)光里如何改變?nèi)祟愂澜纭！?/p>

（編輯 巧克力）