3D打印，離我們有多近？

高振華

打印文稿、打印圖片，打印表格，這些都是辦公室里的家常便飯，但是提到打印房子、玩具、食品、性感的蕾絲內(nèi)衣甚至汽車時(shí)，你也許會(huì)感到不可思議。但事實(shí)是，這些東西都可以通過(guò)3D打印得到，并不是什么天方夜譚。

何為3D打印

“3D打印”這一誕生于上世紀(jì)80年代的技術(shù)，如今成了超前科技的明星，迅速火遍全球。美國(guó)《時(shí)代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”；英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)新的工業(yè)革命，將3D打印技術(shù)列為第三次技術(shù)革命范疇；在新浪微博上，關(guān)于3D打印的話題與分享數(shù)量非常多，3D打印甚至成為個(gè)性化零售領(lǐng)域一塊新的市場(chǎng)。那么3D打印是否真的有這么神奇呢？到底什么是3D打印技術(shù)？

3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。它無(wú)需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。燈罩、身體器官、珠寶、根據(jù)球員腳型定制的足球靴、賽車零件、固態(tài)電池以及為個(gè)人定制的手機(jī)、小提琴等都可以用該技術(shù)制造出來(lái)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，3D打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)勢(shì)：通過(guò)摒棄生產(chǎn)線而降低了成本；大幅減少了材料浪費(fèi)；它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無(wú)法制造出的外形，讓人們可以更有效地設(shè)計(jì)出飛機(jī)機(jī)翼或熱交換器等；另外，在具有良好設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過(guò)程的情況下，3D打印技術(shù)還可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)制造過(guò)程，快速有效又廉價(jià)地生產(chǎn)出單個(gè)物品。

每個(gè)村莊都能成為工廠

想必看過(guò)007系列最新電影《大破天幕殺機(jī)Skyfall》的觀眾，一定會(huì)對(duì)其中那輛1960年的阿斯頓？馬丁DB5汽車被炸成碎片的情節(jié)唏噓不已。實(shí)際上，那部付之一炬的豪車就是由3D打印技術(shù)制作的。不過(guò)他們并不是直接打印一個(gè)汽車的1：3模型，而是采用了高端的VX4000 3D打印機(jī)，分別打印出18個(gè)獨(dú)立的元件并組裝成這輛車。他們首先制作了鋼材質(zhì)車身框架，然后通過(guò)CAD將所有部件數(shù)據(jù)輸入3D打印機(jī)，最后使用PMMA 塑料打印出了門、車頂、擋泥板等零件。值得一提的是，PMMA這種材料不僅質(zhì)感超群，而且非常堅(jiān)固?？偣?4個(gè)零件打印完成之后，它們被送到了制片廠進(jìn)行精細(xì)制作，通過(guò)噴漆、打磨等多道工序還原了50年前007所駕駛的阿斯頓？馬丁DB5。為了更加逼真，他們還給車身還增加了一些彈孔效果。除了在電影中“犧牲”的那臺(tái)之外，余下的兩臺(tái)中已有一臺(tái)被佳士得拍賣行拍賣，價(jià)格高達(dá)99041美元，超過(guò)拍賣行預(yù)估的50%。

在過(guò)去的一年中，世界上第一輛3D打印汽車Urbee驚艷面世，美國(guó)3D打印巨頭3D Systems、Stratasys和ExOne的股價(jià)一再飆高，加上媒體的助推和政府的支持， 使得“3D打印”成為風(fēng)頭最勁的“明星概念”，仿佛一夜之間，3D打印技術(shù)已經(jīng)把“想象照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”。

解汽車設(shè)計(jì)之痛

3D打印技術(shù)對(duì)汽車工業(yè)的影響非常明顯，但3D打印機(jī)不是“機(jī)器人”，馬上就能從口袋里掏出一個(gè)完全符合你想象的“它”。即使是采用FDM技術(shù)的3D打印機(jī)，制作出來(lái)的物品也都需要后期加工。3D打印設(shè)備的實(shí)際意義是幫你在設(shè)計(jì)或者產(chǎn)品制樣的過(guò)程中提高某個(gè)環(huán)節(jié)的效率，而不是完全代替整個(gè)流程。3D打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)打印車身外殼、打印模具、減重車身以及個(gè)性化需求，目的是能夠合理控制成本，因?yàn)槠囍圃鞆S家設(shè)計(jì)模具所花費(fèi)的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于購(gòu)置3D打印機(jī)的成本，但發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)等關(guān)鍵零部件都還是來(lái)自于傳統(tǒng)制造業(yè)。

與傳統(tǒng)企業(yè)制造汽車區(qū)別最大之處是3D打印汽車先打印出單個(gè)的、一體式的車身，再將其他部件填進(jìn)去，而不是將車身各部分組裝到一起。盡管3D打印極大地簡(jiǎn)化了單輛汽車制造的過(guò)程，減少了它的車身重量和生產(chǎn)成本，但目前還無(wú)法取代大規(guī)模的汽車生產(chǎn)。因?yàn)樗m合于體積小、庫(kù)存需求低但價(jià)值高的零部件生產(chǎn)。且不說(shuō)3D打印技術(shù)目前還不具備直接生產(chǎn)像汽車這樣復(fù)雜的混合材料產(chǎn)品，即使該技術(shù)在未來(lái)取得更大的突破，打印一輛汽車只怕也要耗時(shí)好幾個(gè)月，在成本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)均攤到每輛車上的成本，消耗的能源自然也就更多。

國(guó)內(nèi)的3D技術(shù)實(shí)踐

3D打印這種神奇的技術(shù)似乎真的能帶來(lái)“第三次工業(yè)革命” 。在國(guó)內(nèi)，3D打印技術(shù)不僅僅應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，在我國(guó)航天事業(yè)上它也作出了突出貢獻(xiàn)。在2013年“兩會(huì)”上，全國(guó)政協(xié)委員、中航工業(yè)副總工程師、中國(guó)航母艦載機(jī)殲—15總設(shè)計(jì)師孫聰透露，殲-15項(xiàng)目率先采用了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)理念：三維數(shù)字化設(shè)計(jì)改變了設(shè)計(jì)流程，提高了試制效率；五級(jí)成熟度管理模式，沖破設(shè)計(jì)和制造的組織壁壘，而這與3D打印技術(shù)關(guān)系緊密。他透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已應(yīng)用于新機(jī)試制過(guò)程，主要是主承力部分。在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)制造流程當(dāng)中，飛機(jī)的3D模型設(shè)計(jì)好后，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的投入來(lái)制造水壓成型設(shè)備，而使用3D打印制造技術(shù)后，零件的成型速度、應(yīng)用速度得以大幅度提高。

“能不能用3D打印幫我們制造一批特殊的禮物？”南京紫金立德電子有限公司總經(jīng)理連寧近期經(jīng)常接到這樣的訂單咨詢。作為國(guó)內(nèi)最早進(jìn)軍桌面式3D打印機(jī)的企業(yè)，紫金立德在3D打印熱潮中逐漸被關(guān)注。連寧曾對(duì)媒體公開表示，紫金立德的3D打印機(jī)采用業(yè)界獨(dú)有的LOM技術(shù)，已獲得18件中國(guó)專利，設(shè)計(jì)產(chǎn)能是每年5000臺(tái)，現(xiàn)在的產(chǎn)能是每年1000臺(tái)。生產(chǎn)的打印機(jī)器品牌叫Solido，中文叫速立得，速立得機(jī)器很輕，只有36公斤，放在一般辦公人員的桌上沒有問題。打印的材料是采用PVC工程塑料薄膜，連寧表示，現(xiàn)在用LOM技術(shù)和工程塑料薄膜來(lái)做3D打印的，在全世界是獨(dú)一無(wú)二的，用塑料進(jìn)行成形，操作相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，低碳環(huán)保。

可以節(jié)省巨額物流成本

歐洲將3D打印技術(shù)投入數(shù)字化生產(chǎn)的先鋒企業(yè)——比利時(shí)梅洛特（Melotte）公司首席執(zhí)行官弗勒林克（Mario Fleurinck）曾公開表示，3D打印技術(shù)可按客戶需求精準(zhǔn)定制產(chǎn)品，大幅提高對(duì)原材料和能源的使用率，降低生產(chǎn)成本及對(duì)環(huán)境的影響。

弗勒林克說(shuō)，就目前來(lái)說(shuō)，使用相同數(shù)量的耗材制造零件，3D打印機(jī)的生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)方法的3倍。目前梅洛特公司已與中國(guó)青島一家紡織廠建立合作，“打印”紡織機(jī)軸承，傳統(tǒng)工業(yè)流程需要84小時(shí)制作的零件，通過(guò)3D打印技術(shù)，24小時(shí)就可以制造完成。由于可以在目的地精準(zhǔn)打印，這又省去了物流、配送、上貨等時(shí)間，因此生產(chǎn)成本大大降低，每個(gè)軸承的成本由幾十歐元降至1歐元。