開啟新工業(yè)革命的3D打印技術

王貞虎

從打印人造臉皮讓切除細胞而失去半邊臉的英國男子可以“有臉見人”，到打印鞋子、手槍、衣服、屋子、血管、耳朵、珠寶首飾、桌椅、燈飾、手機殼……通通都可用3D打印技術打印出來。經由媒體密集式報道，大多數(shù)人對于3D打印技術已不再陌生。可是，有沒有人和我一樣，想破頭也想不明白——3D打印到底是什么樣的技術？

對于國人來說，親眼見到3D打印機的“魔術”是在電影《十二生肖》里，成龍用一雙手套收集了獸首的數(shù)據傳回大本營，他的搭擋立即把這套數(shù)據輸入電腦，一個足以亂真的假獸首被打印出來了。雖然片中并非使用3D打印機，不過原理卻是一樣的。其實，你還在銀幕上看過其他3D打印技術成品，例如《阿凡達》中的外星生物、《侏羅紀公園3》中的各色恐龍，《鋼鐵俠2》中小羅伯特道尼身披的鋼鐵戰(zhàn)袍……同時，在珠寶制造、模型制作、時裝業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)學界等10多個不同的行業(yè)和領域，3D打印也獲得越來越廣泛的應用，只是并沒有人刻意告訴你用的是3D技術打印罷了。

五花八門的3D技術

其實很多珠寶的款式設計都是以3D技術打印出來的，不管是手工還是3D打印從品質上來說是沒有分別的，不過內行人可以看出端倪，因為有些款式設計對于工匠來說難度太高，必須仰賴3D打印技術。

3D打印技術最早出現(xiàn)在上世紀80年代，暴紅卻是在2011年英國維多利亞與艾爾伯特博物館辦了一場3D打印家具展覽，被媒體發(fā)現(xiàn)而大加

報道。

在2014年初美國CES消費電子大展上，3D打印是一大熱點，最為重要的是，CES上展示的3D打印技術正在大步走向成熟化、規(guī)模化、實用化和易用化。在CES上，3D System、MakerBot、Formlabs等多家公司展出數(shù)十款已經實用化的3D打印機產品，大量的3D打印產品，形形色色的3D打印耗材，產品涵蓋了從工業(yè)生產用、商用和家用全系列，尤其是家用產品，產品數(shù)量、成熟度、耗材種類和應用方案都非常豐富。CES上也展出的3D打印建模系統(tǒng)和軟體也越來越實用和方便。

在CES上，Leonard3Do公司展出虛擬現(xiàn)實雕塑技術，消費者戴上3D眼鏡就可以進行3D雕塑建模，然后用3D打印機輸出雕塑實物；Autodesk公司也提出123D建模軟體，用相機從不同角度拍攝物體照片，就可以通過該軟體為該物體建模，然后打印輸出3D物體。這樣的技術組合在一起，就可讓一般人像使用時下打印機般操作3D打印機，達到3D打印機走入家庭的目標。

事實上，在美國除了有家用打印機，也有規(guī)模大小不一的3D打印店和3D打印工廠，承接來自消費者的3D打印任務，在去年10月，世界上最大的3D打印工廠Shapeways在紐約開業(yè)，該工廠占地2.5萬平方米，可以容納50臺工業(yè)打印機，每年可按照消費人需求生產上千萬件產品。

3D技術的原理

長久以來，印刷成品如書本、海報均以2D平面形式存在，現(xiàn)在透過3D打印卻可以真真實實的復制物件。究竟如何辦到？其真正名字Addictive Manufacturing（又名Rapid Prototyping）其實已說明一切。Addictive Manufacturing意即疊層制造技術（又名添加層制造），換個簡單的說法，3D打印產品就像九層糕制作。

如果你對九層糕有所認識，必知道其制作工程是由低而至高，做了第一層才做第2層，第3層……而第2層堆疊在第1層，第3層又堆疊在第2層……逐層逐層做至第9層，3D打印亦是如此，打印出一層層2D產品，每一層2D產品堆疊在底下產品之上，到最后的完整成品就是3D立體產品。

人們稱3D技術為工業(yè)革命是因為：第一，3D打印不需要任何模具、也不必在某地設廠、沒有最低生產件數(shù)的限制，只要有電腦和數(shù)據，便可以在任何時刻、任何地點生產產品。譬如說，你有5或10或15臺機器就可以生產。第二，跳脫傳統(tǒng)生產方式的框架，解放創(chuàng)意，以前是生產方式左右設計，現(xiàn)在是設計主導生產方式，人們可以在電腦中實現(xiàn)天馬行空的創(chuàng)意，3D打印技術可以幫助他們落實。

因為3D打印技術的出現(xiàn)，讓產品設計到制造之間只有一個“打印”按鈕的間隔，促成第一、二次工業(yè)革命造就的規(guī)格化、大量生產的制造業(yè)再度轉向個人化生產。

3D打印技術的另一特點是各種原料的開發(fā)運用，包括塑膠、不銹鋼、銀、樹脂、陶瓷、玻璃、生物相容性塑膠（仍在努力中）、金屬如鈦普遍使用，醫(yī)藥器材上如骨骼相關的移植。3D打印技術最美好之處就在于不論是多么錯綜復雜的人體器官組織，對于3D打印都不是難度，復雜根本不存在于3D打印，不論是打印什么物品，從心臟血管或到打印鞋子，其難度可說是平起平坐，沒有分別。

3D打印更神奇的地方是可以由死物打印出活物！譬如那令人嘖嘖稱奇的人體器官打印。至今已成功打印出的人體器官包括膀胱、血管等。

客制化任何產品

位于美國布魯克林區(qū)的MakerBot是一家從事3D打印服務的公司，它去年推出售價3000美元的家庭3D打印機，總執(zhí)行長布里佩蒂斯說：“哪怕你是白癡，也能用它打印出一臺廚房攪拌機或咖啡機?！?/p>

“理論上來說，消費者可以客制化任何產品，不過大多數(shù)消費者不會這么做。”Wim Michiels指出，大多數(shù)消費者缺乏設計知識技能，盡管有許多設計軟件幫助不諳設計者設計物品，唯并非全數(shù)物品都適用，而且大數(shù)人傾向于對簡單的設計進行客制化，例如在產品刻上自己的名字或一些細節(jié)的變化之類。

法國3D打印公司Sculpteo則讓顧客可以上傳自己的照片并與設計師合作創(chuàng)造出自己獨特的產品。顧客可以下載一個程序，然后在網站上選擇好喜歡的基本件之后再把照片導進去，獨一無二的產品設計就會自動生成。譬如一個花瓶，用戶提交一個自己或者朋友的照片，然后一個反映照片頭部形狀的陶瓷花瓶就被打印出來。在未來2至3年，我們會看到越來越多產品是以3D打印方式生產，而且數(shù)量會持續(xù)增加。

舉凡提及3D打印技術，人們必會提及與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，3D打印技術具有的優(yōu)勢：（1）不需要生產線、減少生產成本；（2）快速生產單一產品，成本低廉；（3）允許人們自主構建任何形狀的物品；（4）和傳統(tǒng)制造業(yè)相比，減少原料的浪費。

確實，和傳統(tǒng)制造業(yè)相比，3D打印在節(jié)省時間和金錢上有很大的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)制造方式下，光是開發(fā)模具或模型可能就要耗去數(shù)周至數(shù)個月時間以及成本，這正是為什么盡管3D打印的機器本身甚至是所使用的原料對公司本身來說都是一筆花費，（和傳統(tǒng)生產方式相比）他們仍然視之為相對可負擔得起。最重要的是引領創(chuàng)意和創(chuàng)新至新境界，改講設計、以更快的速度把更好的產品推出市場，提升市場占有率。

Stratasys應用工程師Ganesh Babu也點出設計者最擔心的問題：創(chuàng)意被竊、構思外泄。要把構思化為實物，必須外包委托工廠開發(fā)模具或者建立雛型，設計圖掌握在外人手上，即使簽了保密協(xié)約，難免也有些寢食難安。相較之下，在工作室、工廠內放置3D打印機，從設計到生產一手包辦，“你不必和外人分享你的數(shù)據，不管任何產品都保密到家，”而且它能處理傳統(tǒng)機器生產所無法駕馭的復雜度和精致度，并以最簡單的方式打印出來，簡化了制作技術，

4D打印來勢洶洶

3D打印還沒搞懂，4D打印技術又已經出現(xiàn)。

4D就是在長、寬、高之外，加入時間，如果套用到打印技術，可以將打印出來的東西，依照預先設定的程序，隨時間而改變形狀。

4D打印的概念，是2013年3月美國加州舉辦的“科技、娛樂、設計大會”（TED）上，由麻省理工學院自動化實驗室創(chuàng)始人Skylar Tibbits提出。在視頻當中，他“打印”出一條“繩子”，之后這根“繩子”自己扭成了一個立方體。消息一出，整個業(yè)界為之沸騰，連帶相關高科技材料的股票也出現(xiàn)暴漲。Skylar Tibbits說，“4D打印是直接將想要的性狀輸入材料當中，然后物體會‘自動出現(xiàn)，不需要任何復雜的機電設備?！?/p>

聽起來這過于玄妙，工程軟件開發(fā)商Autodesk的解釋較為通俗化。他們的首席研究科學家卡羅奧古因打了個比喻：“想象一下你從宜家買回來一張椅子，將它放在房間，然后它會自動組裝，這就是4D打印?！?/p>

（責編：高雨薇）