令人腦洞大開的3D打印

王斌

炙熱的3D打印技術(shù)正走向未來生活，將許多不可能變?yōu)榭赡?/p>

3D打印技術(shù)的強大是有目共睹的，我們已經(jīng)見證過的3D打印物品不勝枚舉，小到噴氣飛機引擎、大到辦公室大樓，都可以通過3D打印來實現(xiàn)。3D打印技術(shù)現(xiàn)在已然成為工業(yè)界和科學界的寵兒。

從“使用”步入“服用”階段

短短數(shù)年光景，3D打印產(chǎn)品已逐漸從“使用”步入“服用”階段。2015年夏天，美國食品與藥品管理局（FDA）批準了首個3D打印藥物——SPRITAM（左乙拉西坦），該產(chǎn)品將于2016年一季度開始銷售。處方藥SPRITAM速溶片，用于和其他抗癲癇藥物聯(lián)合治療成人或兒童患者的肌陣攣發(fā)作，以及原發(fā)性全身癲癇發(fā)作。SPRITAM是使用含水流體將多層分裝藥劑結(jié)合在一起從而制造出的水溶性藥劑，患者只需用少量的水就能使藥品快速溶解。

FDA的開放態(tài)度建立在大量臨床數(shù)據(jù)之上。實際上，藥品在非標準化、個性化定制上還是有一定標準，只不過這個標準允許有少許浮動。而3D打印制藥的藥品臨床數(shù)據(jù)必須在標準范圍之內(nèi)。此款藥品獲批上市，說明FDA對非標準的個性化工藝表示認可，是3D打印行業(yè)的一個風向標。

業(yè)內(nèi)人士表示，3D打印藥物實際上是一種制劑加工技術(shù)，是在傳統(tǒng)制藥采用的壓片法上進行創(chuàng)新，對于藥物配方并沒有什么改變。3D打印藥品，可根據(jù)患者對藥品有效成分需求的不同來調(diào)整劑量，最終通過3D技術(shù)打印出來，比過去掰藥片的方式更精確。

3D打印玻璃更精細出彩

最近，美國麻省理工學院科學家在研究一種制造精細玻璃的新工藝：通過3D打印技術(shù)造出精美絕倫而且用途更廣的玻璃。這種3D打印玻璃工藝稱為“G3DP”。與普通的3D打印不同，這項玻璃打印技術(shù)旨在完美結(jié)合計算機技術(shù)、材料技術(shù)和設(shè)計學。它的玻璃制造平臺，將使玻璃制造技術(shù)達到有史以來的新高度。

傳統(tǒng)的玻璃制造工藝包括塑模、成型、吹制、電鍍或燒結(jié)等工序，最后的產(chǎn)品質(zhì)量與制造技術(shù)水平密切相關(guān)。從古埃及發(fā)現(xiàn)制造玻璃珠的“核成型”工藝，經(jīng)過羅馬時代發(fā)明的金屬管吹制工藝，到現(xiàn)代能造出大尺寸平板玻璃的皮爾金頓浮法工藝，玻璃制造技術(shù)上的每一次新突破都是長期實驗和創(chuàng)新的結(jié)果。

“G3DP”的設(shè)計基礎(chǔ)是一種雙層加熱室，上層作融窯室，下層用于退火。這種3D打印機器的工作原理非常簡單：打印機的頂部主要是一個小融窯，用戶可以把玻璃放進去。在融窯達到一定溫度，大約1900華氏度（約為1038攝氏度）時，很容易將其中的玻璃融化。下面的打印部分是一個由氧化鋁-鋯石-硅制成的噴嘴，功能和常見的桌面熔融沉積成型3D打印機的熱端類似。熔融玻璃從融窯中流下來，通過噴嘴擠在一個制作臺上，慢慢冷卻變硬。如果想停止打印，只需用壓縮空氣降低噴嘴溫度。

這項跨學科的研究證明：制造工藝的提升，除了單純從本領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破外，與其他領(lǐng)域的新技術(shù)進行合理融合，也能帶來新成果。這也將在以后的科技發(fā)展中被不斷驗證。

3D打印無人機無需拼裝

2015年7月22日，英國皇家海軍成功在海上試飛了一架3D打印的無人機。這架3D打印無人機重約3公斤，翼幅1.5米長。該飛機從一艘海軍軍艦上起飛后，按照預先設(shè)定的程序順利飛行了5分鐘，然后被遙控操作，安全降落到多塞郡上的切瑟爾海灘上。

這架3D技術(shù)打印出的無人機由四個部分拼接而成，利用了激光燒結(jié)技術(shù)（Laser Sintering），拼接過程不需要任何工具。

此無人機3D打印技術(shù)是由來自英國南安普敦大學的安迪·基恩（Andy Keane）教授負責開發(fā)的。他表示：“影響無人機推廣使用的關(guān)鍵就在于降低無人機的生產(chǎn)成本，而同時又不影響機身的堅固性?！?3D打印飛機的成功試飛，意味著未來的無人機生產(chǎn)將越來越便宜，制造也越來越簡便。

3D打印汽車售價僅2萬美元

現(xiàn)在一些大的科技公司對于汽車發(fā)展的方向都是著力于自動駕駛技術(shù)，而這樣大家往往就會忽視重要一點——3D打印汽車。2014年9月份，洛克汽車公司（Local Motors）在芝加哥公開展示了世界首輛3D打印汽車Strati，遺憾的是這輛汽車并不會投產(chǎn)入市。而在2015年的7月，洛克汽車公司又展示了一款新3D打印汽車的設(shè)計，并表示，該車型將作為洛克汽車公司將來在市場上銷售的真正可以上路的3D打印汽車。有消息稱，低配電動車版本的售價將在1.8-3萬美元之間。

總部位于舊金山的DM（Divergent Microfactories）公司已成為全球首家打造3D打印超級跑車的公司，所打造的The Blade車型從0到60英里（約合96.56公里）/每小時的加速時間僅需2.2秒，整車重量為1400磅（0.635噸），車身大部分由碳纖維材料打造，汽車底盤由大約70個3D打印的鋁節(jié)點組成的，工人手工組裝該底盤前后歷時僅30分鐘，整個底盤本身的重量只有61磅。DM公司表示這種全新的方式還幫助減少了90%的底盤重量。盡管車身非常輕，但該超跑安裝了4缸700馬力的雙燃料引擎，可使用汽油或壓縮天然氣為燃料。

該車的模型基于一個模塊化框架設(shè)計，車身的面板可以靈活地嵌入或取出，這意味著車主能夠很方便地對汽車外形進行重新設(shè)計。在汽車出現(xiàn)事故或者受損傷的時候，這種模塊化設(shè)計也使得修復成本和難度都有所降低。

這輛超跑不僅僅提供了卓越的性能表現(xiàn)，對于汽車行業(yè)來說更重要的是可實現(xiàn)量產(chǎn)。DM公司表示生產(chǎn)該跑車的工廠資本消耗只有其他汽車制造方式的1/50，污染排放只有一輛電動車的1/3。3D打印汽車技術(shù)愈發(fā)成熟，這將會大大降低汽車制造成本、人力成本，并可大幅減少污染和材料上的浪費。同時對于生產(chǎn)小型代步汽車無疑是一件好事。

3D打印的服裝不再硬梆梆

人們已經(jīng)可以在家中打印各種小物件，甚至是食物、服裝、房屋。不過，硬塑料長絲材質(zhì)卻限制了一些使用價值：沒有人喜歡穿著堅硬、怪異的外星人服飾，而纖維打印還僅限于企業(yè)級應用。好消息是，近日以色列藝術(shù)與設(shè)計學院的設(shè)計師丹尼特·派格（Danit Peleg）開發(fā)出了一種新型材質(zhì)，并且可以使用普通3D打印機輕松實現(xiàn)。

派格在使用傳統(tǒng)材質(zhì)進行試驗失敗之后，發(fā)現(xiàn)了一種強韌但柔軟的材質(zhì)，稱之為FilaFlex。這種材質(zhì)的感覺就像布一樣柔軟，但同時具有柔韌性，可以像布一樣實現(xiàn)花邊、條紋等復雜的幾何圖形設(shè)計，并有極好的舒適性和透氣性。而整個打印條件，僅需要一臺普通的3D打印機即可實現(xiàn)。事實上，派格并不是唯一研究新型3D打印材質(zhì)的人。荷蘭設(shè)計師也已經(jīng)打印出具有實穿性的新材質(zhì)服裝，美國設(shè)計師也制作出像布般柔軟的塑料3D打印服裝。

顯然，3D打印技術(shù)極大地帶動了科技與服裝界的距離，越來越多的設(shè)計師甚至大品牌都開始嘗試3D打印，完成此前難以實現(xiàn)的設(shè)計理念。而新材質(zhì)的運用，則是讓3D打印服裝消費化的有效舉措，只有真正舒適、耐穿的服裝，才有可能讓消費者買單。

成為手術(shù)臺上的救命稻草

如果醫(yī)生在手術(shù)中能夠更加直觀的了解到病人器官的情況，那手術(shù)會變得更加安全。為此，麻省波士頓兒童醫(yī)院的一個研究小組提供了解決方案：將磁共振掃描設(shè)備與3D打印相結(jié)合，為醫(yī)生打印實時病人的器官模型。

在此之前，要完成一個心臟的精細掃描，再加上打印成型就要花費接近10小時。這樣的時間損耗完全不符合醫(yī)療作業(yè)的實際需要。這個研究小組通過改進算法，能夠讓剖析心臟這項工作的耗時縮短到一小時，從而將節(jié)省的時間全部留給打印，極大地提升效率。

盡管新算法為這項技術(shù)帶來了可觀的效率提升，但鑒于技術(shù)推出時間較短、缺乏臨床經(jīng)驗的緣故，研究小組對此還是有所保留。目前，他們還在為這項技術(shù)做多次的可行性測試，對其做出嚴格的評估。同時，小組也在進行其他相關(guān)研究，例如如何用這項技術(shù)進行人體脈絡(luò)系統(tǒng)的掃描與打印，為更多類型的手術(shù)提供技術(shù)援助。

3D打印出制導導彈

隨著3D技術(shù)的不斷成熟，貌似這一技術(shù)即將變得無所不能，然而，可怕的事情也變得越來越多。早在2013年，世界第一把3D打印手槍測試成功，3D打印武器一時掀起軒然大波?？梢韵胂笠幌拢磥碇灰阌幸慌_3D打印機，然后在互聯(lián)網(wǎng)上找到相應的打印教程和圖紙，你就可以制作出一件具有致命性的武器。

2015年7月，雷神公司（Raytheon Company）表示已經(jīng)使用3D打印技術(shù)制作了制導武器的幾乎所有組成部分，包括3D打印的火箭發(fā)動機、用于引導和控制系統(tǒng)的部件、導彈本身、導彈翅片。照此進度，在未來幾個月雷神公司的3D打印導彈可能就會出現(xiàn)在戰(zhàn)場上。

雷神公司是美國的大型國防合約商，同時也是全球最大的導彈生產(chǎn)商，主要為美國軍方提供防御武器，導彈制導系統(tǒng)。這些年，雷神公司一直都在探索使用3D打印制造產(chǎn)品，例如正在開發(fā)用3D打印出更復雜的電路，以及使用3D打印技術(shù)開發(fā)愛國者空氣導彈防御系統(tǒng)中使用微小微波元件裝置的方法。

該公司的制造經(jīng)理莉亞·赫爾認為，未來3D打印導彈將成為一種簡化的流程，允許士兵當場打印并組裝導彈。雖然實現(xiàn)這些還有很長的路要走，但這是事實，并不是幻想。至少雷神現(xiàn)在已經(jīng)證明，這些武器可以被3D打印出來。

能過濾水中污染物的3D打印

現(xiàn)在，美女們游泳再也不怕海水不干凈了。2015年9月，來自加州大學河濱分校的幾位科學家開發(fā)出了一種突破性的超級材料，這種材料能夠排斥水而且具有安全吸收和儲存毒素的能力。更讓人拍案叫絕的是，科學家們還將這種材料用于3D打印比基尼，讓使用者在暢游海洋的時候也為清潔海洋做出自己的貢獻。

這種超級環(huán)保以及可用于智能制造的材料，被科學家們命名為Sponge（意為海綿體），贏得了2015年國際重塑設(shè)計大賽的第一名，堪稱最環(huán)保的可穿戴技術(shù)。研究團隊是在四年前開始研究這種材料的，當時的想法是將其用于清理原油泄漏，以及作為飛機和衛(wèi)星上的涂料等。要制作這種泳衣，要先將Sponge材料塑造成比基尼的形狀，然后再封裝進一個3D打印“籠子”里，由于是要當比基尼使，這種“籠子”一定要非常柔軟有彈性，而且與穿用者的身體完美匹配，顯然只能依靠3D打印技術(shù)來完成。

這種超級材料是從加熱的蔗糖中分離出來的一種多孔超疏水材料。這種材料的納米尺度結(jié)構(gòu)允許它吸收超過自身重量25倍的污染物，除非被加熱到1000攝氏度才會釋放它所吸收的材料。另外它也能夠?qū)⑽廴疚镂肟紫吨校@意味著這些吸附的污染物不會碰到穿戴者的皮膚，而這種材料在回收之前可以使用20次?？梢詫⒂斡倔w驗轉(zhuǎn)化為一種環(huán)保活動，讓人們在游泳時也能幫助清潔海域。

除了上述時尚比基尼之外，這種材料也可以用于男士泳衣、泳帽或全身的潛水服。而且，當這種材料吸附了足夠的污染物之后，只需將墊子從“籠子”里拿出來，再換上一個新鮮的即可。開發(fā)者甚至預測，未來甚至可能會有類似于干洗店那樣的設(shè)施，專門收集用過的Sponge，分離污染物，并回收剩下的材料。最值得一提的是，這種材料的成本出人意料的低廉，由于它是從蔗糖中提取出來的，每克的成本不到一塊錢，如果規(guī)模制造的話成本還會更低。