3D打印如何改變我們的生活？

撰文/梁迪

3D打印如何改變我們的生活？

撰文/梁迪

3D打印正在不同程度地影響我們的生活，既有3D打印的飛機(jī)、汽車，也有3D打印的首飾、巧克力，還有應(yīng)用在工業(yè)各領(lǐng)域的零部件，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了3D打印的房子以及具有活性的組織。技術(shù)的不斷突破讓其應(yīng)用具有更多可能性，3D打印正改變著我們的生活。

3D打印材料顯神通

3D打印材料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，逐漸形成了品種繁多的材料類型，并以不同形態(tài)進(jìn)行打?。ǚ勰⒔z線、芯塊、顆粒和樹(shù)脂等）。

塑料

尼龍是常用的3D打印材料，多以粉末的形式進(jìn)行燒結(jié)，或以絲線的形式進(jìn)行FDM過(guò)程。它是一種強(qiáng)大而靈活且耐用的材料，可在3D打印過(guò)程中穩(wěn)定地成型。尼龍?jiān)谧匀粭l件下是白色的，但在成形前可以通過(guò)染色來(lái)滿足多色彩打印的需求。

ABS是另一種常用的3D打印材料，它廣泛地使用于入門級(jí)FDM設(shè)備中，同時(shí)可以打印色彩豐富的產(chǎn)品。

PLA是一種可降解的塑料，可以以樹(shù)脂的形態(tài)使用在DLP/SL過(guò)程中，或以絲線形式用在FDM過(guò)程中。它可提供各種色彩，也包括透明色，而透明色的材料在3D打印中非常有用。

LayWood是一種專門為剛?cè)腴T3D打印人員開(kāi)發(fā)的木材/聚合物復(fù)合材料。

金屬

越來(lái)越多的金屬或金屬?gòu)?fù)合材料用于工業(yè)級(jí)的3D打印中，而最常見(jiàn)的兩種材料當(dāng)屬鋁以及鈷的衍生物。

而不銹鋼粉末則是最為常見(jiàn)，也是性能最強(qiáng)的3D打印材料之一，常用于燒結(jié)/熔融/EBM過(guò)程中。通常狀態(tài)下它是銀色的，但它可以通過(guò)表面電鍍而呈現(xiàn)出金色或者青銅色。

在過(guò)去的幾年中，金和銀也已經(jīng)作為3D打印的材料了，通常應(yīng)用在珠寶行業(yè)中。

鈦也是性能最強(qiáng)的3D打印材料之一，而且在3D打印領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了一段時(shí)間。鈦粉可以使用在燒結(jié)/熔融/EBM過(guò)程中。

陶瓷

陶瓷是一種相對(duì)較新的3D打印材料，而其特殊之處在于后打印過(guò)程，因?yàn)樘沾刹考谄渌魏翁沾刹考诩庸すに嚿a(chǎn)時(shí)，也需要經(jīng)歷同樣的處理過(guò)程。

紙

標(biāo)準(zhǔn)A4復(fù)印紙作為3D打印材料主要使用在SDL過(guò)程中。通過(guò)紙張打印出的3D模型是安全且無(wú)污染，易于回收并且不需要進(jìn)行后處理。

生物材料

針對(duì)生物材料在醫(yī)療應(yīng)用的潛力，相關(guān)部門進(jìn)行了大量的研究?；钚越M織包括為器官移植而打印的人體器官，也包括使用外部組織替代身體組織。其他的關(guān)于生物材料的研究重點(diǎn)是發(fā)展食物，比如說(shuō)3D打印肉。

食品

在過(guò)去的幾年中，通過(guò)3D打印機(jī)來(lái)打印食物已經(jīng)大幅增加。而巧克力食品則是最常見(jiàn)的。也有一些打印機(jī)使用糖或者意大利面以及肉作為材料。目前已經(jīng)有研究在使用3D打印技術(shù)打印可平衡膳食的肉了。

3D打印全球效應(yīng)

對(duì)全球制造業(yè)的影響

3D打印已經(jīng)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造方式產(chǎn)生了影響。科技的本質(zhì)是通過(guò)制造過(guò)程對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及安全方面產(chǎn)生的影響，同時(shí)允許新的思考方式，這也是普遍有利的結(jié)果。3D打印的關(guān)鍵點(diǎn)在于其有潛力讓生產(chǎn)直接接近最終用戶或消費(fèi)者，從而減少當(dāng)前供應(yīng)鏈的限制。3D打印定制化服務(wù)的價(jià)值以及小批量生產(chǎn)的能力是吸引消費(fèi)者和減少庫(kù)存的必由之路。

當(dāng)備用零件可以通過(guò)3D打印現(xiàn)場(chǎng)獲得的時(shí)候，通過(guò)海運(yùn)在全世界范圍內(nèi)運(yùn)輸備件顯得如此過(guò)時(shí)。在未來(lái)，最終目標(biāo)是讓多數(shù)消費(fèi)者在家或者單位經(jīng)營(yíng)自己的3D打印機(jī)，數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)下載，并發(fā)送到打印機(jī)，之后打印機(jī)便裝載上正確的材料開(kāi)始打印。更廣泛的使用3D打印可能會(huì)導(dǎo)致很多已經(jīng)發(fā)明的產(chǎn)品的仿制品出現(xiàn)，但也會(huì)帶來(lái)數(shù)量更大的全新產(chǎn)品。之前不可能實(shí)現(xiàn)的形狀和圖形現(xiàn)如今可以通過(guò)3D打印機(jī)創(chuàng)造出來(lái)，但這也只是開(kāi)始。3D打印被很多人認(rèn)為是具有非常大的潛力為創(chuàng)新注入新的增長(zhǎng)點(diǎn)，并使得制造業(yè)回歸。

對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的潛在影響

3D打印技術(shù)的使用對(duì)全球經(jīng)濟(jì)有潛在的影響。基于需求原理，從通用模型到定制模型的生產(chǎn)分配轉(zhuǎn)移，而定制化的產(chǎn)品模型可能會(huì)減少進(jìn)口國(guó)家和出口國(guó)家之間的不平衡。

3D打印可能創(chuàng)造全新的行業(yè)和職業(yè)，例如當(dāng)前這些和3D打印相關(guān)的產(chǎn)業(yè)。對(duì)于圍繞3D打印提供專業(yè)服務(wù)的人來(lái)講，這也是一個(gè)機(jī)會(huì)，諸如圍繞在知識(shí)、財(cái)產(chǎn)、法律糾紛和解決的新形式產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、打印機(jī)操作員、材料供應(yīng)商等。

3D打印對(duì)于發(fā)展中國(guó)家的影響就像雙刃劍，積極的影響是通過(guò)回收和其他材料降低了生產(chǎn)制造成本，但勞動(dòng)崗位的減少將會(huì)嚴(yán)重的打擊發(fā)展中國(guó)家，這也需要時(shí)間來(lái)克服。

而發(fā)達(dá)國(guó)家將最受益于3D打印，隨著不斷增長(zhǎng)的老齡社會(huì)以及變革的時(shí)代，相關(guān)的生產(chǎn)和工作力被一直關(guān)注。同時(shí)3D打印還在有益健康的醫(yī)療中應(yīng)用，并能照顧好逐漸老齡化的社會(huì)。

3D打印利益和價(jià)值

3D打印技術(shù)無(wú)論在工業(yè)或?qū)€(gè)人而言，帶來(lái)了一系列好處，即傳統(tǒng)制造所不能實(shí)現(xiàn)的方法。

定制化服務(wù)

3D打印過(guò)程允許大規(guī)模的定制，并有能力實(shí)現(xiàn)基于個(gè)人需求的個(gè)性化生產(chǎn)。即使存在形同的構(gòu)建空間，但3D打印的本質(zhì)意味著許多產(chǎn)品可以同一時(shí)間依據(jù)最終用戶的需求進(jìn)行制造，而且并沒(méi)有帶來(lái)額外的花銷。

復(fù)雜性

3D打印的出現(xiàn)見(jiàn)證了產(chǎn)品的多樣性，在廣度上具有復(fù)雜性，而此類復(fù)雜產(chǎn)品是不能以其他方式進(jìn)行物理上的生產(chǎn)。但這種優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被設(shè)計(jì)師和藝術(shù)家令人印象深刻的視覺(jué)效果取代了，而這也造成了對(duì)工業(yè)應(yīng)用的重大影響。即應(yīng)用程序正在開(kāi)發(fā)以使得復(fù)雜組件具象化，并提供比前輩更輕更強(qiáng)的產(chǎn)品。

免工具

在工業(yè)生產(chǎn)制造中時(shí)間和勞動(dòng)力成本最高的當(dāng)屬工具的生產(chǎn)。而在工業(yè)級(jí)3D打印中，使用低到中等的應(yīng)用程序即可解決工具生產(chǎn)的需求，同時(shí)成本、交貨期和勞動(dòng)力這幾項(xiàng)要素也是相互關(guān)聯(lián)的。此外，通過(guò)3D打印的增材制造方式制造工具可以避免復(fù)雜的裝配，從而可以從具體的功能實(shí)現(xiàn)為基點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

可持續(xù)發(fā)展

3D打印技術(shù)也是一項(xiàng)節(jié)能的技術(shù)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)增材制造的方式相對(duì)于傳統(tǒng)制造方式可以避免90%的原材料浪費(fèi)，另外其通過(guò)更加穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，這也為可持續(xù)發(fā)展拓展了余度，最終達(dá)到降低碳排放的效果。

除了以上幾點(diǎn)，3D打印給本地制造模式展現(xiàn)了巨大的希望，這樣就可以在需要使用產(chǎn)品的地方生產(chǎn)該產(chǎn)品，如此一來(lái)庫(kù)存壓力和不可持續(xù)的物流運(yùn)輸壓力將不復(fù)存在。

3D打印的應(yīng)用

3D打印技術(shù)源于“快速成型”的工業(yè)原型原理。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)早期，通過(guò)這種快速又直接的制造方式可以生產(chǎn)多個(gè)產(chǎn)品原型，使得產(chǎn)品更快、更有效的找到最佳解決方案。這樣從產(chǎn)品開(kāi)始就節(jié)省了時(shí)間和金錢，這給人們以信心。

原型制作仍然是3D打印技術(shù)在當(dāng)前最大的應(yīng)用，雖然這一點(diǎn)有時(shí)候會(huì)被忽略。自從3D打印生產(chǎn)原型開(kāi)始，工藝和材料的發(fā)展、改進(jìn)見(jiàn)證了工藝復(fù)雜度在應(yīng)用程序優(yōu)化下進(jìn)一步下降。

工業(yè)的垂直市場(chǎng)方面從工業(yè)級(jí)3D打印這里獲益良多，這些應(yīng)用如下。

醫(yī)療及牙科

醫(yī)療領(lǐng)域被視為3D打印技術(shù)最早的采用者，同時(shí)也是一個(gè)擁有增長(zhǎng)巨大潛力的行業(yè)。由于其需要定制化和個(gè)性化的功能來(lái)改善人民的生活水平，這也促進(jìn)了工藝的改進(jìn)和材料的發(fā)展，以滿足醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)。

3D打印技術(shù)被用于許多不同的應(yīng)用場(chǎng)景。除了為醫(yī)學(xué)發(fā)展和牙科行業(yè)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供原型制作的支持，它也被用來(lái)制作金屬鑄造下游的牙冠模型以及牙齒矯正器。3D打印技術(shù)也被用來(lái)直接制造諸如髖膝關(guān)節(jié)植入物的產(chǎn)品，以及助聽(tīng)器、矯正鞋墊、假肢以及為患有關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松病人提供的一次性植入物等定制的特異性產(chǎn)品。3D打印技術(shù)為特定操作提供手術(shù)指導(dǎo)也是一個(gè)新興的應(yīng)用，這將協(xié)助外科醫(yī)生的工作并幫助病人康復(fù)。3D打印也正在開(kāi)發(fā)以打印諸如皮膚、骨骼、組織、藥品甚至人類器官。然而，這些科技在很大程度上仍需要數(shù)十年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

航天

和醫(yī)療領(lǐng)域相似，航天領(lǐng)域也是3D打印技術(shù)較早的使用者。這些公司通常以伙伴關(guān)系和高校以及研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，促進(jìn)和推動(dòng)技術(shù)邊緣的擴(kuò)展，以及開(kāi)發(fā)更多的應(yīng)用場(chǎng)景。

由于飛行器的特殊環(huán)境，其對(duì)快速成型技術(shù)是苛求的，標(biāo)準(zhǔn)是苛刻的，因?yàn)楣I(yè)級(jí)3D打印系統(tǒng)將會(huì)被送往太空。工藝和材料的開(kāi)發(fā)見(jiàn)證了3D打印在一系列航天領(lǐng)域關(guān)鍵應(yīng)用的發(fā)展。

汽車

另一個(gè)快速成型技術(shù)早期的采用者是汽車領(lǐng)域。許多汽車廠家，尤其是參與摩托車和F1賽事的企業(yè)，出現(xiàn)了類似航天領(lǐng)域公司的發(fā)展軌跡。首先使用技術(shù)生產(chǎn)原型模型，同時(shí)技術(shù)也在開(kāi)發(fā)和適應(yīng)制造工藝，以合并改善材料和汽車零件生命周期的效益。

許多汽車公司持續(xù)關(guān)注者3D打印技術(shù)在實(shí)現(xiàn)庫(kù)存產(chǎn)品和替換零件等方面售后功能的潛力，即按需生產(chǎn)而不是持有巨大的庫(kù)存。

珠寶

傳統(tǒng)上，珠寶設(shè)計(jì)和加工工藝往往需要具有高水平的專業(yè)知識(shí)以及豐富的而經(jīng)驗(yàn)，包括制造、制模、鑄造、電鍍、鍛造、金/銀鍛冶、雕刻和拋光等等。

對(duì)于珠寶行業(yè)，3D打印已經(jīng)被證明是極具顛覆性的。由三維軟件和3D打印帶來(lái)的新設(shè)計(jì)自由，通過(guò)提升傳統(tǒng)珠寶加工工藝，再到直接3D打印產(chǎn)品，這樣就消除了許多傳統(tǒng)的工藝步驟。3D打印已經(jīng)并將持續(xù)的對(duì)這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。

藝術(shù)/設(shè)計(jì)/雕塑

藝術(shù)家和雕塑家以無(wú)數(shù)種不同的方式來(lái)探索形式與功能，而在以往則是不可能的事情。無(wú)論是純粹的原始表達(dá)還是向大師學(xué)習(xí)，這都是一種高度帶感的領(lǐng)域，越來(lái)越多的新方法通過(guò)3D打印來(lái)闡述這個(gè)世界。

3D掃描學(xué)科和3D打印集合也給藝術(shù)世界帶來(lái)了新空間，然而藝術(shù)家和學(xué)生現(xiàn)在基于此技術(shù)可以復(fù)制大師以往作品，并精確創(chuàng)造出古代復(fù)制品雕像用以仔細(xì)研究藝術(shù)作品，否則這些藝術(shù)品將永遠(yuǎn)無(wú)法與普通大眾接觸。

建筑

長(zhǎng)期以來(lái)，3D打印在建筑模型領(lǐng)域都有較多的應(yīng)用，并精確地生產(chǎn)可以展現(xiàn)建筑師視角的建筑模型。3D打印提供了相對(duì)快速、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行的方法，并使用3DCAD、BIM或者其他的數(shù)字信息以供建筑師制作精確模型。許多成功的建筑公司，現(xiàn)在把3D打印作為他們工作流程的關(guān)鍵部分，以提高創(chuàng)新并增進(jìn)溝通交流。

最近，一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的建筑師將3D打印看做是直接建設(shè)的施工方法，相關(guān)研究工作已經(jīng)在進(jìn)行中。

時(shí)尚

隨著3D打印工藝在分辨率和更柔韌的材料方面的改進(jìn)，其在時(shí)尚界的應(yīng)用呼之欲出。3D打印附件包括鞋子、首飾、帽子和包包都在世界范圍內(nèi)的時(shí)尚T臺(tái)上得到了展示。一些更有遠(yuǎn)見(jiàn)的時(shí)尚設(shè)計(jì)師展示具有科技功能的高級(jí)時(shí)裝，包括裙子、披風(fēng)、全身禮服甚至內(nèi)衣都已經(jīng)在世界上不同的時(shí)尚場(chǎng)合亮相。

3D打印的應(yīng)用如雨后春筍，生機(jī)勃勃，在衣、食、住、行以及人們最關(guān)心的醫(yī)療和教育領(lǐng)域都有所運(yùn)用，相信隨著材料和控制科學(xué)的進(jìn)步，3D打印將會(huì)像計(jì)算機(jī)技術(shù)一樣改變我們的生活方式，讓生活變得更美好。