3D打印技術(shù)如何影響未來

文 楊彩霞 吳洪林

作為“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”的代表，3D打印技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和個人領(lǐng)域。但是，任何新興技術(shù)都可能是雙刃劍，在享受新技術(shù)帶來的新動能的同時，也要未雨綢繆，高度重視新技術(shù)可能帶來的風(fēng)險，提高創(chuàng)新治理能力，使科技既能充分發(fā)展，也可以切實(shí)造福人類的美好生活。

3D打印技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和個人領(lǐng)域

促進(jìn)了人類的可持續(xù)發(fā)展

幫助解決國際人道主義危機(jī)。3D打印技術(shù)正在與世界上最緊迫的人道主義危機(jī)——饑餓和無家可歸作斗爭。一份聯(lián)合國報告顯示，全世界有1／9的人口處于饑餓狀態(tài)；世界自然基金會副主席杰森克萊表示，從現(xiàn)在到2050年，糧食生產(chǎn)需要翻一番才能滿足人類基本的糧食需求，但從目前這種不可持續(xù)的食品生產(chǎn)實(shí)踐方法來看，這將是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。3D打印有解決世界糧食危機(jī)的潛力。創(chuàng)建一個軟件程序，通過程序設(shè)定的配方將加在墨盒中的成分組合在一起，最終輸出為3D打印食品。而墨盒中的成分不僅僅是糧食，也可以是從其他動植物中提取出來的含有糧食營養(yǎng)成分的替代品。同時，軟件允許“廚師”根據(jù)用餐者的特定營養(yǎng)需求定制食物，這種生產(chǎn)方法更環(huán)保更可持續(xù)。如果軟件是開源的，越來越多的研究人員和對該生產(chǎn)行為感興趣的人可以參與進(jìn)來，更快開發(fā)出更高效更經(jīng)濟(jì)的食品解決方案。3D打印技術(shù)也為住宅建設(shè)帶來了革命性的變化，使住房建設(shè)更便宜、更便捷。例如，總部位于美國德克薩斯州的初創(chuàng)公司Icon正在與非營利組織New Story合作，以低于4000美元的成本在24小時內(nèi)用水泥打印了一個單層住宅房屋，該項(xiàng)目的最終生產(chǎn)版本是創(chuàng)建400至800平方英尺的住宅，該設(shè)計成果已在德克薩斯州奧斯汀SXSW大會上進(jìn)行了首次公展。如果類似的技術(shù)和設(shè)計工藝能不斷改進(jìn)和推廣，將助推數(shù)以百萬計無家可歸的人得以安居。3D打印技術(shù)還被用于人道主義救援，向?yàn)?zāi)區(qū)和難民營提供基本商品和服務(wù)。例如，尼泊爾地震時，聯(lián)合國曾把3D打印作為其地震反應(yīng)計劃的一部分，包括打印衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施所需的定制管道部件等。

提高現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的個性化水平。2014年，世界首例3D打印椎骨取代人體椎骨的手術(shù)在北京成功舉行。它被認(rèn)為是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一大進(jìn)步，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的椎骨替代品相比，特別設(shè)計的3D打印骨骼形狀更好地契合了人體結(jié)構(gòu)，更耐用的同時可以使人體更快更好地恢復(fù)。這是模仿患者的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D個性化植入的一個典型案例，然而，3D打印在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些，它創(chuàng)造了一個全新的個性化醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如說3D打印藥物。對于患有長期性疾病或老年患者來說，每天可能需要服用數(shù)十粒藥物，而研究證明，有30%～50%的人因沒有正確服用藥物而導(dǎo)致治療效果下降甚至引起副作用。通過3D打印精確控制藥物成分，根據(jù)個人需求將數(shù)十粒藥物的效果合成到一粒藥物上，這個過程中還可以在一些成分的表面涂上特殊材料來延緩藥效的釋放，以使科學(xué)家可以對服用后的藥效進(jìn)行精確的控制。雖然由于醫(yī)學(xué)的嚴(yán)格調(diào)控，高度個性化的3D打印藥劑可能需要數(shù)十年才能廣泛服務(wù)于患者，但這種趨勢已非常明顯。3D打印為醫(yī)學(xué)界引入的另一項(xiàng)革命性的服務(wù)是重新構(gòu)想醫(yī)療程序?，F(xiàn)在進(jìn)行手術(shù)前，大多數(shù)醫(yī)生用二維圖像來確定手術(shù)方法，這種傳統(tǒng)的成像技術(shù)不是很精確。而3D打印模型可以準(zhǔn)確地捕捉到獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，允許外科醫(yī)生擁有需要進(jìn)行手術(shù)的任何人體部位的復(fù)制品，尤其是大腦和心臟，這種手術(shù)模擬服務(wù)大大提高了復(fù)雜手術(shù)的成功率?，F(xiàn)代社會的發(fā)展是建立在創(chuàng)意和創(chuàng)造力之上的，而3D打印的個性化定制特征也將會在現(xiàn)代社會得到長足的發(fā)展。

保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境。利用以前的廢物創(chuàng)造未來的產(chǎn)品可以使我們的消費(fèi)更有效，3D打印為這種以更可持續(xù)的新方式使用舊材料的想法提供了可能。例如，研究人員已經(jīng)找到了利用3D打印技術(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為混凝土的方法，他們甚至正在探索如何減少打印過程中所需的能量，使這個技術(shù)本身更可持續(xù)。今年夏天，在馬爾代夫，一片沒有珊瑚礁的海域被安裝了世界上最大的3D打印珊瑚礁基質(zhì)設(shè)備，以打印珊瑚賴以生長的基質(zhì)，希望在此基礎(chǔ)上形成天然珊瑚礁。除了珊瑚礁，3D打印技術(shù)還可以為其他物種提供棲息地。

可能帶來的影響和風(fēng)險

強(qiáng)大的制造能力可能危及就業(yè)。3D打印機(jī)在生產(chǎn)復(fù)雜或高度定制的產(chǎn)品方面比傳統(tǒng)制造業(yè)有很大的優(yōu)勢，但它在帶來社會效益的同時，也會造成勞動力市場的動蕩。3D打印可以為飛機(jī)生產(chǎn)批量的精密零件，成本與生產(chǎn)牙刷差不多，它正迅速成為“盒子里的工廠”，幾乎可以打印任何東西。雖然目前它在各行業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)有限，但隨著這項(xiàng)技術(shù)在未來幾年變得生產(chǎn)力更強(qiáng)、更容易獲得，它的影響或許不可評估。蘭德公司團(tuán)隊(duì)采訪的專家估計，未來幾年，3D打印機(jī)的產(chǎn)量可能只占所有消費(fèi)品的5%，也有可能達(dá)到90%左右，數(shù)以百萬計的工作崗位可能岌岌可危。

黑客可能利用虛擬網(wǎng)絡(luò)威脅現(xiàn)實(shí)世界。3D打印技術(shù)的進(jìn)步也可能引發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)攻擊，隨著數(shù)字計劃轉(zhuǎn)化為實(shí)物，黑客能輕而易舉地將惡意代碼或有缺陷的指令、算法引入打印程序，使用打印機(jī)來造成對真實(shí)世界的破壞，此時的網(wǎng)絡(luò)安全將變得更加重要。研究人員做過一個實(shí)驗(yàn)，他們侵入了一臺臺式電腦修改了無人機(jī)螺旋槳3D圖紙中的幾行代碼，打印出來的螺旋槳看起來完美無缺，但在起飛后1分43秒，驚心動魄的一幕發(fā)生了，這架小型無人機(jī)的一個螺旋槳發(fā)生爆炸，飛機(jī)搖晃著墜落并撞得粉碎。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)3D打印機(jī)越來越多地被用來制造一些關(guān)鍵部件，包括飛機(jī)引擎時，當(dāng)別有用心的人通過在關(guān)鍵設(shè)備中植入某種缺陷來鎖定目標(biāo)人群時，這些擔(dān)憂絕非杞人憂天。

可能引發(fā)新的犯罪和安全威脅。

2018年8月，美國一家私人國防公司Defense Distributed將3D打印槍支的圖紙傳到網(wǎng)上，此舉引發(fā)美國8個州和哥倫比亞特區(qū)檢察長的聯(lián)合署名訴訟抗議。雖然美國國務(wù)院隨即叫停了這一做法，但那時圖紙的下載量已累計達(dá)10萬余次。3D打印槍支的技術(shù)不斷改進(jìn)，最初射擊幾次后就會自動報廢，但現(xiàn)在連續(xù)發(fā)射30多顆子彈仍可使用；其可用的打印材料也愈加豐富，在禁槍的國家，塑料槍支可以逃過金屬探測的檢查而出現(xiàn)在公共場所。這還可能引起新型街頭毒品、化學(xué)藥品的定制打印，如果被恐怖組織利用，后果更嚴(yán)重。因此，廣泛的3D打印可能會導(dǎo)致武器擴(kuò)散，增加全球沖突、極端主義和犯罪的可能性。

可能改變國際事務(wù)的規(guī)則。3D打印為公司選擇在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分散性生產(chǎn)而不是進(jìn)口提供了可能，公司不再需要在一國生產(chǎn)零件，再到另一國組裝，這所有的步驟都可在打印現(xiàn)場完成，因此削弱了目前由復(fù)雜的多國供應(yīng)鏈支撐的國際聯(lián)系。貿(mào)易制裁歷來是處理國際爭端的主要工具，3D打印技術(shù)有可能降低貿(mào)易制裁的效力，也有可能造成國家間貿(mào)易合作的破裂。有預(yù)測說到2060年，3D打印可能會毀掉近1／4的跨境貿(mào)易，而自“二戰(zhàn)”以來，這些貿(mào)易關(guān)系和供應(yīng)鏈有效減少了洲際戰(zhàn)爭。因此，3D打印有可能極大地改變當(dāng)前的國家體系和國際秩序。

基于上述分析，對3D打印這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)該保持謹(jǐn)慎，但過度反應(yīng)和監(jiān)管可能會扼殺創(chuàng)新。歷史經(jīng)驗(yàn)表明，在技術(shù)的不利一面被應(yīng)用之前進(jìn)行規(guī)范構(gòu)建對話是最有效的，因此，各國際主體，包括國家、商業(yè)領(lǐng)袖、政府官員和其他政策制定者可通力合作，試著建立有預(yù)見性和約束性的全球規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。比如加大對稀有的具有危險性和破壞性的原材料的流動控制，確保某些破壞力很大的武器不易獲得制作材料；或者要求打印機(jī)在線注冊，并要求打印機(jī)在其產(chǎn)品中編碼可跟蹤的標(biāo)識和序號；或是政府部門也可用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中斷該技術(shù)潛在的攻擊或限制其破壞。同時，困窘中也孕育著機(jī)遇，就像曾經(jīng)占據(jù)了經(jīng)濟(jì)體量90%的農(nóng)業(yè)最終也讓位于原始的機(jī)器生產(chǎn)制造業(yè)一樣，3D打印在取代了一些勞動力的同時，也帶來了新的工作崗位。我們可以對傳統(tǒng)制造業(yè)的工人進(jìn)行培訓(xùn)和再培訓(xùn)，讓他們從事未來的3D打印工作或是其他更有技術(shù)含量的工作，以減輕產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型期就業(yè)問題可能引起的陣痛。無論如何，科技前進(jìn)的步伐不可阻擋，我們需要預(yù)見性的規(guī)范和包容性的增長，以讓更多的人受益。