3D打印的跑鞋

餓了，按照個人口味打印一顆定制級巧克力；累了，自選顏色和材料打印一張椅子坐坐；準媽媽產(chǎn)檢拿到的不再是簡單的B超照片，而是可以提前抱抱的“腹中寶貝”；設(shè)計師推出的最新“概念車”，3D打印技術(shù)打印的汽車。

世界首輛3D打印汽車

如果評選近兩年最受關(guān)注的科技熱詞的話，3D打印無疑就是其中之一。這個被英國《經(jīng)濟學人》雜志稱為“將帶來第三次工業(yè)革命”的數(shù)字化制造技術(shù)，既可以打印出飛機零件、賽車、手槍，又可以打印巧克力、食品和人體器官等。這一切似乎都在表明，3D打印改變傳統(tǒng)制造業(yè)和我們的生活只是時間問題了。然而，事實果真如此嗎？

就像蠶吐絲結(jié)繭

對于3D打印機的工作原理，有一個形象的比喻──吐絲結(jié)繭。

3D打印機，顧名思義，用它打印出來的物品并非平面的紙張，而是一個立體固態(tài)物體。首先將一項設(shè)計物品通過3DCAD（3D計算機輔助設(shè)計）軟件轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行逐層分切打印。在打印過程中，層層打印出來的切片會不斷疊加，最終形成一個完整的立體物品。簡單說來，3D打印就相當于做“加法”。

對于3D打印機的工作原理，有一個形象的比喻——吐絲結(jié)繭。蠶吐出很細的絲，一層一層把自己包裹起來，就形成了一個“立體”的繭。雖然目前材料和工藝不一樣，但3D打印的基本原理都是根據(jù)要打印的物體形狀，通過一層層地堆積而成。比如塑料材質(zhì)，就是將塑料加熱后，形成塑料絲，然后將塑料絲一層一層地堆起來，就形成了三維物品；還有一種是用激光照射光敏樹脂或者金屬粉末，形成固體后堆積起來變成三維物品。

清華大學教授、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年指出，傳統(tǒng)的工業(yè)制造方法多是減材制造，即在整塊材料的基礎(chǔ)上去除多余部分，將剩下的部分制成產(chǎn)品。而作為“增材制造”的3D打印技術(shù)，則是按照設(shè)計圖，精確制出每一層平面后再進行累加，所以在生產(chǎn)過程幾乎不會產(chǎn)生任何廢棄物。

“增材制造”，是與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造”對應(yīng)的，這種技術(shù)依據(jù)物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式，制成實物模型。“這就像蓋房子，一層層往上壘磚砌墻，只不過用的不是方磚水泥，而是工程塑料、粉末、尼龍、光敏樹脂甚至是金屬、陶瓷等不同的材料。”顏永年說。

3D打印技術(shù)主要包括4種類型：微滴噴射（FDM）、激光固化（SL）、激光燒結(jié)（SLS）和激光熔化（SLM）。其中，微滴噴射主要適用于生物制造；激光燒結(jié)因為能夠打印飛機等高端產(chǎn)品上的關(guān)鍵金屬零件為國防做出貢獻，而在1999年被美國評為“最具創(chuàng)造力的技術(shù)”，它和激光熔化的主要優(yōu)勢在于快速成型較高強度的金屬模具。“后來又衍生的很多技術(shù)都是在這四大類技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，基本工作原理都是逐層增加材料，最終形成物件，因此，這些技術(shù)都被通俗地稱作3D打印。

這不是一個新概念

雖然時下3D打印被人們炒得不亦樂乎，但它卻并非什么新概念。

雖然時下3D打印被人們炒得不亦樂乎，但它卻并非什么新概念。3D打印誕生于上世紀80年代，被稱為“上上個世紀的思想，上個世紀的技術(shù)，這個世紀的市場”，迄今已有20多年的歷史。早在1986年，美國科學家CharlesHull就發(fā)明出世界上第一臺3D打印機。20世紀90年代初，美國麻省理工學院（MIT）獲3D印刷技術(shù)專利，很快MIT和3D系統(tǒng)公司就各自開發(fā)了三維打印系統(tǒng)，隨后ZCorp、ObjetGeometries和Stratasys也把以疊層制造技術(shù)為基礎(chǔ)的3D打印產(chǎn)品推向了市場。如今，MIT和3D系統(tǒng)在3D打印領(lǐng)域依然保持著領(lǐng)導者地位。

過去20多年間，3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)領(lǐng)域，如汽車、航空、電子、醫(yī)療設(shè)備、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、藝術(shù)和時尚等。

英國埃克塞特大學研究人員制作了一款以巧克力為原料的3D打印機，可以用來打造屬于自己獨一無二的個性巧克力；中國杭州的雕塑家李慶華利用3D打印技術(shù)，復原了在時光侵蝕中變得破敗不堪的山西天龍山石窟造像群；荷蘭設(shè)計師艾瑞斯·凡·赫龐將3D打印技術(shù)與手工制作完美結(jié)合，使用錦綸打造出了傳統(tǒng)制造方式難以實現(xiàn)的復雜藝術(shù)品；而在醫(yī)療方面，除了3D打印的機械手臂，還有患者在荷蘭接受了世界上首例由3D打印技術(shù)制作的人工下頜骨移植手術(shù)。

由美國Organovo公司研制的3D生物打印機如今已經(jīng)可以制造動脈，開發(fā)者稱由這種設(shè)備“打印”的動脈最早有望在5年內(nèi)用于心臟搭橋手術(shù)。而心臟、牙齒和骨骼等更為復雜的器官則應(yīng)該可以在10年內(nèi)被“打印”出來。

在未來的航天事業(yè)中，由于攜帶備用零件會增加飛船的體積和質(zhì)量以及受到宇宙中失重環(huán)境的影響，一旦飛船上面的某個零部件壞了，想要換新是十分困難的，如果利用裝在飛船中的3D打印機按需打印零部件，問題便可迎刃而解。發(fā)明了以沙石為原料打印建筑物的設(shè)計師恩里科·迪尼甚至宣稱，希望有一天，可以使用月球塵埃，在月球上輕松地建筑起一個基地。

掀起第三次工業(yè)革命？

與其過于樂觀地說3D打印技術(shù)將引領(lǐng)“第三次工業(yè)革命”，還不如說有助于推動產(chǎn)業(yè)升級更為實際。

英國《經(jīng)濟學人》雜志曾指出，在3D打印技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的情況下，制造業(yè)也許不再運用工廠這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，而是轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以3D打印機為基礎(chǔ)、更加靈活、所需投入更少的生產(chǎn)方式。《經(jīng)濟學人》將這種趨勢稱之為“社會化制造”，并認為這種新型的生產(chǎn)方式，有望促成第三次工業(yè)革命。

然而，對于3D打印技術(shù)是否會就此帶來“第三次工業(yè)革命”的問題，柏林工業(yè)大學3D實驗室主任哈特穆特·施萬特教授卻給出了否定的答案。他說：“盡管3D打印技術(shù)對于科學和經(jīng)濟已有一個重要的作用，并且贏得一個非常有活力的發(fā)展，設(shè)備和軟件被不斷研發(fā)更新，有了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。但我認為現(xiàn)在這個階段就說3D打印將帶來‘第三次工業(yè)革命’是夸張的，目前還沒有人可以做這樣的斷言。”

對制造業(yè)產(chǎn)生沖擊？

3D打印和傳統(tǒng)制造都有各自的優(yōu)勢，兩者不可互相取代，在今后很長一段時間內(nèi)，3D打印與傳統(tǒng)制造工藝將不可分割地共存。

3D打印的興起，會對中國制造業(yè)造成哪些沖擊？在個性化需求逐漸占據(jù)主導地位的消費時代，3D打印產(chǎn)業(yè)化顯然會對中國這樣的制造業(yè)大國產(chǎn)生巨大的影響。一是由于其超強的設(shè)計能力，可能帶動我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級；二是由于其精密化的“打印”，可能取代低附加值產(chǎn)業(yè)成為高附加值的精益制造業(yè)；三是給新材料提供發(fā)展機遇；四是使研發(fā)和設(shè)計等“非實體性活動”成為產(chǎn)業(yè)鏈高端，從而推動制造業(yè)價值鏈的攀升和制造服務(wù)化。

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