近幾年“3D打印”成了超前科技的代言詞，火遍全球。其實3D打印并不能算是一項新技術(shù)，它早在20世紀80年代便已產(chǎn)生，只是因為成本巨大，在最近幾年才進軍藝術(shù)界和工業(yè)界，用以制造假肢、汽車零部件、家具和珠寶等。由于其迅猛的發(fā)展態(tài)勢，也許在未來的某一天，3D打印能夠像上帝那樣打印出人類。

 
人也能制造？解讀火遍全球的3D打印技術(shù)

英國《經(jīng)濟學人》雜志認為，這項技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)新的工業(yè)革命，將3D打印技術(shù)列為第三次技術(shù)革命范疇；美國《時代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。僅僅幾十年后，這項技術(shù)就得到了長足的發(fā)展。但是有些人還是感覺3D打印離我們太遠，不能惠及到我們的生活。那么筆者就為大家全方位、立體式地解讀一下，這項馬上可以觸手可及的技術(shù)。

對于關(guān)注打印領(lǐng)域的讀者來說，3D打印技術(shù)也許并不是什么陌生詞了。而普通大眾關(guān)注3D技術(shù)，還要追溯到前年年初上映的詹姆斯·卡梅隆的3D大片《阿凡達》。雖然電影《阿凡達》描繪的美麗景象沒有在觀眾記憶中停留多久，但3D影像技術(shù)帶給觀影者震撼的視覺沖擊，卻一直影響著隨后電影工業(yè)的發(fā)展，從《阿凡達》開始，幾乎所有的大制作高成本影片無不推出3D版，而前段時間上映的3D影片《超凡蜘蛛俠》更是叫好又叫座，這說明3D技術(shù)的電影制作已經(jīng)深入人心，并深受大眾喜愛。

得益于3D技術(shù)制作的電影受到好評，現(xiàn)如今3D技術(shù)的發(fā)展涉及到了各行各業(yè)。而在制造行業(yè)，“3D打印技術(shù)”的影響正在日益凸顯。

你可能覺得3D打印技術(shù)是邊緣技術(shù)，只有標新立異的人或者是高端設(shè)計室才用，但其實在不經(jīng)意中，你早就接觸到了3D打印產(chǎn)品。比如在牙科診所，很多定制的口腔設(shè)備現(xiàn)在都在使用3D打印機。口腔防護器可調(diào)整牙齒的排列，牙科醫(yī)生掃描了牙齒的位置后就可以利用軟件制作一個塑料模型，帶上數(shù)月后就可以把牙齒調(diào)整到合適的位置。另外利用3D打印機可以很快的制作出牙齒的模型，牙醫(yī)可以現(xiàn)場磨制假牙給你換上。

技術(shù)篇——3D打印的工作原理

說到它的原理，其實也并不不復雜，其運作原理和傳統(tǒng)打印機工作原理基本相同。傳統(tǒng)打印機是只要輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而3D打印機首先將物品轉(zhuǎn)化為一組3D數(shù)據(jù)，然后打印機開始逐層分切，針對分切的每一層構(gòu)建，按層次打印。

 
MakerBot公司的3D打印機

打印時，粉末耗材會一層一層地打印出來，層與層之間通過特殊的膠水進行粘合，并按照橫截面將圖案固定住，最后一層一層疊加起來，就像我們坐在海邊用沙子堆砌城堡一樣的程序，最終經(jīng)過分層打印、層層粘合、逐層堆砌，一個完整的物品就會呈現(xiàn)在我們眼前了。3D打印機與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機公司，使用打印機噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進行處理。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

之后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。另外一家總部位于美國明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術(shù)，整個流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

還有一些系統(tǒng)使用粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態(tài)粘合劑進行固化。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

它也可以使用一種叫做“激光燒結(jié)”的技術(shù)熔鑄成指定形狀。這也正是德國EOS公司在其疊加工藝制造機上使用的技術(shù)。而瑞士的ARCam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

當遇到包含孔洞及懸臂這樣的復雜結(jié)構(gòu)時，介質(zhì)中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來占據(jù)空間。這部分粉末不會被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

如今可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟。

行情篇——3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀

3D打印，過去在科研、教學或者制造領(lǐng)域被稱為“快速成型技術(shù)”。3D打印”這個更為形象的叫法快速被大眾接受和普及。隨著材料科學的快速發(fā)展，快速成型技術(shù)正在各個領(lǐng)域均有極大延伸，比如打印建筑物、打印汽車、打印人體器官、打印骨骼，而且我們還可以用3D打印機打印自己設(shè)計的衣服。我們首先用掃描儀對自己的身體進行一下掃描，這樣就能得到我們身材的尺寸，然后通過CAD對掃描數(shù)據(jù)進行加工和修改，這樣我們就可以自己打印出衣服和褲子。

 
3D打印出來的衣服

目前美國的3D打印技術(shù)較為領(lǐng)先，應(yīng)用范圍更廣。近期，全美第一家3D打印機耗材專營店在紐約曼哈頓的NOHO地區(qū)正式開業(yè)。據(jù)悉，這家商店是由全球3D打印設(shè)備領(lǐng)頭羊企業(yè)MakerBot公司開設(shè)的。并推出了最新一代也是該公司的第四代3D打印機“Replicator2”。該機器具有更加靈巧的外觀以及3倍于老款機器的打印精度。據(jù)了解，MakerBot零售店里并不提供現(xiàn)場3D打印服務(wù)，而且正在銷售的3D打印機產(chǎn)品則要價幾千美元。

而據(jù)MakerBot的未來業(yè)務(wù)規(guī)劃顯示，該公司還會再明年年初推出第五代機器Replicator2X，該機器可以滿足發(fā)燒友和專業(yè)人士對打印效果的需要。對此，MakerBot的CEO佩蒂斯在早前新聞發(fā)布會上說到：“我們所推出的新款打印機制定了桌面3D印刷的標準。打印出來的東西再也不會像過去那么粗糙了。如果未來零售業(yè)務(wù)運行良好的話，那就代表3D打印將進入主流消費市場。”

 
MakerBot 3D打印機

而在國內(nèi)，今年1月份，華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升帶領(lǐng)的團隊成功研制出世界上最大的3D立體打印機，并且憑借這一研究成果入選兩院院士評選的“2011年中國十大科技進展”，中國的3D打印正在快速發(fā)展，從工業(yè)和制造業(yè)應(yīng)用開始朝個人和小型化方向發(fā)展。

早期一套用于工業(yè)設(shè)計制造的3D打印設(shè)備在10萬美金左右，近幾年價格降低到2萬美金左右，而小型化個人桌面3D打印機售價在1000美金左右，史玉升研制的這款3D立體打印機UP!3D官方售價不到萬元，這款國產(chǎn)3D打印機已經(jīng)在美國等國外地區(qū)銷售。

應(yīng)用篇——3D打印早已來到我們身邊

目前，3D打印使產(chǎn)品供應(yīng)鏈的格局和人們的生活方式都發(fā)生了轉(zhuǎn)變。而且它的應(yīng)用范圍之廣讓人難以置信。今天筆者就列舉幾項和我們生活密切相關(guān)的例子，讓大家感受一下3D打印離我們并不遙遠。

食品行業(yè)

英國埃克塞特大學研究人員，去年推出世界首臺3D巧克力打印機。是了，你沒有看錯。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印”出來的。當然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。

 
3D打印在食品行業(yè)的應(yīng)用

建筑設(shè)計

在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計師們已經(jīng)接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設(shè)計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。

 
3D打印在建筑設(shè)計的應(yīng)用

醫(yī)療行業(yè)

最近，一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首例使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。

 
3D打印在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用

汽車制造業(yè)

不是說你的車是3D打印機打印出來的（當然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業(yè)在進行安全性測試等工作時，會將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時降低成本。

 
3D打印在汽車制造業(yè)的應(yīng)用

傳統(tǒng)制造業(yè)

傳統(tǒng)制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個問題。

 
3D打印在傳統(tǒng)制造業(yè)的應(yīng)用

科學研究

美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。

 
3D打印在科學研究的應(yīng)用

產(chǎn)品原型

比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設(shè)計制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。

 
用3D打印機打印產(chǎn)品原型

文物保護

博物館里常常會用很多復雜的替代品來保護原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復制品也能將藝術(shù)或文物的影響傳播給更多的人。最近史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。

 
3D打印在文物保護的應(yīng)用

配件、飾品

這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來，現(xiàn)在就可以實現(xiàn)。

 
用3D打印機打印配件、飾品

3D打印機可以完成很多在現(xiàn)在看起來匪夷所思的事，從某種角度來說，很多想象的到的東西，都可以通過3D打印直接得到。在未來3D打印還有可能走進千家萬戶，融入到我們的生活中，像電腦一樣普及。

展望篇——未來甚至能夠打印出人類

在1997年，發(fā)生了一件震驚醫(yī)學界的大事。那就是馬薩諸塞州總醫(yī)院的杰伊·瓦康提醫(yī)生，成功地讓老鼠背上長出一只人的耳朵。瓦康提用可以緩慢降解的材料制做了一個布滿小孔的支架，他的同事將這個支架植入沒有免疫力的小鼠皮膚下，并注入牛的成軟骨細胞。發(fā)育的軟骨組織滲透進支架，支架降解掉，就得到了一只真正的耳朵。

四年后，這項技術(shù)被應(yīng)用到新領(lǐng)域：他為一個失去1/6顱骨的孩子修補了顱骨，用這個孩子自身的成骨細胞成功地再造了骨頭，而這一切背后使用的工具，不過是改進過的3D打印機。

這種3D打印機和傳統(tǒng)的噴墨打印機原理差不多，只是采用了不同的“墨”。它相當于把一個模型分成許多層“橫截面” ，將原料液體或顆粒噴射到指定位置，一層一層地堆疊起來，最后得到精確模型。如果給墨盒里裝滿人體細胞，以打印機的打印精度精確地堆疊這些細胞，最終變成了活的人體組織。現(xiàn)在經(jīng)過測試，這種從打印機噴嘴發(fā)射出來的細胞，成活率居然高達95%以上。

既然骨骼、肌肉和皮膚都能用3D打印機打印出來，在未來，造人可能也只需要獲得一張精確的三維圖。也許下一個時代的創(chuàng)世神話是這樣開始的：上帝對自己的設(shè)計很滿意，然后，他按下了“打印”鍵。