最近一段時間，“3D打印”這個詞在媒體上出現(xiàn)的頻率極高，一會能打印房子，一會能打印自行車，甚至還可以打印出一把可以射出真子彈的步槍……聽到這里，你可能以為筆者在說故事，描述科幻電影中的場景，但事實的確如此，不管你信不信。
3D打印的概念早在幾十年前就已提出。上世紀(jì)70年代，隨著3D輔助設(shè)計的興起，設(shè)計師能在電腦軟件中看到虛擬的三維物體，但要將這些物體用粘土、木頭或是金屬做成模型卻非常不易，可以用費時費力費錢來形容。3D打印的出現(xiàn)，使平面變成立體的過程一下簡單了很多，設(shè)計師的任何改動都可在幾個小時后或一夜之間重新打印出來，而不用花上幾周時間等著工廠把新模型制造出來，這樣一來可以大大降低制作成本。而隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的東西以成品的形式被打印出來，人們才發(fā)現(xiàn)原來還可以這么玩。
《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志就曾經(jīng)評價：“偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當(dāng)時那個年代都是難以預(yù)測的，1750年的蒸汽機(jī)如此，1450年的印刷術(shù)如此，1950年的晶體管也是如此。而今，我們?nèi)匀粺o法預(yù)測，3D打印將在漫長的時光里如何改變這個世界。”
3D打印機(jī)究竟為何物
在杭州一家專業(yè)從事3D打印的公司第一次見到3D打印機(jī)的真面目。機(jī)器的上半部分是個半透明的罩子，有一排控制按鈕，旁邊是一臺電腦。掀起罩子，左邊立著四盒不同顏色的墨水，右邊的工作區(qū)擺放研磨得很細(xì)的石膏粉末。工作時，這些粉末會一層層地被液態(tài)連接體也就是特殊膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，一層層疊加，感覺像是在做蛋糕那樣創(chuàng)建三維實體。
工作人員介紹，這只是一臺小型的3D打印機(jī)，打印一個10厘米高的物體，大約需要5小時。現(xiàn)有的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，想完美地展現(xiàn)頭發(fā)絲還是很困難的，但是做小零件、模型綽綽有余。技術(shù)的發(fā)展和粉末很有關(guān)系，材料越細(xì)，每一層就更薄，做出來的東西精度就越高。
其實3D打印機(jī)原理很簡單，每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被打印成型。完成后，要處理掉物品周圍沾滿的粉末，這是可以循環(huán)利用的，再涂上增強(qiáng)硬度的膠水。
眼下3D打印機(jī)有兩種類型，一種是堆疊法，一種是燒結(jié)。原理基本都是多層分片打印，而堆疊和燒結(jié)只是成型技術(shù)的區(qū)別。堆疊只能成型塑料、硅之類的材質(zhì)，對固化反應(yīng)速度有要求，而燒結(jié)可以利用激光的高溫對金屬粉末進(jìn)行處理加工出金屬材質(zhì)的東西出來，實體可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。所以3D打印機(jī)和普通打印機(jī)，最大的區(qū)別是“墨水”。
3D打印為何能火
最新的三個有關(guān)3D打印的報道很嚇人，一個是打印房子，另一個打印飛機(jī)，三是打印手槍。其實在歐美，注重創(chuàng)造力的發(fā)達(dá)國家，3D打印技術(shù)已經(jīng)成功商用，尤其是消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)。它們不光可以離開傳統(tǒng)的大規(guī)模機(jī)床來制造小數(shù)量的部件，而且可以用不同方法來制造，比如單個制作噴氣式飛機(jī)上的空氣動力導(dǎo)管，而不再需要很多不同的元件來組裝它。
用發(fā)展的眼光來看，3D打印首先會影響的是模具行業(yè)。即便在國內(nèi)制造行業(yè)不景氣的今天，模具行業(yè)仍然風(fēng)景獨好，一方面是對技術(shù)要求高，另一方面是市場有需求，在產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)之前，必須要進(jìn)行多次打樣和修改。3D打印機(jī)的出現(xiàn)，其實是消滅了模具反復(fù)打造的流程，能直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，大幅減少成本投入，對于一些復(fù)雜而精細(xì)的造型，3D打印機(jī)表示毫無壓力。
其次是會引發(fā)個性風(fēng)潮。對一些小廠家來說，迫于模具制造的高成本，往往會采用公模來生產(chǎn)，雖然在功能上能滿足用戶的需求，但千篇一律的造型，很難迎合時下個性化的發(fā)展趨勢，所以賣不出高價，只能靠低價來吸引消費者。在機(jī)械化和流水線盛行的年代，人們對于手工的東西有特別的親切感，即便價格昂貴數(shù)倍，也不愁找不到買家，原因是手工制作不可能有相同的，而且品質(zhì)有保證。3D打印機(jī)的出現(xiàn)，一方面滿足人們對個性化產(chǎn)品的追求欲，完全可以量身定制，另一方面在大大提高生產(chǎn)效率的同時，還能降低成本。
第三是激發(fā)了人的想象力。極客牙醫(yī)用它進(jìn)行牙齒正畸和數(shù)字化種牙，減少風(fēng)險和痛苦；外科醫(yī)生更厲害，直接打印骨頭，只不過把材料換成添加了硅和鋅磷酸鈣，用于臨床手術(shù)；汽車維修公司用它來打印稀缺的汽車零部件，原先要等全球物流下2個月才到的一個東西，1個小時搞定了；英國科學(xué)家還在3D打印機(jī)的基礎(chǔ)上成功改造，使用液態(tài)巧克力作為“油墨”，可以打印各種形狀的巧克力，幾乎所有人都相信，3D打印機(jī)會成為食品界殺手級工具。
3D打印機(jī)并非天價
工業(yè)用的3D打印系統(tǒng)價格從1.5萬美元左右起，最貴的要100多萬美元。但是，普通的桌面3D打印機(jī)并不像大家想象的那么昂貴，原因是它采用了開源硬件Arduino。
Arduino由5個國際工程師研發(fā)，剛開始是為了促進(jìn)意大利艾維里互動設(shè)計學(xué)院的發(fā)展，旨在幫助學(xué)生們實現(xiàn)把輸入的數(shù)據(jù)原型輸出。它括一個簡單易用的I/O電路板，以及一個基于Eclipse的軟件開發(fā)環(huán)境，可以用來開發(fā)可獨立運作、并具互動性的電子用品，也可以開發(fā)出與PC相連的周邊裝置，同時能在運作時與PC上的軟件進(jìn)行溝通。因為Arduino讓生產(chǎn)3D產(chǎn)品又快又便宜，所以整個制造過程被大大簡化透明了。對整個3D打印產(chǎn)業(yè)來說，正是因為有了Arduino和其他尾隨的開源技術(shù)，才變的更普遍、更廉價，要知道它的重組成本接近為零。
我們在采訪創(chuàng)業(yè)者金濤的過程中，也證實了廉價一說。從2010年底到現(xiàn)在，他已經(jīng)賣出了150臺桌面機(jī)，不僅包括代理的國外品牌，還有他們自己制造的機(jī)器。他在描述自己如何設(shè)計3D打印機(jī)的時候，提到“一個做結(jié)構(gòu)設(shè)計的英國教授，在研發(fā)出3D打印機(jī)后，就把一些關(guān)鍵的技術(shù)在網(wǎng)站上公布，供愛好者使用，我就是根據(jù)這些開源的信息研發(fā)出自己的產(chǎn)品的。”第一代產(chǎn)品售價是4000元，只有一個噴頭，只能打印一種材料；第二代產(chǎn)品正在內(nèi)測中，安裝有兩個噴頭，價格也不會過萬。
3D打印離我們生活還有多遠(yuǎn)
3D打印機(jī)現(xiàn)在來看，在歐美國家已經(jīng)形成了一種潮流和噱頭，多為極客和高端用戶服務(wù)。像紐約另一家利用3D技術(shù)生產(chǎn)消費品的公司Quirky擁有20萬的注冊用戶，他們在線搜集用戶的創(chuàng)意，產(chǎn)品設(shè)計圖紙，用3D打印機(jī)以最快的速度成型，設(shè)計者常從一個創(chuàng)意就獲得不少的收入，有的用戶一年能賺幾萬美元。而美國加利福尼亞州的LegacyEffect公司，利用Objet3D打印機(jī)為電影特效片段制造3D模型和原型，為演員量身定制可以完全適合演員的臉、頸部和頭部的道具，在電影《侏羅紀(jì)公園》、《阿凡達(dá)》、《鋼鐵俠》以及《復(fù)仇者聯(lián)盟》中都有應(yīng)用。日本一家公司甚至推出了面向個人的“Baby復(fù)原服務(wù)”，只需提供嬰兒在母親肚子里的X光照片，他們便可以復(fù)原成三維圖像后，打印出一個肚子里的嬰兒模型作為紀(jì)念。
國內(nèi)目前3D打印還有待普及，一方面是應(yīng)用于工業(yè)的高端型號投入較大，行業(yè)投資人比較慎重，處于觀望狀態(tài)，另一方面，應(yīng)用普及也就是從最近才開始，用戶缺乏對3D打印有一個深入的認(rèn)識，由于有些新聞在描述上運用了夸張的手法，大膽的預(yù)測，所以給人的感覺是電影中的情節(jié)。
業(yè)內(nèi)人士介紹，和美國相比，中國缺少DIY和創(chuàng)意設(shè)計的習(xí)慣，所以3D打印機(jī)的最大優(yōu)勢往往得不到發(fā)揮，要成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)還需要3-5年時間。此外，國外3D打印機(jī)售價過高，而且有些限制出口，國產(chǎn)3D打印機(jī)在精度、速度和打印的尺寸上還無法滿足商用的需求，在幾何圖形優(yōu)化、描繪和材質(zhì)貼圖、對切割和中空部件做打印準(zhǔn)備、支持任意三維軟件生成的數(shù)據(jù)和對超大模型的自動分段等方面還需要進(jìn)一步提升。不過，隨著熱度的提升，這塊藍(lán)海很快就會被發(fā)現(xiàn)，解決只是時間問題。
