本文由北京印刷廠轉(zhuǎn)載：想象一下這樣的生活：周末就是好朋友小麗的生日，她很喜歡美麗的花兒。于是，你花了一個(gè)上午，在網(wǎng)上設(shè)計(jì)了一個(gè)玫瑰花狀的虛擬臺(tái)燈，然后點(diǎn)擊了“打印”。第二天，玫瑰花臺(tái)燈寄到了小麗家門口。
壞消息傳來(lái)，你遠(yuǎn)方的侄子小峰突然在交通事故中失去了一只手臂。你打“飛的”去看他。候機(jī)時(shí)，你用手里的智能手機(jī)，把他最喜歡的電腦游戲人物設(shè)計(jì)了一番，然后點(diǎn)擊了“打印”。到了醫(yī)院，小峰正揮舞著剛寄到的塑料游戲玩具跟你打招呼。同時(shí)，醫(yī)生也帶來(lái)了好消息：新的生物手臂已經(jīng)“打印”好，馬上就可以給小峰安上了。
這一切，并不全是科幻！近些年迅速發(fā)展的三維印刷技術(shù)，讓許多原來(lái)只在科幻作品中出現(xiàn)的場(chǎng)景變成了現(xiàn)實(shí)。幾百年前，古登堡印刷引發(fā)了世界變革，而現(xiàn)在，很多人在說(shuō)，這種理論上可以“打印”一切的三維印刷術(shù)可能會(huì)掀起“新一輪工業(yè)革命”，徹底改變制造業(yè)，前所未有地徹底激發(fā)人類的想象力。
流程
電腦+打印機(jī)=一切
在成熟的三維印刷時(shí)代，足不出戶制造出一個(gè)物件，完全不是難事。
你先在家中的電腦上設(shè)計(jì)出任何一個(gè)想要的模型，小到珠寶、家具、衣服，大到自行車、汽車零部件，都可以隨心所欲地設(shè)計(jì)。如果有時(shí)間，可以精心地打磨一下物體的結(jié)構(gòu)、形狀和顏色等各個(gè)細(xì)節(jié)。然后，點(diǎn)擊電腦屏幕上的“打印”。
緊接著，旁邊的一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備（我們可以稱之為“打印機(jī)”）就開始轟轟作響，一點(diǎn)點(diǎn)把虛擬的三維圖像打造成真。它可能從噴嘴中一點(diǎn)點(diǎn)噴出原材料，像砌墻一樣一層層往上砌；也可能在膠水或激光的幫助下先造出一個(gè)樹脂、金屬或塑料的結(jié)構(gòu)模型，然后一點(diǎn)點(diǎn)往上添東西。不管怎樣的制作流程，細(xì)節(jié)都是一點(diǎn)點(diǎn)添加的，因此，三維印刷技術(shù)還有另外一個(gè)名字，叫做“添加印刷技術(shù)”。
最終，電腦屏幕中的那個(gè)物體，比如一個(gè)汽車零件、一盞臺(tái)燈或一把小提琴，就這么從屏幕中走出，展示在你眼前。
三維印刷技術(shù)的美妙在于，如果東西不太大，材料不那么復(fù)雜的話，你就完全可以在家中，借用一臺(tái)電腦和一個(gè)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)設(shè)備就可以自己生產(chǎn)出來(lái)。只要有充足的空間擺放更大的生產(chǎn)設(shè)備，你同樣也可以自己生產(chǎn)出更大的產(chǎn)品。
歷史
不再是科學(xué)家的專利
這樣的生活并不僅僅是想象，有一些已經(jīng)真真切切地發(fā)生了。
近期，距離英國(guó)巨石陣不遠(yuǎn)的威爾特郡的航空工程師們利用三維印刷技術(shù)，“打印”出了世界上首架三維印刷飛機(jī)。這架飛機(jī)還很小，機(jī)翼僅1.5米長(zhǎng)，可以被一個(gè)人舉起，通過遙控飛行。
工程師們先用電腦設(shè)計(jì)出一架虛擬的飛機(jī)模型，接著，激光機(jī)器按照虛擬模型，一點(diǎn)點(diǎn)組裝出塑料機(jī)身和各個(gè)零部件。
如果要優(yōu)化飛機(jī)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，工程師們只要在電腦屏幕上操作，改進(jìn)后的飛機(jī)零部件就會(huì)很快再度被“印”出來(lái)。這個(gè)方法和傳統(tǒng)的飛機(jī)制造不同，后者如同其它任何傳統(tǒng)制造，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢，在同一條生產(chǎn)線上，對(duì)一架新型飛機(jī)反復(fù)組裝修改，直到完成。
一個(gè)明朗的傍晚，在電腦操控下，這架輕便飛機(jī)從草地安置的起飛架上起飛，直沖天空，工程師們發(fā)出了歡呼聲。這群熱愛飛機(jī)的工程師堅(jiān)信，某一天，大飛機(jī)的零部件甚至機(jī)身也可以借用三維印刷技術(shù)快捷經(jīng)濟(jì)地“打印”出來(lái)。
事實(shí)上，如今的三維印刷技術(shù)早在20年前就已出現(xiàn)，但最早的運(yùn)用只是原型設(shè)計(jì)，比如在一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)室或汽車制造和航空公司中，會(huì)先花很多錢打造出一個(gè)原型，設(shè)計(jì)完成后，生產(chǎn)線再開始重復(fù)生產(chǎn)一樣的產(chǎn)品?！ ?strong>原理
一層一層“疊羅漢”
某種意義上說(shuō)，三維印刷是二維平面印刷的疊加，它先把計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的圖形用激光束打印出平面的“層”圖像，有的時(shí)候，每一層甚至只有100微米。
每掃出一層圖像，機(jī)器就會(huì)鋪上一些聚酰胺塑料粉、不銹鋼粉或鈦粉，激光的熱量讓兩層之間的特殊粒子緊密膠合在一起。一層加一層，原先平面的物質(zhì)就疊加成最終的立體物。
這有點(diǎn)像是烘烤時(shí)膨脹后的蛋糕，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)松散，你甚至還可以逆向拆除產(chǎn)品，就好像從沙堆中抽出一個(gè)玩具。
如果要印刷更結(jié)實(shí)的物體，只要把激光束替換成電子束，它可以令粉狀顆粒徹底融化，令物體層級(jí)之間更加緊密膠合。
三維印刷技術(shù)，完全省去了金屬切割、研磨等步驟，因此，它給了設(shè)計(jì)者無(wú)限的自由。
在一些制造業(yè)比如飛機(jī)設(shè)計(jì)中，三維印刷可以改變高昂造價(jià)的歷史。二戰(zhàn)時(shí)，曾經(jīng)出現(xiàn)了一種史上最昂貴的戰(zhàn)斗機(jī)“超級(jí)海軍噴火”機(jī)，它創(chuàng)造了一種特殊的橢圓形機(jī)翼，但是其復(fù)雜的制造過程卻成了當(dāng)時(shí)工程師們的噩夢(mèng)。
“在三維印刷術(shù)的幫助下，我們可以回歸到純粹的設(shè)計(jì)形式，探索各類空氣動(dòng)力的數(shù)學(xué)可能。”制造了三維印刷飛機(jī)的工程師凱恩說(shuō)。他們?cè)斐鰜?lái)的這架飛機(jī)，僅花了5000英鎊，2天設(shè)計(jì)，5天“打印”。工程師說(shuō)，今后，這種針對(duì)個(gè)體用戶的設(shè)計(jì)制造時(shí)間甚至可以縮短到幾分鐘。
推廣
虛擬人物變成現(xiàn)實(shí)
隨著激光技術(shù)的成熟，自2003年以來(lái)，三維印刷技術(shù)開始迅速得到應(yīng)用。今天，在珠寶、鞋、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程、土木、汽車、航天制造等行業(yè)中都有應(yīng)用。
美國(guó)明尼蘇達(dá)州的一位機(jī)器人愛好者在自己家中用三維打印機(jī)造出了一個(gè)機(jī)器人昆蟲，一共只花了1300美元。它由黑色的塑料制成，和手掌一般大，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的爬行、飛行、跳躍。除了感應(yīng)器和一些天線之外，這個(gè)“昆蟲”所有的部件都是三維印刷出來(lái)的。
機(jī)器人專家麥爾斯·裴卡拉說(shuō)，在充滿想象力的機(jī)器人制造領(lǐng)域，三維印刷技術(shù)可以讓制造趕超人類想象力。他本人也“打印”出一臺(tái)手臂機(jī)器人，僅用了3個(gè)月時(shí)間和10次修改，如果用傳統(tǒng)方式制造，這樣的速度是不可想象的。
這一技術(shù)把虛擬的電腦游戲、電影和真實(shí)的生活連接起來(lái)。比如“異形”這個(gè)《魔獸》中從背后襲擊怪獸的禿頂角色，以前可能只是一些玩家喜愛的虛擬形象，但現(xiàn)在，美國(guó)一些書店里已經(jīng)出現(xiàn)了三維打印出來(lái)的真實(shí)“異形”玩具。
娛樂公司也開始嘗到了這種新技術(shù)帶來(lái)的好處。美國(guó)波特蘭萊卡娛樂公司在把小說(shuō)《卡洛琳》改編成動(dòng)畫電影時(shí)，就首次借用了三維印刷技術(shù)，影片中的角色都由三維打印出來(lái)，結(jié)構(gòu)每層僅16微米厚，比人工雕塑的木頭模型要精細(xì)得多，同時(shí)電腦技術(shù)也可以捕捉到百萬(wàn)級(jí)精確度的表情變化。 影響
第二次工業(yè)革命？
《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志撰文寫道，三維印刷技術(shù)給制造業(yè)帶來(lái)巨大變革。它讓生產(chǎn)單一的產(chǎn)品變得和大規(guī)模生產(chǎn)線出來(lái)的產(chǎn)品一樣便宜，它可能會(huì)對(duì)全球工廠制造帶來(lái)深刻的沖擊。“如同沒有人能預(yù)測(cè)到1750年蒸汽機(jī)，或1450年印刷技術(shù)，或1950年的晶體管帶來(lái)的影響一樣，現(xiàn)在還無(wú)法預(yù)測(cè)三維印刷技術(shù)帶來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響，但這個(gè)技術(shù)已經(jīng)到來(lái)，它很可能會(huì)改變所有的領(lǐng)域。”
有人將這種新技術(shù)稱為“改變一切”的技術(shù)，也有人用“第二次工業(yè)革命”到來(lái)形容它的意義。
這種生產(chǎn)技術(shù)會(huì)給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)益處，比如生產(chǎn)線成本更低，廢品大量減少，可以制造出傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法生產(chǎn)的零件。今后的工廠，唯一固定的不是生產(chǎn)線，而是一臺(tái)打印機(jī)，生產(chǎn)出的產(chǎn)品卻千姿百態(tài)，在成本下降的同時(shí)，設(shè)計(jì)和創(chuàng)新卻可以不再有任何現(xiàn)實(shí)的阻力。
但這種變革可能也會(huì)給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。更多的小企業(yè)甚至個(gè)人可以進(jìn)行產(chǎn)品制造，而不再需要大公司的流水線。打印機(jī)替代了人工制造，對(duì)人工勞力的需求大大減少。此外，還有安全方面的隱患，電子化的設(shè)計(jì)原型，可能更容易被黑客襲擊或盜取。
康奈爾大學(xué)科學(xué)家霍德·林普森寫道，三維打印機(jī)可以將任何材料變成產(chǎn)品，而今后，任何人都可以又快又便宜地生產(chǎn)出復(fù)雜產(chǎn)品，傳統(tǒng)制造業(yè)的局限不再是問題，人類創(chuàng)新將被極大地激發(fā)?！叭绻祟惡瓦h(yuǎn)古祖先的區(qū)別是使用工具的話，三維印刷技術(shù)則可以代表著終極工具，它會(huì)從我們無(wú)法想象的方式改變?nèi)祟愇幕?。”林普森說(shuō)。
《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》文章也指出，三維印刷可能會(huì)在短期內(nèi)分隔出贏家和輸家，但長(zhǎng)期而言，則可以極大地延伸工業(yè)領(lǐng)域和人類想象的境界。（金煜）
■ 攻堅(jiān)
細(xì)胞變“墨水”培養(yǎng)皿當(dāng)“紙”
現(xiàn)在，很多器官移植病人要等待很長(zhǎng)時(shí)間才能等來(lái)合適的生物器官，而三維印刷技術(shù)也正在往“制造”生物器官的方向發(fā)展。但是，生物生長(zhǎng)方式是自發(fā)、有機(jī)的，怎么可以被設(shè)計(jì)呢？這是很大的一個(gè)難題。然而，新技術(shù)的應(yīng)用，或許在某一天，真的可以改變醫(yī)學(xué)界甚至生物學(xué)的面貌。
在美國(guó)北卡羅萊納州的維克福瑞斯克大學(xué)，科學(xué)家讓生物細(xì)胞變成“墨水”，正在探尋打印人體骨骼和器官的可能性，這些科學(xué)家相信，某一天，人體器官也可以從無(wú)到有被“打印”出來(lái)。
事實(shí)上，全球各處有很多科學(xué)家已經(jīng)在探尋這種技術(shù)的可能性，它甚至有了新的名字：生物印刷、器官印刷、計(jì)算機(jī)協(xié)助組織工程學(xué)或生物制造。
克萊姆森大學(xué)研究者托馬斯·柏蘭德說(shuō)，生物打印機(jī)有點(diǎn)像傳統(tǒng)的噴墨打印機(jī)，只不過原先的噴墨現(xiàn)在變成了細(xì)胞組織和一種特殊的化學(xué)成分，而原先打出的紙，現(xiàn)在變成了培養(yǎng)皿。
這種化學(xué)成分可以讓培養(yǎng)皿中的液體變成果凍般的膠體，然后將細(xì)胞“打印”在上面，機(jī)器可以反復(fù)添加液體、化學(xué)成分和細(xì)胞，一層層地把組織層制造出來(lái)，最終創(chuàng)造三維的生物機(jī)體。
對(duì)活體的打印可能是最難的技術(shù)了。目前，有科學(xué)家制造出大約2英寸厚度的組織，但是如果沒有足夠的營(yíng)養(yǎng)，細(xì)胞會(huì)死亡。
而美國(guó)奧根諾威公司的三維生物印刷機(jī)，已經(jīng)可以生產(chǎn)出血管，他們表示，幾年后，這些血管就可以用在心臟搭橋上。十年內(nèi)，科學(xué)家就可以生產(chǎn)出更復(fù)雜的器官如心臟、牙齒、骨骼等。
■ 應(yīng)用
三維打印機(jī)賣1300美元
三維打印技術(shù)正在全面滲入人類社會(huì)的各個(gè)角落。
加州一家公司正在打造世界上最大的三維打印物體，他們希望能夠像烤蛋糕一樣生產(chǎn)出精準(zhǔn)的水泥，并運(yùn)用到房屋建造中。
美國(guó)另一家公司則在生產(chǎn)最便宜的三維打印機(jī)，售價(jià)僅1300美元，其利用液體熱塑性材料可以打印出各類家用物體?！∮?guó)巴斯大學(xué)的科學(xué)家，則正在開發(fā)可以自我印刷的三維印刷技術(shù)，今后，人們只要下載模型圖像，就可以自己打印出需要的三維印刷機(jī)。
食物也可以被打印出來(lái)。英國(guó)一所大學(xué)的發(fā)明家正在研制可以通過噴嘴，把融化的巧克力噴成各類巧克力形態(tài)。
在奧地利維也納理工大學(xué)，一個(gè)科研小組制成了世界上最小的三維打印機(jī)，只有牛奶盒大小，重1.5公斤，可以制造珠寶等小東西。
盡管有的個(gè)人已經(jīng)開始購(gòu)買家用三維打印機(jī)，但很多公司已經(jīng)開始做起三維打印的外包業(yè)務(wù)。Shapeway公司就類似三維打印界中的“亞馬遜”公司，借用云計(jì)算和自有的生產(chǎn)設(shè)備，它可以為用戶定制各類個(gè)性化的打印物體。
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