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2013-04-29 00:44:03楊冠宇
東方企業(yè)家 2013年6期
楊冠宇
5月，致力于以3D打印技術(shù)制造槍支的分布式防御公司，新設(shè)計的“完全3D打印手槍”在奧斯汀首次進行了試射。
美國《華盛頓郵報》5月22日報道稱，美國國家航空航天局（NASA）已選中總部位于得克薩斯州的系統(tǒng)和材料研究公司，向恩里科·迪尼（Enrico Dini）投資12，5萬美元，為宇航員制造“營養(yǎng)可口”食品的3D打印機。根據(jù)設(shè)想，這種3D打印機將按照“數(shù)字菜譜”混合各種粉末，制造色香味俱全的食品，打印出一頓頓美餐。之前，恩里科·迪尼設(shè)計的神奇3D打印機，“打印”出整幢建筑，比常規(guī)建筑快四倍。
而5月初的另一件關(guān)于3D打印的事則引起空幻，美國一名大學(xué)生設(shè)計出世界上首個3D打印槍支，并將草圖上傳到網(wǎng)絡(luò)，不少人爭相下載、制造，打印出的手槍甚至被神不知鬼不覺地帶上了列車，引發(fā)公眾對槍支管制的熱烈討論。
3D Printer（3D打?。?，這項只有迄今為止不到30年歷史的技術(shù)，被英國的《經(jīng)濟學(xué)人》評價為“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)”，也被美國《時代》周刊列為“十大增長最快的工業(yè)”。3D打印技術(shù)在美國已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，2011年3D打印市場規(guī)模有17.1億美元，這一數(shù)字僅占全球制造市場的0.02%。行業(yè)預(yù)估，在制造商的推動下，到2016年，3D打印市場規(guī)模將達到31億美元，2020年達到52億美元。
3D打印能做什么？
這是一種快速成型的技術(shù)。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)。運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型，過去多在工業(yè)設(shè)計，模具開發(fā)領(lǐng)域被用于制造模型。在使用3D打印機時，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到打印機上，后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成形，這與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于，3D打印機使用的“墨水”是實實在在的原材料。
如今，貌似神奇的這項技術(shù)，通過開源處理之后，逐漸走入日常生活，打印出各種千奇百怪的東西，未來，3D打印機的應(yīng)用也將會更加廣泛。珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支。這些模型打印可以涉及到的領(lǐng)域里，3D打印會先動誰的蛋糕呢？
3D打印技術(shù)可以簡化普童人制作產(chǎn)品的流程，并降低制作成本。發(fā)明家只需幾個小時即可將他們的最新設(shè)計變成實物，然后經(jīng)過調(diào)整后再打印出來，而不必等待好門周由工廠生產(chǎn)原型產(chǎn)品。
工業(yè)領(lǐng)域雖然也擁有注壓成型這樣的技術(shù)，但卻需要由工匠制作一個金屬鑄件，然后將加熱后的塑料倒入其中，因此，這種方法只有在大規(guī)模生產(chǎn)時才能實現(xiàn)成本效率。而有了3D打印機，無論產(chǎn)量是1件還是100萬件，平均成本都一樣?！拔乙谱鞒霆氁粺o二的手機套也不會產(chǎn)生太大成本?！钡每怂_斯大學(xué)工程師瑞恩·維克（RyanWicker）說，“打印100件不同的產(chǎn)品的成本效率與打印100件相同的產(chǎn)品完全一樣?！?/p>
恩里科·迪尼稱，3D打印機應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。這也是這種打印機技術(shù)發(fā)展迅猛的主要原因之一。在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)，3D打印已經(jīng)變得越來越流行。
一款被命名為“Urbee”的打印汽車已經(jīng)亮相。這款打印汽車是由一個特制3D打印機層疊建造車身，不會在短時間內(nèi)分解，至少可以使用30年。它采用汽油和電力混合發(fā)動機，僅使用類似大小普通汽車八分之一的能量，成為世界上最環(huán)保的汽車之一，卻也能在高速公路上每加侖汽油行駛200英里。同時，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。
如今類似的3D服務(wù)公司在世界各地蓬勃發(fā)展。除了最有名的shapeways，3D打印機的生產(chǎn)廠商之一3D Systems也設(shè)立了一家合資公司Mqast，這家公司的機器已可以支持用鋁和不銹鋼來打印。
有報道稱，一位老爺車收藏者利用這種3D打印機打印出了收藏品中缺失的零件，終于讓他收藏的老爺車得以重新啟動。這種技術(shù)甚至可以制作單個的噴氣式飛機上的空氣動力導(dǎo)管，而不再需要工序麻煩地制作很多不同的元件去組裝它。
人工太空餐
在NASAm項目經(jīng)理、系統(tǒng)和材料研究公司工程師安詹·康特拉克特解釋這—項目的靈感時說，他曾用3D打印機為妻子打印出巧克力。打印巧克力的試驗促使系統(tǒng)和材料研究公司開始考慮，還有哪些食品可以打印生成。
系統(tǒng)和材料研究公司把比薩餅作為他們的第一個目標(biāo)。之所以選擇比薩餅，因為它包含多種營養(yǎng)和口味。同時，比薩餅的多層次構(gòu)造，是使用3D打印技術(shù)的關(guān)鍵。比薩打印過程首先需要打印底層的面團，打印過程中會進行烘烤，隨后加入番茄粉末、水和油完成番茄醬的打印，頂部還會有個蛋白質(zhì)層。目前整個工程還處于初級階段，未來如果真能成功，那將成為里程碑式的事件。
理論上，宇航員如果想家，甚至可以吃到根據(jù)媽媽的愛心菜譜做出的食品。打印機能夠聯(lián)系地球并接收個性化烹飪指導(dǎo)或菜譜。康特拉克特說：“媽媽可以在電腦中設(shè)計一款甜餅，把甜餅發(fā)送至航天飛機。她的兒子或女兒就可以在圣誕節(jié)打印出這款甜餅?！笔聦嵣?，利用3D打印技術(shù)做飯也并非異想天開，2011年，康奈爾大學(xué)就設(shè)計出一款打印機，利用面團在器皿中的運動制作食品。
目前許多經(jīng)濟學(xué)家認(rèn)為現(xiàn)在的食物供應(yīng)不能滿足世界上120億人的口糧。打造這個3D打印機的工程師期待著哪天地球人的廚房里都有個3D打印機，用它打印食物來養(yǎng)活家人。
如果說，3D打印在食品領(lǐng)域的作用只是有趣的嘗試的話，在醫(yī)療方面的運用就更加振奮人心。
日本的杉本博士自2011年以來一直使用3D打印機制作準(zhǔn)備手術(shù)的病人的器官復(fù)制品。使用患者的CT和MRI圖像，醫(yī)生可以使用3D打印創(chuàng)建真人大小的復(fù)制器官。這些復(fù)制的器官模型外層是半透明的，醫(yī)生可以從外面看到結(jié)構(gòu)和骨骼，每個模型需要花費500至1500美元的費用。
比利時歐斯祖斯基大學(xué)的拉斐爾教授也在口腔頷面外科研究實驗室，使用3D打印技術(shù)通過病人的骨骼結(jié)構(gòu)建立物理模型?！皶r間是關(guān)鍵的，如果接受手術(shù)的患者，內(nèi)部組織暴露時間過長，就存在更大的風(fēng)險。外科醫(yī)生采取CT或錐束CT掃描的病人并使用Maxilim軟件導(dǎo)出骨部分，將3D文件轉(zhuǎn)換成可打印的文件，打印出一個全尺寸的3D物理模型。手術(shù)前對模型的了解和研究，讓我們可以很容易地為病人贏得一個小時，這對病人來說是一個重要的消息”，拉斐爾教授說。
兩歲的Emma Lavelle患有先天性多發(fā)性關(guān)節(jié)攣縮癥（AMC），這種病阻礙了她的肌肉和關(guān)節(jié)生長并使肌肉和關(guān)節(jié)變得僵硬。在治是AMC方法中，最具前景的一項治療是WREX設(shè)備，這是一款身體鑄件，搭配彈性繃帶和假朕節(jié)，可幫助AMC患者抬舉四肢。
研究人員塔里克·拉赫曼和設(shè)計師惠特尼·山姆珀爾用3D打印設(shè)備，打印出縮小版的WREX設(shè)計中的小部件給Emma。Emma現(xiàn)在可以自由移動手臂，可以像正常孩子一樣玩玩具，自己吃飯。甚至不需要父母的幫助就可以擁抱父母。
2012年，美國麻省理工學(xué)院和賓夕法尼亞州大學(xué)的研究人員已經(jīng)使用糖物質(zhì)混合物和自制式3D打印機建立了一個完整的血管組織。令人震驚的是，通過這種技術(shù)“制造”出來的血管可以“生長”出類似于肌肉的組織。賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員稱，他們已經(jīng)可以“生產(chǎn)”這種帶有脈管組織的人造器官。其工作原理是將肉由內(nèi)向外“打印”出來，這樣便于先“打印”出脈管系統(tǒng)，從而使得肉可以圍繞著這些脈管系統(tǒng)生長。
不久前，醫(yī)學(xué)雜志《牙科材料》（Dental Materials）刊載利用3D打印機“制造”骨骼的論文，而且宣稱該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于臨床。在實驗室測試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細胞在其中生長，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗證。
現(xiàn)在，3D打印版的關(guān)節(jié)和骨頭正在幫助大約3萬名病人正常行走，而1000萬人正使用3D打印版適合自己的助聽器，在不遠的將來，3D打印機還可以打印藥物處方。
造出槍支怎么辦？
如今的3D打印機體積越來越小，速度越來越快，價格越來越低，基礎(chǔ)的3D打印機只有微波爐那么大，有了它，任何人都可以成為制造商。
現(xiàn)在人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購買到這類打印機，工廠也在進行直接銷售。一套3D打印機的價格從一般的750美元到上等質(zhì)量的27000美元不等，再有10年或者20年時間，很多家庭都可以擁有一臺3D打印機，只需要上網(wǎng)下載設(shè)計圖，就可以隨心所欲打印任何需要的物品。經(jīng)歷了互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)上購物、網(wǎng)絡(luò)生活后，3D打印將成為下一個潮流。
不過，3D打印除了造福人類，它的另一方面也帶來隱憂。
5月?！敝铝τ谝?D打印技術(shù)制造槍支的分布式防御公司，新設(shè)計的“完全3D打印手槍”在得克薩斯州奧斯汀首次進行了試射，這支槍包括槍管、彈簧等在內(nèi)的重要部件均以民用3D打印機制作，材質(zhì)為塑料，發(fā)射22LR口徑的槍彈，可以在2米距離內(nèi)有一定殺傷力?！胺植际椒烙钡膭?chuàng)始人科迪·威爾遜稱這種槍為“維基武器”。英國BBC記者在現(xiàn)場見證了這次試射。BBC記者稱，美國煙草酒精和槍支管理局的相關(guān)負責(zé)人說，美國法律規(guī)定“個人有權(quán)制造僅供自己使用的槍支”，因此這支3D打印槍支在美國是完全合法的。
此前，“分布式防御”公司為代表的許多企業(yè)、組織和個人都進行過3D打印槍支的實踐，但一般限于用3D打印制造下機匣、彈匣等非主要受力部件。而這次試射的3D打印槍支中包括槍管、彈簧等均為的3D打印方式成型的工程塑料部件。
全槍僅有擊針和子彈不是3D打印方式制作，這是因為如果用塑料制造擊針，它的硬度將無法擊發(fā)子彈的底火。據(jù)了解，用工業(yè)級大型3D打印機制造金屬材料的槍械其實并不困難，只是價格異常昂貴，不過這一技術(shù)已經(jīng)在部分西方槍械公司研制樣槍時使用。而“分布式防御”等組織和個人又直試圖進行的是使用家用級3D打印機制造塑料材質(zhì)的槍械，其中的主要困難在于塑料部件的強度不足。
由于是全塑料制品，這種3D打印強制可以輕松躲過安檢，它所產(chǎn)生的持有槍支，以及攜帶槍支等一系列問題，都有待于認(rèn)定并規(guī)范。
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而5月初的另一件關(guān)于3D打印的事則引起空幻，美國一名大學(xué)生設(shè)計出世界上首個3D打印槍支，并將草圖上傳到網(wǎng)絡(luò)，不少人爭相下載、制造，打印出的手槍甚至被神不知鬼不覺地帶上了列車，引發(fā)公眾對槍支管制的熱烈討論。
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3D打印能做什么？
這是一種快速成型的技術(shù)。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)。運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型，過去多在工業(yè)設(shè)計，模具開發(fā)領(lǐng)域被用于制造模型。在使用3D打印機時，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到打印機上，后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成形，這與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于，3D打印機使用的“墨水”是實實在在的原材料。
如今，貌似神奇的這項技術(shù)，通過開源處理之后，逐漸走入日常生活，打印出各種千奇百怪的東西，未來，3D打印機的應(yīng)用也將會更加廣泛。珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支。這些模型打印可以涉及到的領(lǐng)域里，3D打印會先動誰的蛋糕呢？
3D打印技術(shù)可以簡化普童人制作產(chǎn)品的流程，并降低制作成本。發(fā)明家只需幾個小時即可將他們的最新設(shè)計變成實物，然后經(jīng)過調(diào)整后再打印出來，而不必等待好門周由工廠生產(chǎn)原型產(chǎn)品。
工業(yè)領(lǐng)域雖然也擁有注壓成型這樣的技術(shù)，但卻需要由工匠制作一個金屬鑄件，然后將加熱后的塑料倒入其中，因此，這種方法只有在大規(guī)模生產(chǎn)時才能實現(xiàn)成本效率。而有了3D打印機，無論產(chǎn)量是1件還是100萬件，平均成本都一樣?！拔乙谱鞒霆氁粺o二的手機套也不會產(chǎn)生太大成本?！钡每怂_斯大學(xué)工程師瑞恩·維克（RyanWicker）說，“打印100件不同的產(chǎn)品的成本效率與打印100件相同的產(chǎn)品完全一樣?！?/p>
恩里科·迪尼稱，3D打印機應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。這也是這種打印機技術(shù)發(fā)展迅猛的主要原因之一。在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)，3D打印已經(jīng)變得越來越流行。
一款被命名為“Urbee”的打印汽車已經(jīng)亮相。這款打印汽車是由一個特制3D打印機層疊建造車身，不會在短時間內(nèi)分解，至少可以使用30年。它采用汽油和電力混合發(fā)動機，僅使用類似大小普通汽車八分之一的能量，成為世界上最環(huán)保的汽車之一，卻也能在高速公路上每加侖汽油行駛200英里。同時，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。
如今類似的3D服務(wù)公司在世界各地蓬勃發(fā)展。除了最有名的shapeways，3D打印機的生產(chǎn)廠商之一3D Systems也設(shè)立了一家合資公司Mqast，這家公司的機器已可以支持用鋁和不銹鋼來打印。
有報道稱，一位老爺車收藏者利用這種3D打印機打印出了收藏品中缺失的零件，終于讓他收藏的老爺車得以重新啟動。這種技術(shù)甚至可以制作單個的噴氣式飛機上的空氣動力導(dǎo)管，而不再需要工序麻煩地制作很多不同的元件去組裝它。
人工太空餐
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系統(tǒng)和材料研究公司把比薩餅作為他們的第一個目標(biāo)。之所以選擇比薩餅，因為它包含多種營養(yǎng)和口味。同時，比薩餅的多層次構(gòu)造，是使用3D打印技術(shù)的關(guān)鍵。比薩打印過程首先需要打印底層的面團，打印過程中會進行烘烤，隨后加入番茄粉末、水和油完成番茄醬的打印，頂部還會有個蛋白質(zhì)層。目前整個工程還處于初級階段，未來如果真能成功，那將成為里程碑式的事件。
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目前許多經(jīng)濟學(xué)家認(rèn)為現(xiàn)在的食物供應(yīng)不能滿足世界上120億人的口糧。打造這個3D打印機的工程師期待著哪天地球人的廚房里都有個3D打印機，用它打印食物來養(yǎng)活家人。
如果說，3D打印在食品領(lǐng)域的作用只是有趣的嘗試的話，在醫(yī)療方面的運用就更加振奮人心。
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比利時歐斯祖斯基大學(xué)的拉斐爾教授也在口腔頷面外科研究實驗室，使用3D打印技術(shù)通過病人的骨骼結(jié)構(gòu)建立物理模型?！皶r間是關(guān)鍵的，如果接受手術(shù)的患者，內(nèi)部組織暴露時間過長，就存在更大的風(fēng)險。外科醫(yī)生采取CT或錐束CT掃描的病人并使用Maxilim軟件導(dǎo)出骨部分，將3D文件轉(zhuǎn)換成可打印的文件，打印出一個全尺寸的3D物理模型。手術(shù)前對模型的了解和研究，讓我們可以很容易地為病人贏得一個小時，這對病人來說是一個重要的消息”，拉斐爾教授說。
兩歲的Emma Lavelle患有先天性多發(fā)性關(guān)節(jié)攣縮癥（AMC），這種病阻礙了她的肌肉和關(guān)節(jié)生長并使肌肉和關(guān)節(jié)變得僵硬。在治是AMC方法中，最具前景的一項治療是WREX設(shè)備，這是一款身體鑄件，搭配彈性繃帶和假朕節(jié)，可幫助AMC患者抬舉四肢。
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不久前，醫(yī)學(xué)雜志《牙科材料》（Dental Materials）刊載利用3D打印機“制造”骨骼的論文，而且宣稱該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于臨床。在實驗室測試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細胞在其中生長，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗證。
現(xiàn)在，3D打印版的關(guān)節(jié)和骨頭正在幫助大約3萬名病人正常行走，而1000萬人正使用3D打印版適合自己的助聽器，在不遠的將來，3D打印機還可以打印藥物處方。
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如今的3D打印機體積越來越小，速度越來越快，價格越來越低，基礎(chǔ)的3D打印機只有微波爐那么大，有了它，任何人都可以成為制造商。
現(xiàn)在人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購買到這類打印機，工廠也在進行直接銷售。一套3D打印機的價格從一般的750美元到上等質(zhì)量的27000美元不等，再有10年或者20年時間，很多家庭都可以擁有一臺3D打印機，只需要上網(wǎng)下載設(shè)計圖，就可以隨心所欲打印任何需要的物品。經(jīng)歷了互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)上購物、網(wǎng)絡(luò)生活后，3D打印將成為下一個潮流。
不過，3D打印除了造福人類，它的另一方面也帶來隱憂。
5月?！敝铝τ谝?D打印技術(shù)制造槍支的分布式防御公司，新設(shè)計的“完全3D打印手槍”在得克薩斯州奧斯汀首次進行了試射，這支槍包括槍管、彈簧等在內(nèi)的重要部件均以民用3D打印機制作，材質(zhì)為塑料，發(fā)射22LR口徑的槍彈，可以在2米距離內(nèi)有一定殺傷力?！胺植际椒烙钡膭?chuàng)始人科迪·威爾遜稱這種槍為“維基武器”。英國BBC記者在現(xiàn)場見證了這次試射。BBC記者稱，美國煙草酒精和槍支管理局的相關(guān)負責(zé)人說，美國法律規(guī)定“個人有權(quán)制造僅供自己使用的槍支”，因此這支3D打印槍支在美國是完全合法的。
此前，“分布式防御”公司為代表的許多企業(yè)、組織和個人都進行過3D打印槍支的實踐，但一般限于用3D打印制造下機匣、彈匣等非主要受力部件。而這次試射的3D打印槍支中包括槍管、彈簧等均為的3D打印方式成型的工程塑料部件。
全槍僅有擊針和子彈不是3D打印方式制作，這是因為如果用塑料制造擊針，它的硬度將無法擊發(fā)子彈的底火。據(jù)了解，用工業(yè)級大型3D打印機制造金屬材料的槍械其實并不困難，只是價格異常昂貴，不過這一技術(shù)已經(jīng)在部分西方槍械公司研制樣槍時使用。而“分布式防御”等組織和個人又直試圖進行的是使用家用級3D打印機制造塑料材質(zhì)的槍械，其中的主要困難在于塑料部件的強度不足。
由于是全塑料制品，這種3D打印強制可以輕松躲過安檢，它所產(chǎn)生的持有槍支，以及攜帶槍支等一系列問題，都有待于認(rèn)定并規(guī)范。
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