文/ 徐正虹

從電影《十二生肖》中打印出來的獸首令人嘖嘖稱奇，到美國首創(chuàng)3D打印頭骨技術(shù)，并已成功實現(xiàn)人體頭骨替換移植，我們對3D技術(shù)的想像力不禁拍案叫絕。如今，這種前沿的生活方式正悄悄地改變著制造業(yè)傳統(tǒng)的方式，成為未來發(fā)展的趨勢。

3D打印技術(shù)的想像力遠沒有止步。前不久，美國航天局向一家3D打印機公司撥款12.5萬美元，旨在研發(fā)全能食物合成器項目。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，公司的第一步計劃是給吃夠了壓縮餅干的宇航員們制作美味比薩。

想像力和創(chuàng)造力往往結(jié)伴而行。美國媒體于近日報道，為了滿足未來零件能在空間按需制造的需求，美國航空航天局(NASA)宣布了向國際空間站發(fā)射首個3D微重力打印實驗設(shè)備計劃。

據(jù)悉，NASA將于2014年向空間發(fā)射首個3D打印設(shè)備。如果成功，在零重力實驗環(huán)境下的3D打印設(shè)備將是首個在空間制造零件的設(shè)備。

目前，所有空間任務(wù)都要完全依賴于向空間站輸送設(shè)備的運載火箭完成。距離地面越遠，向空間站發(fā)送設(shè)備的時間持續(xù)越長，為空間站補給物資就越困難。

試想，在不久的將來，3D打印可實現(xiàn)在空間制造整個航天器，空間任務(wù)所需物資幾乎能自給自足，且能夠在空中制造多數(shù)他們所需的零件。另外，3D打印設(shè)備還可與機器人系統(tǒng)一起工作，為人類登上火星，以及在其他行星制造所需的住所、工具與實驗室等，這些建造構(gòu)件可以利用行星上的資源，如土壤或礦物質(zhì)來實現(xiàn)；長期執(zhí)行空間任務(wù)的宇航員也可打印和回收他們所需的工具，可節(jié)省大量資源。

目前，首個太空3D打印機的實驗項目已經(jīng)開始進行，將會成為第一款能夠優(yōu)化空間的3D打印機。此次，太空制造將與NASA合作，通過NASA的飛行計劃，以測試其3D打印機原型亞軌道模擬微重力飛行。

是的，美國3D打印技術(shù)的發(fā)展的確令世人側(cè)目。

機遇：中國有望成為世界最大的市場

美國不僅在航天領(lǐng)域大顯身手，而且在生物匹配領(lǐng)域也嶄露頭角。日前，美國科學(xué)家采用和生物匹配的高分子材料在3D打印機中打印出人造耳朵，這種人造耳朵不但形狀和真正的耳朵完全一樣，與電子技術(shù)結(jié)合后，這個耳朵還可以接受非常微細的聲波，甚至比人耳還要靈敏。

為此，美國總統(tǒng)奧巴馬期待3D打印能夠推動美國在制造業(yè)重新煥發(fā)活力，使美國的經(jīng)濟能重新崛起。然而，在英國增材制造聯(lián)盟主席、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問格瑞漢姆·卓曼看來，在未來的3至5年內(nèi)，中國有潛力成為世界最大的3D打印市場。

2013年3月，世界首款3D打印汽車Urbee 2面世。這款三輪混合動力汽車依靠3D打印技術(shù)打印出了一體式的車身，相比一輛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計汽車成百上千個零部件，Urbee 2 只需50個零部件。

在5月29日召開的首屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會上，作為全球最知名的3D打印行業(yè)研究機構(gòu)，Wohlers Associates公司主席特里·沃倫斯向媒體介紹了剛剛發(fā)表的2013年Wohlers報告。

這份匯集了包括中國在內(nèi)的全球70余個國家3D打印公司相關(guān)數(shù)據(jù)的報告顯示：2012年，全世界3D打印行業(yè)總產(chǎn)值增長了28%，達22億美元。3D打印機的全球銷量同比增長25%，其中38%產(chǎn)自美國，中國占8.5%。

面對如此的增長勢頭，長期從事先進制造技術(shù)研究的中國工程院院士盧秉恒在5月舉行的“2013增材制造技術(shù)全球高峰論壇”上公布數(shù)據(jù)顯示，2012年全球 3D打印應(yīng)用主要集中在消費電子產(chǎn)品(20.3%)、汽車制造業(yè)(19.5%)、醫(yī)療/口腔醫(yī)學(xué)(15.1%)、航空航天(12.1%)、工業(yè)/商用機器 (10.8%)及學(xué)術(shù)研究、軍事項目等其他方面(22.2%)

亞洲制造業(yè)協(xié)會首席執(zhí)行官、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長羅軍更是在世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會上表示，預(yù)計3年左右，中國3D打印產(chǎn)值可能達到百億元人民幣。

3 D打印技術(shù)下的魔幻玩具問世

幾乎每個看過《哈利·波特》系列小說的讀者都曾幻想進入那片神奇的魔法世界。因為在那里，你只需揮揮手中的魔杖，念一句咒語，你就可以變出想擁有的一切。現(xiàn)在，3D打印機的問世讓我們在現(xiàn)實生活中可以擁有童話世界里魔杖的夢想照進現(xiàn)實。

在世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會展會現(xiàn)場，杭州先臨三維科技股份有限公司(以下簡稱“先臨三維”)的工作人員就展示過一塊已經(jīng)被應(yīng)用于骨科手術(shù)、長約5cm，周身布滿小孔的人造脊柱植入體的全過程。

據(jù)工作人員介紹：“這塊鈦合金骨骼被植入人體后，無需取出，非但不會有任何排斥反應(yīng)，人體的組織與細胞還會滲透過這些孔洞逐漸生長，從而使這塊3D打印骨骼成為我們身體的一個部分?！?/p>

另外，先臨三維的區(qū)域經(jīng)理透露，除了這種醫(yī)用鈦板之外，我們國家的生物3D打印機還可以通過提取細胞組織和其他高分子生物組織，根據(jù)患者自身數(shù)據(jù)，打印出一根外層是骨骼、內(nèi)層有骨質(zhì)和骨髓的人造生物骨骼。

除了植入性組織工程，美國Drexel大學(xué)教授周功耀還介紹了3D技術(shù)在中國醫(yī)療領(lǐng)域的另一種應(yīng)用方向——制造醫(yī)療模型。

周功耀介紹說：“例如連體嬰兒手術(shù)，他們的心臟緊挨著，手術(shù)醫(yī)生不能把人體打開看清楚后再去手術(shù)，有了3D掃描和打印技術(shù)，我們可以先把這些體內(nèi)數(shù)據(jù)掃描出來，精確制作模型，用模型來做幾次手術(shù)，醫(yī)生可以在明確了所有的關(guān)節(jié)通道以后再去做真正的手術(shù)?！?/p>

5月28日，在國家會議中心舉辦的中國(北京)國際服務(wù)貿(mào)易交易會上，大批市民簇擁在北京上拓科技有限公司（以下簡稱“上拓科技”）的展臺前。大家對著這些3D打印技術(shù)制造出來的花瓶、手機殼、臺燈、吹風(fēng)機和各種奇思妙想的首飾贊不絕口。

上拓科技營銷總監(jiān)邵漠宇介紹說：“我們還將搭建一個電子商務(wù)平臺，設(shè)計師在這個平臺上推出自己設(shè)計的3D作品，消費者在平臺上看到自己喜歡的設(shè)計后下單，我們來負責(zé)打印和配送。我相信，通過這樣一個窗口，可以有更多的人了解并愛上這種個性定制?！?/p>

除了醫(yī)療和文化創(chuàng)意上的應(yīng)用，3D打印在我國工業(yè)、航空航天、考古和通訊領(lǐng)域上也有大規(guī)模的應(yīng)用。

“就連麥當(dāng)勞、孩之寶想做一款玩具，也是在通過3D打印不斷設(shè)計和修改造型，最終選定形象后，再由工廠批量生產(chǎn)?！币晃粡氖?D打印產(chǎn)業(yè)的企業(yè)經(jīng)理告訴記者，“如今廣東幾乎所有的玩具企業(yè)都在使用3D打印技術(shù)?！?/p>

傳統(tǒng)制造技術(shù)是否會被顛覆？

在許多人看來，3D打印技術(shù)堪稱神奇。畢竟在3D打印技術(shù)出現(xiàn)之前，從來沒有一項技術(shù)能夠像3D打印這樣，在沒有技術(shù)和設(shè)備支持時，就能將我們的想法隨心所欲地變成現(xiàn)實。到底3D技術(shù)會不會顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)，帶來新一輪工業(yè)革命？胡迪·利普森教授表示：“3D打印技術(shù)對傳統(tǒng)制造業(yè)的影響現(xiàn)在還很難界定。就好像讓你在上世紀去判斷一下計算機可能會對我們的生活帶來哪些影響是一樣的?！?/p>

作為國內(nèi)最早從事工業(yè)3D打印技術(shù)研發(fā)的專家，華中科技大學(xué)教授史玉升認為，中國制造業(yè)產(chǎn)值雖然現(xiàn)階段居世界首位，但想要長期保持優(yōu)勢地位，必須借助3D打印等先進技術(shù)。史玉升坦言，中國工業(yè)級3D打印技術(shù)和設(shè)備與國際先進水平還存在差距。邵漠宇認為，現(xiàn)在世界上90%以上的工業(yè)級3D打印機都是由美國的Stratasys和3D Systems所生產(chǎn)的，中國在工業(yè)級3D打印機的研發(fā)上還很落后。

作為中國第一家3D打印照相體驗館的建設(shè)者，上拓科技如今主要的營業(yè)收益還是依靠3D 打印機的代理銷售。在5月30日央視《對話》節(jié)目的錄制現(xiàn)場，主持人對現(xiàn)場嘉賓提出這樣一個問題：“我們總結(jié)了制約3D打印技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的幾個瓶頸，分別是耗材、技術(shù)、成本、效率、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用、市場和補貼。我們想知道這其中最大的制約因素是什么？”“我認為最大的瓶頸是市場?！绷_軍說，“這個行業(yè)過去是‘小而散’，沒有合力，外界對這個技術(shù)也缺乏了解。另外由于在市場上的應(yīng)用還是較少，所以傳播起來也有困難。”

羅軍認為，“3D打印技術(shù)的核心在于，它可以解決高難度、復(fù)雜、個性化的設(shè)計需要，只有當(dāng)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式生產(chǎn)不出來的時候它的魅力才能顯示出來。3D打印只是對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的一種補充，不會取代傳統(tǒng)制造業(yè)?！笔酚裆齽t認為：“打印腎臟、心臟和心臟都需要相應(yīng)的材料。而現(xiàn)在這個材料問題還沒有徹底解決?！庇捎诩夹g(shù)和材料因素制約，如今打印一個10 cm高的類石膏材質(zhì)人像的總成本約為1500元人民幣，一塊人造骨骼的成本更是數(shù)萬元。

工業(yè)和信息化部原部長李毅中在世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會上也表示：“3D打印技術(shù)為傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新注入新的動力和活力。但受技術(shù)和裝備的局限，3D打印目前適用于少批量、小尺寸、高精度、造型復(fù)雜的零部件的加工制造，難以代替大規(guī)模、大批量的加工制造?！?/p>

相關(guān)背景知識介紹

解讀3D打印技術(shù)

無論是門把手、手術(shù)刀還是發(fā)動機氣缸，人類一般僅通過兩種方法制造物件。其中一種是，首先選取一塊（或一片）金屬、木頭或者其它原材料；然后通過裁剪、烙印、鉆孔或者切削等工藝制成他們想要的形狀。另外一種則是把液化金屬或者塑料倒進合金或砂礫制成的模具中，冷卻后制成金屬鑄件或塑料成品。然而，3D打 印(Three-dimensional Printing)和其他被統(tǒng)稱為“添加劑制造”(Additive Manufacturing)的生產(chǎn)形式既不屬于機械制造又不屬于模具制造。這項技術(shù)通過堆砌刀鋒般纖薄的多層材料形成三維立體形狀，并逐層打造物件。此項電腦技術(shù)讓人們能夠不用再去那些裝備著金屬印壓機、切割車床或注塑模具的店鋪，就能自己打造物件，尤其是模板類物件。

解讀全球第一支3D畫筆

全球第一支3D畫筆3Doodler實際上是一款和筆相連的3D打印機，通過它可以創(chuàng)作出許多有趣的三維作品。作為玩具，3Doodler受到從建筑師到視力受損者等各種群體的歡迎。

3D打印的八大優(yōu)勢

優(yōu)勢1：制造復(fù)雜物品不增加成本。3D打印機制造一個形狀復(fù)雜的物品并不比打印一個簡單的方塊消耗更多的成本。

優(yōu)勢2：無須組裝。3D打印能使部件一體化成型，節(jié)省了在勞動力和運輸方面的花費。

優(yōu)勢3：零時間交付。3D打印機可以按需打印，能最大限度地減少長途運輸?shù)某杀尽?/p>

優(yōu)勢4：設(shè)計空間無限。3D打印機甚至制作出目前可能只存在于自然界的形狀。

優(yōu)勢5：零技能制造。3D打印機能在遠程環(huán)境或極端情況下生產(chǎn)。

優(yōu)勢6：不占空間、便攜制造。3D打印機可以自由移動，可以制造比自身還要大的物品。

優(yōu)勢7：減少廢棄副產(chǎn)品。3D打印制造金屬時浪費很少。

優(yōu)勢8：精確的實體復(fù)制。通過3D掃描技術(shù)和打印技術(shù)，我們可以精確掃描、復(fù)制實體。