3D打印的跑鞋

餓了，按照個人口味打印一顆定制級巧克力；累了，自選顏色和材料打印一張椅子坐坐；準媽媽產檢拿到的不再是簡單的B超照片，而是可以提前抱抱的“腹中寶貝”；設計師推出的最新“概念車”，3D打印技術打印的汽車。

世界首輛3D打印汽車

如果評選近兩年最受關注的科技熱詞的話，3D打印無疑就是其中之一。這個被英國《經濟學人》雜志稱為“將帶來第三次工業革命”的數字化制造技術，既可以打印出飛機零件、賽車、手槍，又可以打印巧克力、食品和人體器官等。這一切似乎都在表明，3D打印改變傳統制造業和我們的生活只是時間問題了。然而，事實果真如此嗎？

就像蠶吐絲結繭

對于3D打印機的工作原理，有一個形象的比喻──吐絲結繭。

3D打印機，顧名思義，用它打印出來的物品并非平面的紙張，而是一個立體固態物體。首先將一項設計物品通過3DCAD（3D計算機輔助設計）軟件轉化為3D數據，然后再根據這些數據進行逐層分切打印。在打印過程中，層層打印出來的切片會不斷疊加，最終形成一個完整的立體物品。簡單說來，3D打印就相當于做“加法”。

對于3D打印機的工作原理，有一個形象的比喻——吐絲結繭。蠶吐出很細的絲，一層一層把自己包裹起來，就形成了一個“立體”的繭。雖然目前材料和工藝不一樣，但3D打印的基本原理都是根據要打印的物體形狀，通過一層層地堆積而成。比如塑料材質，就是將塑料加熱后，形成塑料絲，然后將塑料絲一層一層地堆起來，就形成了三維物品；還有一種是用激光照射光敏樹脂或者金屬粉末，形成固體后堆積起來變成三維物品。

清華大學教授、中國3D打印技術產業聯盟首席顧問顏永年指出，傳統的工業制造方法多是減材制造，即在整塊材料的基礎上去除多余部分，將剩下的部分制成產品。而作為“增材制造”的3D打印技術，則是按照設計圖，精確制出每一層平面后再進行累加，所以在生產過程幾乎不會產生任何廢棄物。

“增材制造”，是與傳統制造業的“減材制造”對應的，這種技術依據物體的三維模型數據，通過成型設備以材料累加的方式，制成實物模型。“這就像蓋房子，一層層往上壘磚砌墻，只不過用的不是方磚水泥，而是工程塑料、粉末、尼龍、光敏樹脂甚至是金屬、陶瓷等不同的材料。”顏永年說。

3D打印技術主要包括4種類型：微滴噴射（FDM）、激光固化（SL）、激光燒結（SLS）和激光熔化（SLM）。其中，微滴噴射主要適用于生物制造；激光燒結因為能夠打印飛機等高端產品上的關鍵金屬零件為國防做出貢獻，而在1999年被美國評為“最具創造力的技術”，它和激光熔化的主要優勢在于快速成型較高強度的金屬模具。“后來又衍生的很多技術都是在這四大類技術基礎上發展起來的，基本工作原理都是逐層增加材料，最終形成物件，因此，這些技術都被通俗地稱作3D打印。

這不是一個新概念

雖然時下3D打印被人們炒得不亦樂乎，但它卻并非什么新概念。

雖然時下3D打印被人們炒得不亦樂乎，但它卻并非什么新概念。3D打印誕生于上世紀80年代，被稱為“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”，迄今已有20多年的歷史。早在1986年，美國科學家CharlesHull就發明出世界上第一臺3D打印機。20世紀90年代初，美國麻省理工學院（MIT）獲3D印刷技術專利，很快MIT和3D系統公司就各自開發了三維打印系統，隨后ZCorp、ObjetGeometries和Stratasys也把以疊層制造技術為基礎的3D打印產品推向了市場。如今，MIT和3D系統在3D打印領域依然保持著領導者地位。

過去20多年間，3D打印技術已廣泛應用于多個行業領域，如汽車、航空、電子、醫療設備、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、藝術和時尚等。

英國埃克塞特大學研究人員制作了一款以巧克力為原料的3D打印機，可以用來打造屬于自己獨一無二的個性巧克力；中國杭州的雕塑家李慶華利用3D打印技術，復原了在時光侵蝕中變得破敗不堪的山西天龍山石窟造像群；荷蘭設計師艾瑞斯·凡·赫龐將3D打印技術與手工制作完美結合，使用錦綸打造出了傳統制造方式難以實現的復雜藝術品；而在醫療方面，除了3D打印的機械手臂，還有患者在荷蘭接受了世界上首例由3D打印技術制作的人工下頜骨移植手術。

由美國Organovo公司研制的3D生物打印機如今已經可以制造動脈，開發者稱由這種設備“打印”的動脈最早有望在5年內用于心臟搭橋手術。而心臟、牙齒和骨骼等更為復雜的器官則應該可以在10年內被“打印”出來。

在未來的航天事業中，由于攜帶備用零件會增加飛船的體積和質量以及受到宇宙中失重環境的影響，一旦飛船上面的某個零部件壞了，想要換新是十分困難的，如果利用裝在飛船中的3D打印機按需打印零部件，問題便可迎刃而解。發明了以沙石為原料打印建筑物的設計師恩里科·迪尼甚至宣稱，希望有一天，可以使用月球塵埃，在月球上輕松地建筑起一個基地。

掀起第三次工業革命？

與其過于樂觀地說3D打印技術將引領“第三次工業革命”，還不如說有助于推動產業升級更為實際。

英國《經濟學人》雜志曾指出，在3D打印技術得到廣泛應用的情況下，制造業也許不再運用工廠這種將人力、資金、設備等生產要素大規模集中化的生產方式，而是轉變為一種以3D打印機為基礎、更加靈活、所需投入更少的生產方式。《經濟學人》將這種趨勢稱之為“社會化制造”，并認為這種新型的生產方式，有望促成第三次工業革命。

然而，對于3D打印技術是否會就此帶來“第三次工業革命”的問題，柏林工業大學3D實驗室主任哈特穆特·施萬特教授卻給出了否定的答案。他說：“盡管3D打印技術對于科學和經濟已有一個重要的作用，并且贏得一個非常有活力的發展，設備和軟件被不斷研發更新，有了越來越多的應用領域。但我認為現在這個階段就說3D打印將帶來‘第三次工業革命’是夸張的，目前還沒有人可以做這樣的斷言。”

對制造業產生沖擊？

3D打印和傳統制造都有各自的優勢，兩者不可互相取代，在今后很長一段時間內，3D打印與傳統制造工藝將不可分割地共存。

3D打印的興起，會對中國制造業造成哪些沖擊？在個性化需求逐漸占據主導地位的消費時代，3D打印產業化顯然會對中國這樣的制造業大國產生巨大的影響。一是由于其超強的設計能力，可能帶動我國制造業的轉型升級；二是由于其精密化的“打印”，可能取代低附加值產業成為高附加值的精益制造業；三是給新材料提供發展機遇；四是使研發和設計等“非實體性活動”成為產業鏈高端，從而推動制造業價值鏈的攀升和制造服務化。

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