从打印蛋糕到打印汽车 3D打印机将魔幻变为现实

多领域试水3D数码制造业

今年7月，英国《每日邮报》报道称，美国宾夕法尼亚大学宣布用改进的3D打印技术打印出了鲜肉，这种利用糖、蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉类相似的口感和纹理，就连肉里的微细血管都能打印出来。

简单来讲，3D打印机是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有“打印材料”，通过成型设备把“打印材料”以叠加的方式制成实物模型。

世界上第一台3D打印机诞生于1986 年，由美国人恩里科·迪尼发明。他成立的公司是世界上第一家生产3D打印设备的公司，所采用的技术被称为“立体光刻技术”，利用紫外线照射可将树脂凝固成形来制造物体。1992年，该公司卖出第一台商业化产品。

而最近，从器官到鲜肉，再到房子、飞机，从某种意义上说，只要3D打印使用的耗材足够广泛，它就能创造无限可能。

美国《福布斯》杂志报道称，欧洲飞机制造公司空客的设计师正计划从飞机零部件开始，在2050前达成3D打印飞机的计划。这一计划耗资不菲，但相较于传统飞机制造，3D技术造就的飞机重量轻了65%，大幅缩减了操作成本。

该公司还称今年年底，空客会在A380客舱里先使用3D打印的行李架，而其生产的军用飞机“台风”式战斗机，此前已经使用了3D打印的空调系统。

还有一名自称“HaveBlue”的美国人，在3D设计分享网站发文称自己最近成功打印出手枪的部分组件，并结合真枪其它部件制作成一把枪。他曾在农场进行了试枪，累计射击200余次，枪身依然完好无损。

在医疗健康方面，3D打印技术已经开始拥有更多实际的应用。今年2岁的艾玛患先天性多关节挛缩症，这种疾病的症状为四肢不能伸直，肌肉僵硬。通常成年患者会佩戴金属机械臂以帮助手臂活动，但刚满两岁的她由于太小，无法佩戴市面上生产的金属机械臂。两名美国科学家别出心裁地想到了3D打印机，他们将成人使用的机械臂按比例缩小，并将打印命令输入3D打印机，3D打印机可以直接制作出轻快的机械臂，现在艾玛可以戴着这种机械臂自由活动双手。

据悉，目前美国已有15名患先天性多关节挛缩症的儿童戴上了这种机械臂。随着他们的成长，这种机械臂可以不断进行更换。

新技术带来第三次工业革命?

近日，美国国家增材制造创新学会开始投入了7000万美元，希望能把3D打印技术推广到过去未曾涉足的新领域。在电脑上调整设计稿之后，就能在无需重新整备机器、无需建设新工厂的情况下制造产品。

这种基础研究的成果正是基于这一想法，当你还能够打印一件东西的时候，为什么还要费劲去制造它?

现在，英国《经济学人》已经开始将它视作是“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。

《经济学人》称，以3D打印为代表的第三次工业革命，以数字化、人工智能化制造与新型材料的应用为标志。它的直接表现就是工控计算机、工业机器人技术已进入成熟阶段，即成本明显下降，性能明显提高，工业机器人足以在很多方面替代流水线上的工人。

不过，要真正走入大众主流的视野，3D打印还面临至少三方面的考验：一是3D打印材料的可用性，二是成本居高不下，三是知识产权保护问题。

相关数据统计，2011年3D打印市场规模17.1亿美元。尽管这一数字仅占全球制造市场的0.02%，但有业内人士预计，到2020年之前，3D打印机将可以从事小规模生产，制造过去的劳动密集型工艺品和商品。

中国企业发力3D打印

上海交通大学机械与动力学院计算机集成制造研究所所长习俊通教授还记得，1997年前后，他所在的实验室花16万美元进口了一台采用当时主流工艺的3D打印设备。“像一台洗衣机大小，制造模型的材料成本大约要每公斤3000元至4000元，可算是奢侈品。”那时候，每天都有五六拨人闻讯前来参观。

而如今，中国的一些企业已经率先发力3D打印技术。在上海的一家公司有这样一台3D打印机，它相当于两个复印机。通过顶部的透明玻璃，可以看到在机器中央的 “原料台”上，平铺着厚厚一层白色的粉末。打印时，刷子每刷过一层粉末，喷头就向这层粉末喷射粘结剂，从而实现成形。而喷头喷射图形的依据，就是3D数据模型。

是不是很简单?这次打印的是一个巴掌大小的“蓝莲花”模型。它的一个个横截面，都是一个个锯齿边缘的同心圆。于是，喷头每次喷出来的图形，就是一个个蓝色的同心圆。到最后，逐层累积成一朵“蓝莲花”，再用工具拭去多余的粉末，就大功告成了。

“外形越复杂、越不规则，3D打印的优势越明显。”公司总经理手里托着的一个建筑模型，堪比“鸟巢”，一根根“枝条”错综复杂。如用传统人工，一根根胶水粘结，工时需长达数月，而用3D打印机大概5天就能完成。

以2011年全球主要国家3D打印设备的装机比例来说，我国3D打印设备的装机量，仅占全球的9%，显然与我国的经济规模不相称。

“其实，3D打印机对中小型设计企业很有用，每次创意都能打印成形，比做模具轻松许多。”一位业内人士表示。

梦幻背后的缺陷和瓶颈

今年以来，关于3D打印的神奇和对传统制造业的颠覆作用，频繁见诸报端。但更多业内人士对此的态度，仍较为客观理性。

“从理论上说，现有的3D打印技术，的确可以‘打印’一整幢房子;如果多台设备同时开动，‘打印’一辆整车也不过是几个小时的工夫。”习俊通教授说。这样的“噱头”，或许有助于普通人了解3D打印技术，却不能掩盖目前为止，这项技术本身仍存在的缺陷。

首先是强度问题。房子、车子固然能“打印”出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来?从现有技术来看，恐怕不行。

还有材料的局限性。目前非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。如果真要“打印”房屋或汽车，光靠这些材料是远远不够的。

“我并不认为3D打印技术是多么‘神乎其神’的东西，它的确改变了产品的开发、生产和组织模式，但是否会颠覆制造业本身?现在说答案还为时过早。”习俊通说。