打出天下造化万物.docx

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打出天下造化万物

“打”出天下,“造”化万物

　　编者按：

近段时间，“3D打印技术”似乎成了科技新闻报道中的高频词汇，“3D打印汽车”、“3D打印飞机”、“3D打印自行车”、“3D打印人造血管”、“3D打印皮肤”、“3D打印比基尼”、“3D打印小提琴”等等，一时间，仿佛世界万物没有什么是这个所谓的“3D打印技术”所不能完成的。

而事实也的确如此。

目前，3D打印技术已广泛应用于工业设计、医疗设备等多方面。

在制造工业中，点击鼠标取代了锤子、钉子和工人。

有3D打印技术的支持者表示，这种技术用创意和智慧取代了劳动力成本，因此成为许多商品制造商的关注重点。

而著名的《经济学人》杂志则评价说：

“伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1750年的蒸汽机如此，1450年的印刷术如此，1950年的晶体管也是如此。

而今，我们仍然无法预测，3D打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。

”

　　何为3D打印？

　　3D打印始于上世纪90年代，基本原理是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印则是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。

　　3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、叠加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。

称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。

　　3D打印机又叫快速成型机，3D打印机可支持多种材料，较为普遍的有树脂、尼龙、石膏、塑料等可塑性较强的材料，全球最大最贵的3D打印机，可以用激光烧结直接制造复杂的塑料、金属和合金元件。

　　3D打印技术的程序是：

首先要在电脑屏幕上设计出所要打印物品的蓝图，然后设计出形状以及颜色，最后按下打印按钮即可。

你可以看到附近的一台带有喷嘴的机器，将你需要的物品慢慢打印出来。

　　3D打印的优势与软肋

　　3D打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，汽车小零件、灯罩、小提琴等小件物品只需要一台类似台式电脑的小打印机即可，放在办公室或者房间的角落中。

而自行车、汽车仪表板、飞机等大件物品，则需要更大的打印机。

人们只需要在打印过程中，控制特定的材料以及精密度。

　　与传统技术相比，3D打印技术还拥有如下优势：

通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，3D打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

　　美国辛辛那提的莫里斯技术公司是首批大力投资利用3D打印技术为其他公司提供工程和生产服务的公司之一。

起初，该公司的主要业务是快速地制造产品原型，但2007年，公司意识到“一种新型的产业即将诞生”，于是又成立了另一家名为“高质量快速制造”的公司，其核心业务是利用3D打印技术生产更高产量的零件。

该公司表示，3D打印技术只需几小时或几天的时间就能将许多中小型零件从电脑设计变为符合生产质量的金属零部件，而采用传统方法则需要数天或数星期。

另外，打印机在无人看管时也能继续运转。

　　3D打印技术还有其他重要的优点。

大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。

3D打印技术则完全不同。

欧洲宇航防务集团的安迪?

霍金斯工程师说：

“在3D打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用3D打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。

当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。

　　当然，这项技术也有“软肋”。

如很多功能性的金属合金能够被打印出来，但用于飞机引擎内部的高性能零件仍然无法使用这种方法制造，比如在制造过程中，需要对温度进行精确控制的零件目前还无法打印出来。

　　不断进步的打印能力

　　几十年来，航空航天、医疗和汽车工业等领域的工程师和设计师们主要使用3D打印技术来快速而廉价地制造产品的模型。

　　但现在，随着3D打印机的处理能力不断提升，它能处理的原材料更多了，包括用于生产的塑料、金属以及树脂等。

3D打印机开始更多地被用来生产成品。

一家专门研究该领域的公司的管理者特里?

沃勒斯称，现在，3D打印机制造出的产品中，20%以上的为成品而非产品原型，他估计，到2020年，成品的比率会增至50%。

　　而且，当批量生产物品的数目达到1000个时，3D打印技术完全可以同注塑成型方法相匹敌，随着技术的不断完善，这一数字还将攀升。

　　通过降低生产过程的成本，3D打印技术有望创新。

能在计算机上设计出的形状，3D打印机都可以将其变成实物。

人们可以先打印一打某个产品，然后观望市场对这种产品的反应，如果该产品具有市场，就可以接着再打印出50个。

　　对投资者和新兴公司来说，这不啻为一个好消息，因为制造新产品的风险和成本都降低了。

并且，就像开源软件工程师可以通过共享软件代码进行合作一样，工程师们也开始在开源设计上进行合作以设计出新产品和新的硬件设施。

　　3D打印技术对全球带来的影响或许可以和工厂的出现相媲美。

　　有些3D系统可以使被印刷的材料的属性和内部结构呈现出各种式样。

比如，英国Within技术公司曾经构想类似于人骨的钛金属医疗植入物。

该股骨植入物拥有移植所需要的韧度和强度，同时也具备坚固的晶格结构，有助于新生骨头长到植入骨头上，并且比传统植入物更加稳固。

　　英国咨询公司莱格伍德的威尔?

西勒尔预言，人们有望看到“数字化生产工厂”的出现，届时，公司不再需要将大量资金花在投资设备、流程和原材料上。

而且，将一个数字设计从创意转化到成品所需要的时间肯定还会缩短，最多可以缩短50%～80%。

随着技术的改进、机械化的进一步发展、人们克服产品限制以及人们制造新产品的能力不断增强，3D打印技术将成为主流。

西勒尔说：

“市场将拥抱该技术的到来。

”

　　有些业内人士认为，3D打印技术对制造业的影响将可与喷墨打印机对文件打印的影响相媲美。

15世纪出现的活字印刷术让手写体变成了印刷体。

印刷机同那些可以进行大规模生产的机器一样，高效地打印出同一物品的副本，但是，其在打印个性化文件时的效率并不高。

后来，喷墨打印机使打印变得更便捷、更廉价、更有个性。

如今，尽管传统打印机仍然打印着大量的书籍和报纸等，但更多的打印任务是由喷墨打印机来承担的，它能按需打印出书籍、标签、照片等。

　　现在3D打印技术的精度约为0.1毫米，而且打印机本身的售价偏高，不过，随着技术的进步和成本的降低，一台普通3D打印机的成本有望比1985年的激光打印机还要低。

　　3D打印技术或将改变经济模式

　　3D打印技术带来的变化或将改变制造业的经济面貌。

许多人认为，这项技术将让商业完全去中心化，逆转伴随着工业化到来的城市化进程，人们将不再需要工厂，届时，每个村庄都将拥有一个由打印机组成的制造厂，制造所需的物品。

但是，也有人认为，城市的经济和社会利益远远超出吸引工人到装配线上工作的能力。

　　有人坚持认为，3D打印技术减少了对工厂工人的需求，削减低成本、低工资国家的优势，因而会增加发达国家的生产能力。

不过，也有人对此表示怀疑，他们称，亚洲制造商也有能力采用该技术，而且，即使3D打印技术确实会让生产重回发达国家，它也无法提供更多的工作机会，因为与标准的制造过程相比，它并非劳动密集型的技术。

　　而三维打印技术给物流公司带来的威胁是显而易见的，2010年在由中外运敦豪国际航空快递有限公司组织的一次大会上，有人就提出了这种可能性：

当公司能够在需求产品的地方打印出急需零部件时，为什么还要从国外空运呢？

　　3D打印技术呼唤新知识产权法

　　3D打印技术的意义不仅在于改变资本和工作的分配模式，也在于它能改变知识产权的规则。

该技术的出现使制造业的成功不再取决于生产规模，而取决于创意。

然而，单靠创意也不够，模仿者和创新者都能轻而易举地在市场上快速推出新产品。

因此，竞争优势可能变得比以前更短。

　　一旦物品能用数字文件来描述，它们就会变得很容易复制和传播，当然，盗版也会变得更加猖獗，就像音乐工业出现的情况一样。

当一个新玩具的草图或一双鞋的设计方案在网上流传时，其知识产权的拥有者会失去更多，因此，人们在知识产权领域进行的斗争会更加激烈。

　　所以，今后一定会有人呼吁对3D打印机的使用进行限制，并对目前存在的知识产权法进行修正。

并且，随着开源软件、新的非商业模式的出现，3D打印技术需要比目前更加严谨还是更加宽松的法规，我们还不清楚，但毫无疑问的是，律师们可能会更加忙碌。

　　现在，这项技术离我们越来越近，并且，它很有可能对它所接触的每个领域带来重大的影响。

公司、政府管理者以及企业主应该从现在开始思考这一点。

　　探访中国首家3D打印公司

　　像做蛋糕那样生产物品

　　杭州铭展网络科技有限公司是中国第一家3D打印服务公司。

在地处杭州的铭展网络公司办公室里，那里摆放着两台3D打印机以及一台专门用于烘干的设备。

从外观上看，这两台机器和普通的复印机并无大的不同，唯一的不同是它们打印时不用纸而是粉末。

　　机器的上半部分是个半透明的罩子，有一排控制按钮。

掀起罩子，左边立着四盒不同颜色的墨水，右边的工作区摆放着一叠“白纸”。

然而，轻轻用手一碰，那叠“纸”上却轻易地留下了凹痕――原来那并不是纸，而是研磨得很细的石膏粉末。

　　工作时，这些粉末会一层层地被液态连接体也就是特殊的胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，一层层叠加，像做蛋糕那样创建三维实体，一个完整的物品就会在粉末槽里成型。

打印完成后，工作人员要处理掉物品周围沾满的粉末，再涂上增强硬度的胶水。

公司的技术总监金涛开玩笑说，“就像考古一样。

”

　　说话间，金涛在电脑中输入一组通过3D软件生成的模型数据，连接至打印机。

那是一个镂空毛线团的模型。

电脑将这个10厘米高的毛线团以0.1毫米为基准分为了1000层，每一层的界面数据都不一样，然后电脑再将这组数据传送给打印机。

　　响应信号声过后，透过那个半透明的罩子，可以清晰地看见机器工作的场景：

来回移动的金属杆上有喷头，在铺好的粉末材料上，一层一层按照电脑的截面轮廓信息，有选择性地喷射特殊胶水使粉末粘结。

一个水渍样的毛线团底部截面轮廓清晰可见。

通过逐层的叠加，毛线团的立体轮廓逐渐显现出来。

而打印这样一个10厘米高的物体，大约需要5小时。

在公司的展示厅里，摆放着栩栩如生的运动鞋、造型奇特的概念自行车、各式建筑模型及魔兽世界游戏人物模型等，这些都是那两台3D打印机的作品。

　　据金涛介绍，目前支持3D打印的材料很多。

简单说，不同公司生产的3D打印机会支持不同的材料，树脂、尼龙、石膏、塑料这些都是普遍使用的材料，随着业界研发的不断进步，支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现。

　　“技术的发展和那些粉末很有关系，未来的趋势是越来越细，强度越来越高。

材料越细，每一层就更薄，做出来的东西精度就越高。

现在无论使用什么牌子的3D打印机，最薄的厚度约为0.025毫米。

”金涛表示。

　　和设计师沟通的打印机

　　读大学时，金涛的研究方向主要是计算机图形学。

在香港大学从事图形图像研究时，金涛接触到3D打印的概念，他十分看好这项技术的前景，于是放弃在香港大学读博士的机会，回到杭州参与创办了这家面向公众的3D打印服务公司。

一开始，他们设想公司的主要业务是“打印魔兽世界”的人物角色模型。

金涛是一个魔兽迷，看到国外有网站可以打印自己心爱的角色模型，他也很想在中国大陆做一个。

他们花重金买来了设备，但这项业务因为迟迟没有得到暴雪公司的版权授权，在进行了一段时间后不得不搁浅。

　　就在他思考公司出路时，一个偶然的机会，金涛在国外发现一家名为Shapeways的公司。

这家公司提供在线的3D打印服务，网民们不仅可以像钢铁侠中的男主角制造战衣那样，在屏幕上折叠、翻转、修改自己的虚拟设计；还可以将这些构想的虚拟的东西制造出来变成现实。

网站上展示的设计稀奇古怪，有钟表、珠宝、神奇的魔方等，有人用这项服务给自己弄了个抽象雕塑，还有人做了自己居住城市的微缩模型。

材料从不锈钢到玻璃、塑料和沙石，顾客包括个人和商店老板，很多商店老板定制珠宝饰品、礼品和小配件等在店里销售。

　　受此启发，他们将公司变成中国第一家3D打印服务公司，只要用户提供3D数据，选择建造材料，他们就可以将其设计变成实体。

“我们的客户很多，微软在这里打印过他们的新产品模型，建筑事务所、中国美院建筑系，还有一些工艺品公司、设计公司、文物研究所等，都在这里打印过。

”金涛说。

　　在消费电子业、航空业和汽车制造业，3D打印已经变得越来越流行。

它们不光可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件，而且可以用不同方法来制造，比如单个制作喷气式飞机上的空气动力导管，而不再需要很多不同的元件来组装它。

　　将古迹带回家

　　金涛最得意的作品是几尊佛像。

“那个作品光打印就花了两天，打印好了又处理了两天”。

　　那几尊佛像是天龙山石窟第18窟西壁的完整复原，共有一佛二菩萨，颈饰项圈、手镯、下垂的左腿，以及莲座的细节都清晰可见。

这是无尽藏非物质文化与艺术遗产研究所要求打印的作品。

　　2010年春天，无尽藏非物质文化与艺术遗产研究所发起了《法相庄严――天龙山造像数字复原研究》，希望利用数字技术，实现残损造像的虚拟复原和网络展示，再现其本来面目。

该所所长李庆华在项目进行过程中认识了金涛，于是打算输出他们的研究成果。

　　他们选择了天龙山石窟第18窟作为他们的第一次尝试。

为了获得完整的3D数据，李庆华带着一个团队拿着一台3D扫描设备在洞里呆了整整10天。

“3D测绘是项大工程，一束细细的激光束，就像一个移动的取景框，打到佛像上面，这种机器是手持的，佛像和洞窟的每个细节都必须细致地扫描一遍，不能有死角。

扫描一块四五十平方厘米的地方需要整整20分钟。

”李庆华说。

　　洞窟扫描完成后的数据处理也是大工程，甚至一个佛像进了电脑都会生成几百万个面，李庆华的电脑常常因为存储了太多的3D数据而死机。

回来后李庆华在工作室里埋头苦干了十天，终于把数据拿到了金涛的办公室。

　　为了数据处理的方便，他们设定的打印厚度只有1.5毫米，第一次的打印成果就因为用力过猛作废了。

“捧着这块三维佛像，就像捧着一块极薄易碎的面具。

”金涛说。

　　最终，刷上增强硬度的胶水后，这件“考古作品”正式完成。

李庆华十分感慨：

“原来写天龙山报告的社科院专家李裕群，为了写报告，在天龙山手工测绘，收集数据，呆了20多天，也没看全。

现在我可以把它放在桌上，从任意不同角度看。

”因为是按1：

11大小复制的，打印出的成品远没有电脑里的三维图细节那么丰富，但李庆华说这种“把玩感”是以前无法想象的。

　　●●●相关链接：

3D打印技术最新成果●●●

　　德国：

利用3D立体打印技术研制出人造血管

　　德国科学家日前利用3D立体打印技术成功研制出了一种人造血管。

该项研究成果将有望被用于人体试验和药物测试。

　　随着生物医疗技术的飞速发展，科学家们已经成功制造出了人造肠道和人造气管等小型人体器官。

但大型人造器官的制造却频频遭遇瓶颈，其主要原因是缺乏制造毛细血管的相应技术，进而不能给大型人造器官输送必要的养料，也就不能维持其正常存活和运行。

　　经过多年的不懈探索，这一难题现在已经被德国弗劳霍夫研究所的科学家们攻克。

他们运用化合高分子材料结合能够有效抵抗排异反应的生物分子制作出了一种特殊的“印刷墨水”，其印制出来的物质经化学反应后能够形成一种有弹性的固体，方便科学家根据人类血管构造将其雕塑成3D立体人造血管。

　　实际上，3D立体打印技术的精细度十分惊人。

为了制造出相似度最高的人造血管，科学家还运用了双光子聚合技术，利用镭射光刺激人造血管材料分子交联化，之后将成形的血管植入细胞内壁。

　　据悉，此项研究成果将有力推动大型人体器官的制造。

虽然移植人造器官的梦想还很遥远，不过人体器官制造技术的飞速发展可以给人类医学研究带来更有效、更人道的实验手段，譬如研发新药物时用人造器官取代动物来做实验。

　　美国：

“打印”皮肤修复伤口

　　利用器官移植治病已有历史，却因为捐赠器官有限而难以满足患者需求。

越来越多科研人员因此“另辟蹊径”，寄希望于人造器官。

例如，“打印”皮肤用来修复伤口。

这听起来不可思议，却并非遥不可及。

　　美国韦克福雷斯特再生医学研究所人员正在开发“生物打印机”。

它可以用激光扫描伤口，获得大小、形状、薄厚等数据，接着根据这些数据释放皮肤细胞，直接喷到伤口，就像喷墨打印机把细小墨滴喷到纸上。

　　负责“生物打印机”研制的安东尼?

阿塔拉说，可以在实验室里培养和繁殖伤员皮肤细胞，装填进“打印机”，“或许8个星期就能培养出覆盖全身的皮肤细胞”。

　　老鼠实验显示，“打印”皮肤可以使伤口愈合时间缩短两星期。

研究人员预计3至5年后可以用人体测试“打印机”的性能。

　　加拿大：

3D打印汽车亮相

　　据报道，世界上第一辆“打印汽车”日前在加拿大亮相，其耐用又环保时尚的特点令许多传统汽车都相形见绌。

　　这辆3D“打印汽车”名叫Urbee，是一辆三轮、双座混合动力车。

它使用电池和汽油作为动力。

虽然单缸发动机制动功率只有8马力，但由于其小巧轻便，最高时速可达112公里。

　　先进的3D立体打印技术不仅使Urbee具有时尚前卫的流线型外观，还减少了制造过程中对原材料的浪费，可谓是名副其实的环保车型。

　　与许多其他奇特的“新概念汽车”不同，这款汽车将会更加经久耐用，至少能使用30年。

　　据估计，Urbee售价可能在5万美元左右，但批量生产后价格会下降。

　　该发明团队的负责人吉姆?

科尔说：

“可以说，这辆汽车的研发具有里程碑意义。

”

　　吉姆对于Urbee的前景充满了信心。

他说：

“运用3D立体打印技术设计和制造车辆彻底改变了我对车辆制造业未来远景的展望。

这项技术定将有力推动‘数码制造业’的发展。

”