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未来制造 3D打印领风骚
美国重振工业第一要务
正在全国上映的电影《十二生肖》中，成龙扮演的国际大盗，用高科技扫描手套获取了圆明园兽首模型的三维数据，远程传输到同伙的电脑上，瞬间就从3D打印机上复制出了一模一样的铜兽首。这正是时下科技界热捧的3D打印技术。对这项神奇的新技术，不但美国总统奥巴马鼓吹要大力发展，我国工信部领导也公开表示，将推动“3D打印”产业化，即将制定“3D打印”的路线图和中长期发展战略。涉及3D打印概念的股票也掀起一波波上涨潮……也有人说，“3D打印”将使产业工人大批失业。
“3D打印”也被译作“增材制造”。那么究竟什么是3D打印？对我们未来的工作和生活会有何影响？让我们一探究竟。
特约撰稿 刘国伟
奥巴马为此砸重金
美国总统奥巴马在2012年3月9日宣布重振美国制造业计划时，说计划在美国成立一个制造业创新的网络。该网络主要由15个制造业创新的研究院组成。2012年8月16日，美国成立了该网络的第一个研究院——国家增材制造（3D打印）创新研究院，政府投资3000万美元，企业投资4500万美元，主要由联邦政府负责管理和组建。
美国投入这么多真金白银，可见这3D 打印不是一般的重要。那究竟什么是3D打
印呢？
顾名思义，3D打印就是三维打印，传
统的打印机，只是在二维的平面上打印，而
三维打印就是要“打印”出立体的东西。
“3D打印”的概念有广义和狭义之分。大众
媒体所说的3D打印又称“增材制造”，是一
种“快速成型技术”（RAPiD PRototyPiNg，
缩写为RP）。增材制造技术与传统加工技术
的主要区别就在于，传统的机床是去除成
型，增材制造技术是添加成型，可以类比
“雕”和“塑”的区别，传统机床加工是“雕”，
增材制造技术是“塑”。
增材制造有很多种技术路线，比如
光固化成型（SLA）、选择性激光烧结成型
（SLS）、熔丝堆积成型（FDM）、分层实体成
型（LoM）、3D打印成型（3DP）等 。
狭义的3D打印概念，就是特指这个3D
打印成型（3DP）技术，下文将用“3DP”来指
代这项技术。不管哪一种，基本上都包括
“建立三维模型——堆积——材料成型”三
大步骤。主要都是设法根据电脑数据累积
出一层材料，然后在这层材料上再累积一
香港电影明星成龙最新主演的电影《十二生肖》海报
层材料，如此反复直至造出整个立体模型。技术类型则是根据堆积方法不同来区分的。
3D打印技术各有千秋
3D打印作为一个多学科交叉的技术领域，涉及机械学、材料学、计算机科学、控制学、光学、热学等学科领域的知识。
从公开发行的美国专利文献来看，最早的3D打印技术专利是由R.哈斯侯德在1979年10月申请的，然而，这个名为《成型技术》的专利没有被商业化。7年后，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的卡尔·戴卡德的《零件生产选择性烧结的方法和设备》专利通过了申请，他的研究受到了美国国防部高级研究项目局的资助。大约同期申请专利成功的还有查克·赫尔的光固化技术和斯科特·克鲁普的熔丝堆积成型。
步入20世纪90年代，3D打印终于进入了快速成长期。1995年，美国麻省理工学院的吉姆·布莱特和提姆·安德森一改喷墨打印机把墨水挤压在纸张上的方案，变为把溶剂挤压到粉末床上，3DP技术作为一个专门术语，伴随着两人的专利开始广为人知。布莱特和安德森以此为契机，创办
了自己的3D打印企业Z公司，至今仍活跃在国际3D打印界。凭借上述一批技术人员和专家的努力和探索，3D打印技术的功能越来越强大。
目前国外3D打印技术可说是百花齐放，竞争激烈。不同的3D打印技术各有优势，通俗地讲，每种技术的具体原理都不一样，它们的差别主要是材料累积的方式。一些方法使用熔化或软化的材料来产生层，例如选择性激光烧结和熔丝堆积成型，有些方法则喷出可以被其他技术固化的液体材料，例如光固化（SLA）和分层实体制造（LoM）。每种技术都有其优点和缺点，采用哪种技术取决于具体需要。
首架“打”出来飞机面世
“不怕做不到，就怕想不到”，3D打印技术的进步是很惊人的。该领域的专家们说，目前全球3D打印的产品有20%是最终产品（不是零部件），这项数据到2020年估计会达到50%。
2011年8月1日，英国工程师放飞了世界上首架3D打印出来的飞机。这架小型无人机被命名为SULSA（“南安普敦大学激光烧结无人机”的英文缩写），翼展6.5英尺
（约合1.98米），最大飞行时速100英里（约合161公里），飞起来几乎寂静无声。这架飞机的革命性意义在于，它只有马达不是打印出来的，此外整个机体结构包括机翼、整体控制面和舱门等，都采用德国EoS公司的尼龙激光烧结机等3D打印设备制造，整架飞机无需其他工具可在几分钟内完成组装。
美国国家航空航天局（NASA）2011年在官方网站上介绍了电子束无模制造技术，利用这种技术研制出的3D打印机，被航天器载入太空后，很有些便携式机械维修店的色彩，可在数小时之内“打印”出所需的工具组件，因此有了它，就不需要专门发射火箭给空间站送工具和部件了。NASA 的3D打印机专家凯伦·塔明格说：“我们将尽可能在国际空间站使用3D打印机。目前我们正在完善硬件和系统程序升级，使其功能更加健全，便于宇航员太空使用。这就像哥伦布带着先进的工具探索新大陆一样……”
另外，3D打印的度身定做使鞋子、衣服、球拍更加合身，有咨询专家据此预测，2016年奥运会上，运动员们将使用有助于
提高竞技表现的运动装备。
《十二生肖》中就有3D打印机。片中成龙戴了一个手套，手套上有很多传感器，把兽首摸一遍后，生成的数据传输到远处的3D打印机上，就打出一个一模一样的兽首来，图为该片的剧照。
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缩短战机研发周期
几乎每项新技术或多或少都和军事有关，3D打印技术也不例外。前文提到，这项技术在发展初期就得到美国国防部的支持。
大众科学网披露，英国宇航公司（BAE）使用3D打印技术为“狂风”战斗机制作快速低成本原型机，公司军用飞机和信息部门（MAi）负责人麦克·莫雷道出了其中的好处：第一时间完成设计，工具、组件生产进度加快了70%。研发时间从6个月缩短到2周，因为中间省却了加工环节，一些部件一天内设计好，当夜打印，第二天交付使用。使用热塑材料等加工出来的部件，其价格成本优势也是明显的。
美国著名3D打印商Z公司提出了一个设想：运用3D打印技术，美国军队能获得相关的地理情报，从而更好地观察陌生环境，
在最大程度上减少意外事件，让部队的运动更顺利。为此，美军组织了规模庞大的美国陆军工程兵团，这个组织由大约34600名平民和650名军事成员组成，对全球各地的城市、山区和其他复杂地形制作了地图，以支持军事和民事行动。
2005年，卡特琳娜飓风肆虐美国新奥尔良市，为提高救灾效率，美国陆军工程兵团临危受命，紧急绘制了详尽的3D地形模型，他们采用3D打印技术快速、简便地制作出耐用的3D城市模型。模型色彩逼真，重量轻，运输方便，完全能够耐受在军事行动环境下的反复使用。模型的高详尽程度，增加了使用者对于复杂地理空间特征的理解。
打印下巴 不在话下
不过，上面介绍的技术似乎离百姓日常生活比较远，下面说一些与普罗大众可能有关的3D打印技术。
在医疗领域，3D打印大有用武之地。英国《金融时报》网站在2012年8月8日载文称：“外科医生用钛合金为一个83岁高龄的老妇人打印了一个下巴，这个下巴每一毫米厚度由33层材料打印而成。”
如今，3D打印已是很多骨科医生的福音。为车祸受伤的病人，量身打造钛合金的头盖骨“零件”，对3D打印技术来说，真是易如反掌，区区一个下巴，自然不在话下了。
除了骨骼和牙齿，3D打印还能用于制药。传统口服药在吞服一段时间后，血液中的药物浓度并不稳定，先会有一个高峰，随后就下降。采用“逐层打印，层层叠加”的3D 打印技术，可以制造出具有特殊外型或复杂内部结构的药品，从而控制药剂的释放过程，让人体内的药物吸收过程更为合理，改善疗效。
使用光固化3D打印技术，丹麦助听设备生产公司瑞声达能在90分钟内完成40个
美国国家航空航天局首席技术专家鲍比·布劳恩近距离观察3d打印设备eBf3系统的运行情况 图片来源：美国国家航空航天局官方网站
NASA副局长洛里·加维尔（右）和3D打印机专家凯伦·塔明格（左）手举打印出的产品，神情兴奋。
助听器的个性化制造。
《金融时报》的文章还指出，3D打印具有环保意义，因为增材打印的过程与传统加工制造业必需的切削、研磨不同，因此产生的废料比后者少得多。
枪支能打印让人很揪心
凡事有其利必有其弊。
2012年12月26日，美国《时代》周刊一篇名为《3D打印前途光明，问题难免》的文章，很好地揭示了3D打印技术的隐忧。
文章说，2012年12月14日康涅狄格州桑迪胡克小学的枪击惨案，让很多组织备感压力，被迫做出反应。其中就有著名的3D 打印公司“美可博特（MAkERBot）”，该公司宣布中断在一家网站上的突击步枪自助打印计划。在这家网站上，无数的网民上传和下载3D模型制作文件，然后可用美可博特公司的3D打印设备打印出来真枪和其他东西来。
然而，校园惨案发生后，美可博特公司坐不住了。公司告诉媒体，之所以清理了有关枪支打印的数字文件，是因为这些文件违反了公司的服务条款。
事实上，3D打印设备被用于私自制造枪械，已经变成现实。美国威斯康星州工程师、业余枪械师迈克尔·格斯林克于2012年8月，用一家公司的3D打印机以及从网络上下载的设计图，打印出步枪的主要部件，并与其他零件组装成真枪。
技术很多时候走在法律的前面，对一项技术所能产生的利弊进行有效快速的判断是对决策者智慧的一大考验，对3D打印的判断也是如此。
但无论如何，智能化、个性化、人性化的服务都是人性所趋，而且基本不产生废料，这是3D打印最吸引人的地方。可以说，只要技术不断改进，成本逐渐降低，3D打印未来就会进入寻常百姓家，将个体的创造力从企业统治中释放出来，将创新能力交还给每个人。
3D打印，会给我们“智”造一个更加多彩的未来。
不管你信不信，反正笔者是信了。
现在3D打印技术已能打印出
枪支的一些复杂部件，如本图中浅
绿色的击发部位，这对未来各国的
枪支管理提出了更高的要求。