三維打印機開始打印，通過切面的方式層層累加
工程師在電腦中設計出需要打印物體的三維模型
首架打印飛機“SULSA”
三維（3D）打印技術是時下美國媒體討論的熱點話題。當前，人們已經能夠通過三維打印技術來制造一些小物件，如茶杯以及鞋子等等。但隨著技術的不斷進步，一些大型制造商也在研究用這種技術制造更大的物體，波音和空客公司的工程師甚至稱未來可以“打印”出飛機的機翼和大飛機本身。真的有這么神奇？
波音已經能打印300種零部件
最近，波音公司在美國圣路易的一家自助餐廳的洗碗機出現問題之后，公司的修理工并沒有等著替代零件運到那里才進行修理，而是直接要求波音公司的設計工程師邁克·海耶斯在電腦里復制這一部件，然后打印出來。這一過程只用了30分鐘。海耶斯說，總有一天，波音公司或許能夠通過這種方法制造出整個機翼甚至是一架飛機，而不用切割或鍛壓任何金屬。
這種方法就是三維打印技術，也被稱為是添加式制造。其技術原理是這樣的，先在電腦中將需要打印的物體的三維模型設計出來，然后通過專門的打印機進行打印，每打印一次就形成一塊很薄的切面，經過不停地打印累加之后，自然形成需要制造的物品。整個打印過程由電腦控制，而使用的打印材料不是普通打印機所用的墨粉，而是金屬粉或者其它材料。在打印的過程中，這些金屬粉會逐漸融合在一起。通過三維打印來制造物體，制造過程基本上是一氣呵成，不會產生廢料。波音公司已經利用三維打印技術制造了大約300種不同的飛機零部件，包括將冷空氣導入電子設備的導管。這些導管形狀比較復雜，以前需要用不同的零件來進行組裝，這樣會提高勞動成本。如今通過三維打印技術，制造過程簡單不少。
空客要用3D打印機制造飛機
波音公司的最大競爭對手空客公司也在三維打印技術上下功夫。巴斯蒂安·沙菲爾是空客公司的機艙設計師，過去兩年，他一直致力于一個新的概念——用3D打印機制造機艙。這聽上去有點像天方夜譚，不過沙菲爾為自己的目標制定了一張“路線圖”，從打印飛機的小部件開始，一步一步發展，最終在2050年左右用3D打印機打印出整架飛機。
沙菲爾已經在空客公司工作了6年，從2010年開始，他一直致力于“透明飛機概念”計劃。為了支持他，公司賦予他從任何部門調動同事作為助手的權力。他說：“我很幸運，有機會做些與眾不同的事。 ”他和其他設計師一起集思廣益，最終弄出了一個3D打印的概念機。目前，他的團隊大概有10人。
3D打印技術有不少競爭優勢
人們之所以熱衷于發展3D技術，很重要的原因在于這種技術有不少優勢。空客的母公司歐洲宇航防務集團之所以想打印飛機，關鍵的原因就兩個字——便宜。不僅便宜，用3D打印機“打印”出來的飛機還比用傳統方法制造出來的飛機輕65%。此外，沙菲爾的“概念飛機”本身就有許多令人眼花繚亂的復雜系統，比如仿生的彎曲機身、能讓乘客看到周圍藍天白云的透明外殼等，這也需要一種激進的生產方式來完成他的設想。
不過，就現在而言，由于還沒有規模化使用，通過三維打印技術制造一些商品成本并不低。但隨著技術的成熟和規模化使用，成本降低是肯定的。因為這項技術不需要很多工人，能節省人力成本。同時，它會創造出一些高技能的工作崗位，比如操作打印機以及開發相關的計算機軟件。打印機制造商3D系統公司的首席執行官萊琛塔爾說：“這項技術將會改變很多商品的制造地點，三維打印機的費用從500美元到120萬美元不等，它可以安裝在任何地方，這樣的話生產任何東西都可以在它需要的任何時間和地點進行，省去了運輸和倉儲成本。 ”
三維打印技術還可以讓很多企業家不用建造工廠就可以生產產品，也不必將制造業務外包給別的公司。三維打印機制造商ExOne公司總裁戴維·伯恩斯說：“這項技術將開啟新的設計機會，傳統的制造業需要將大塊的金屬進行切割鍛造，設計部門要做的工作就是減少生產過程所需步驟的數量和難度以降低成本。有了3D打印技術，所有過程都由計算機控制，復雜設計和簡單設計對于打印而言并沒有區別。 ”
美政府大力支持3D打印技術
三維打印技術其實并不是一項全新的技術，它從發明到現在已有25年。不過，三維打印技術以前主要是用來制造一些比較小型的東西。時至今日，一些大型制造商已經開始準備將其用來制造更大的物件。 “我們已經到了這樣的臨界點，我們想向前邁出更大的步伐。”海耶斯說。一些三維打印設備的制造商也認為隨著這種技術的成熟，將來一些汽車零部件的庫存只需要保留電子文檔，而無需制造出來存在倉庫。一旦有需要，直接打印即可。
正因為有上述的諸多特點，奧巴馬政府認為三維打印技術的發展是美國制造業提高競爭力的一條捷徑，有了這種技術美國在與一些低成本國家進行競爭時會有更多優勢。美國政府已經投資3000萬美元用于三維打印技術的研發，并建立一個三維打印技術研究院，八月中旬將宣布研究院的具體選址。美國國防部對這種技術也非常感興趣，因為它可以讓軍方在戰場上生產出所需要的零部件，而不需要從遙遠的工廠運過來。
當前仍然面臨著諸多挑戰
當然，要實現三維打印技術的大規模使用，還有不少挑戰。首先是打印材料，它根據打印商品的不同需要各種特殊種類的金屬、塑料以及陶瓷等，成本比較高。另外，對于一些結構比較復雜的產品，通過三維打印技術制造會比較慢一些。而就打印飛機而言，找到合適的材料也是一大挑戰。空客概念飛機的仿真結構現在還沒有找到合適的材料，因為機身必須透明、且有很強的硬度，符合這些特質需要合成材料。
另外，3D打印機本身也是一大問題。據說，世界上目前只有一臺3D打印機能夠同時打印出多種材料的產品，這臺打印機的擁有者是一家以色列公司Objet。Objet和紐約一家建筑師事務所有合作關系，建筑師事務所的所有人戴維·本杰明恰巧是沙菲爾打造空客概念飛機的合伙人。沙菲爾說：“像Objet公司擁有的那種多材料打印機可以讓設計師用不同的材料做試驗。 ”本杰明說：“同一件東西，你可以打印出不同彈性、不同顏色的版本，或者打印出一件連續的東西，但是不同部位所用的材料卻是不一樣的。 ”
鑒于此，在投入生產之前，歐洲宇航防務集團要求有關三維打印飛機的設計需要通過嚴格的飛機制造規定。所以，空客飛機的3D打印之路只能一小步一小步地向前推進。據悉，今年年底，空客會在A380客艙里使用3D打印的行李架，這將是空客商務機首次使用3D打印的部件。而空客公司生產的軍用飛機“臺風”式戰斗機，之前也使用了3D打印的空調系統。
從目前來看，三維打印技術制造的商品在整個全球制造業中所占的比重還是微不足道的。行業咨詢師特里·沃爾勒斯說，今年全球三維打印市場的規模將達到21.4億美元，去年的規模是17.1億美元，僅占全球制造業總產出的0.02%。專家認為，要想提高三維打印技術在全球制造業中的市場份額，就必須讓這種技術變得更快，價格更低廉。三維打印技術源自美國，不過現在歐洲一些公司居于領先地位。不少亞洲公司在這方面也投入巨資，但還遠沒有成為技術領導者。隨著資金的投入，三維打印走向成熟是遲早的事，而通過三維打印技術制造飛機恐怕也不會是夢想。
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首款3D打印小飛機 去年在英國成功試飛
據英國媒體報道，由英國南安普敦大學工程師制造的世界上第一架“3D打印”飛機“SULSA”去年試飛成功。
“SULSA”是一架小型無人駕駛飛機，翼展2米，最高時速可達100英里，還配備有微型自動駕駛系統，可用于巡航。 “SULSA”使用3D打印機制造，包括機翼、整體控制面和艙門均單獨打印而成，可以在幾分鐘內不使用任何工具就組裝完畢。
這款3D打印機是意大利發明家迪尼設計的打印機，功能上與激光成型技術一樣，采用分層加工、迭加成形來生成3D實體。通過這種打印機比常規建筑方法快4倍，所使用的原料只有原來的三分之一到二分之一，而且幾乎不會產生廢棄物。
南安普敦大學自上世紀90年代初以來一直處于無人飛機發展的前沿，該大學“計算機工程與設計研究”工程師團隊的這項技術突破，可能徹底改變飛機制造工藝。他們所使用的這項生產技術可以讓飛機從設計到首航在短短幾天內得以實現。而如果使用常規材料和制造技術，這一過程往往需要幾個月時間。另一個明顯優勢在于，任何部件需要完善都只需在電腦中更改，然后重新打印即可，非常方便。
團隊領導人之一斯坎倫·吉姆教授說：“設計團隊研究了傳統的飛機制造技術，然后萌發了不使用昂貴材料來制造的想法。”他補充說，這種飛機的結構雖然非常復雜而堅硬，但是重量很輕。而如果用傳統制造工藝，許多部件需要量身定制，會有比較大的花費。
