今年以來，三維打印（俗稱“3D打印”）技術(shù)可謂“風(fēng)起云涌”。各種有關(guān)3D打印的報道層出不窮，3D打印品也讓人大開眼界不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以“打印”出人體的毛細(xì)血管，以至于可以用在航天飛機(jī)中給宇航員“打印”各種生活所需。
貌似神奇的“3D打印”技術(shù)，如今通過開源處理之后，逐漸走入日常生活。在工業(yè)設(shè)計、模具開發(fā)領(lǐng)域，“3D打印”尤為突出，而我們在日常生活中同樣可以“打印”出各種千奇百怪的東西。未來，3D打印機(jī)的應(yīng)用將會更加廣泛。
這項只有25年歷史的技術(shù)，被英國的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》周刊評價為“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)”，美國《時代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“十大增長最快的工業(yè)”。
要“打印”先“虛擬”？
建造3D模型很重要
3D打印造房子模擬圖
從技術(shù)原理來看，與其說“3D打印”是一種打印技術(shù)，不如說是從“3D虛擬”到“3D構(gòu)造”的過程。最關(guān)鍵的步驟，是需要在電腦中建立起三維模型。借助3D輔助設(shè)計軟件，工程師們可以設(shè)計出一個個的3D模型，或者直接照著原型來設(shè)計，打印的材質(zhì)不同而已。
隨后打印的過程，就是一個“構(gòu)造”的過程。之所以被稱為“打印機(jī)”，是參照了其技術(shù)原理，3D打印是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個東西“切”成無數(shù)疊加的片，3D打印就是一片一片的打印，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上。打印機(jī)會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型，成為一個立體物體。
因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似，所以，也可以直接理解為“噴墨”。但3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別，就是它使用的“墨水”是實實在在的原材料。
“打印”還是制造？
又一次工業(yè)革命的序幕
原材料需要凝固成型，需要在成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散，然后再噴灑一層均勻的粉末。在一層膠水一層粉末的交織下，實體模型將會被打印成型。
一般來說，從成型技術(shù)的區(qū)別看，3D打印機(jī)有兩種類型，一種是堆疊法，一種是燒結(jié)。堆疊只能成型塑料、硅之類的材質(zhì)，對固化反應(yīng)速度有要求，而燒結(jié)可以利用激光的高溫對金屬粉末進(jìn)行處理加工出金屬材質(zhì)的東西出來，實體可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。
所以，“3D打印”說是打印，其實就是一種“制造”技術(shù)。難怪世界首個公布3D打印機(jī)開源數(shù)據(jù)信息的科學(xué)家英國工程學(xué)家阿德里安·鮑耶表示：“未來你想要什么，只需下載圖紙，按一下‘打印’鍵，剩下的所有事，請統(tǒng)統(tǒng)交給打印機(jī)。”他甚至認(rèn)為：“3D打印機(jī)將來不是要取代某一個制造業(yè)，而是要取代幾乎所有的制造業(yè)。”
打印機(jī)昂貴？
低價格網(wǎng)上有賣
3D打印機(jī)制作的工藝品
都說“物以稀為貴”，一套三維打印機(jī)的價格從一般的幾百美元到上等質(zhì)量的上萬美元不等。在網(wǎng)上，很多店家銷售3D打印機(jī)，價格都在幾千元以上，貴的甚至要萬元。甚至還有進(jìn)口的全封閉的3D打印機(jī)，售價幾十萬！
事實上，自從開源軟件Arduino出現(xiàn)之后，普通桌面3D打印機(jī)的價格已經(jīng)“俯身向下”。由5個國際工程師研發(fā)的Arduino開源軟件，最初旨在幫助學(xué)生們實現(xiàn)把輸入的數(shù)據(jù)原型輸出（即3D打印工作），而后推廣開來變?yōu)橥耆_源，它的設(shè)計文件和規(guī)格說明書、控制軟件、文檔（基于創(chuàng)意公用）也是開源的。Arduino唯一付費(fèi)的地方就是商標(biāo)。
也正是有了開源技術(shù)之后，3D打印開始越來越普及，價格也從昂貴變?yōu)榈土Ｈ藗兺ㄟ^3D打印機(jī)，“打印”出更多更實用的物品來。
千奇百怪的“3D打印”成果
1、“打印”房子
2010年3月，一位名為恩里科·迪尼（Enrico Dini ）的發(fā)明家設(shè)計出了一種神奇的3D打印機(jī)，可以“打印”出一幢完整的建筑。這種打印機(jī)的原料主要是沙子。打印機(jī)開始工作時，它的上千個噴嘴中會同時噴出沙子和一種鎂基膠，這種特制的膠水會將沙子粘成像巖石一樣堅固的固體，并形成特定的形狀，然后只需要按照預(yù)先設(shè)定的形狀一層層噴上這種材料，最終就可以“打印”一個完整的雕塑或者教堂建筑。
2、“打印”人體骨骼
由于3D打印的神奇效果，有國外媒體報道，已經(jīng)出現(xiàn)了可以替代真實人體骨骼的3D打印機(jī)，將來外科醫(yī)生們或許就將可以在手術(shù)中現(xiàn)場利用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼，用于臨床使用。
這種骨骼替代打印材料，據(jù)說可以支持人體骨骼細(xì)胞生長，并且在老鼠和兔子身上進(jìn)行了試驗。今后，這類“替代品”很可能幫助醫(yī)生進(jìn)行骨骼損傷修復(fù)，或者用于治療骨質(zhì)疏松，以及牙科治療。
3、“打印”人體模型
由于3D打印的神奇效果，日本一家公司甚至推出了面向個人的“Baby復(fù)原服務(wù)”。在母親懷孕的時候，只需提供嬰兒在母親肚子里的X光照片，他們便可以復(fù)原成三維圖像后，打印出一個肚子里的嬰兒模型作為紀(jì)念。
4、“打印”無人飛機(jī)
利用3D打印機(jī)，汽車和飛機(jī)都可以自己造出來。英國南安普敦大學(xué)制造的世界上第一架“3D打印”飛機(jī)。近日，美國弗吉尼亞大學(xué)工程系研究人員更是制造了一架3D打印的無人飛機(jī)，巡航時速可達(dá)到45英里。美國弗吉尼亞大學(xué)工程師大衛(wèi)·舍弗爾稱，五年前為了設(shè)計建造一個塑料渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)需要兩年時間，成本大約25萬美元。但是使用3D技術(shù)，我們設(shè)計和建造這架3D飛機(jī)僅用4個月時間，成本大約2000美元。
而16名比利時工程師就利用3D打印機(jī)制造了一輛全尺寸賽車，并完成測試；而3D打印制造出來的汽車最出名的當(dāng)數(shù)Urbee車型，采用汽油和電力混合發(fā)動機(jī)，是世界上最環(huán)保的汽車之一。有了3D打印技術(shù)，汽車維修行業(yè)也有了支持工具，可以用它來打印稀缺的汽車零部件。
5、“打印”食品
在3D打印機(jī)的基礎(chǔ)上，英國科學(xué)家成功地使用液態(tài)巧克力作為“油墨”，打印出各種形狀的巧克力。
由此可以提示，未來將會出現(xiàn)專門用于制作食品的“3D打印機(jī)”。甚至普通人在家中，都可以自己動手制作蛋糕、面包以及各式各樣的食品來。以往那些看似復(fù)雜，不能夠在家中自己制作的食品，同樣可以通過3D打印機(jī)來完成。
