打印机里的创世纪

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3D打印实际上是结合3D构图和快速成型的模具制造技术，这一技术的意义可能大大超出人们的想象力。

一款枪械的设计蓝图，在网络上供人任意下载，你使用家庭自备的机器就可以把枪的所有零件制造出来――这是2012年8月在网络上发起的“维基武器”项目，发起者希望把制枪变成一种家庭作坊式的工作，而这一切都赖以一项名为“3D打印”的技术。 2010年2月23日，美国卡尔弗城，MakerBot制造“3D打印机”。用户可以设计并下载3D物体，MakerBot的机器随后可以用塑料“打印”出该物体。用户也可以上传自己的设计供全球其他用户下载。

不仅枪械可以“打印”生产，飞机也是可以打印的。空客公司的机舱设计师近日宣称，今年年底A380客舱将首次使用3D打印机生产的行李架;预计2050年左右'空客将利用3D打印机造出整架飞机的所有零件。据称，其打印机的体型可与飞机库大小比肩，打印技术制造的飞机重量将比传统型减轻65%。几乎在同时，波音公司也宣告未来有能力利用3D打印技术，不使用任何金属即可打造一块完整的飞机机翼。

空客和波音的“3D打印大型飞机”设想刚刚公诸于世，但首款由3D打印零件生产的小飞机SULSA已于2011年在英国成功试飞。这架由英国南安普敦大学工程师制造的世界上第一架3D打印小型无人飞行器，包括2米长的机翼、舱门和整体控制面均是打印生成。

2011年，世界上首款应用3D打印技术的汽车“urbee”在经过15年的研制后亮相;2012年8月，世界上第一辆3D打印赛车“阿里翁”，在德国霍根海姆赛道完成测试，最高时速达141公里。从设计到打印，“阿里翁”车身的出炉仅用时3N，所使用的3D打印机，能打印最大尺寸达到210×68×80厘米的零部件。

枪械飞机、汽车，3D打印机在各个领域频频亮相。

3D打印史

严格来说，3D打印技术并非一项新鲜事物，这一概念发源于数十年前的“快速成型”技术。上世纪70年代，随着3D软件的兴起，设计师们开始设想，如何快速地把虚拟物体变成现实。彼时诞生的“快速成型”机，就是现今“3D打印机”的前身。 3D打印技术让受伤秃鹰拥有新“喙”获重生。

3D打印在材料上奉行“加法制造”工艺。要打印一件物品，首先需要一张3D立体图，配套软件会把图上的物体分割成多个横截面，然后将切片的数据信息传送至打印机，打印喷头根据这些切片信息，再逐层沉淀、堆积出所需的立体物件。因为与普通打印机最大的区别仅仅是“墨水”不同，所以3D打印机沿用了打印的概念。

例如，我们想要复制一座雕塑时，只需要用测绘工具将它的外型扫描下来，那么世界各地的3D打印机只要下载这座雕塑的外型数据，就可以打印出一模一样的复制品――这项技术显然极为适用于模具和零件制造。

1986年，世界上第一家生产3D打印设备的公司3D Systems成立，它的核心技术是SLA激光固化成型，这也是最早发展的3D打印技术。SLA技术以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光按物件的各分层截面信息在光敏树脂表面逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件薄层。一层固化完成后，固化树脂表面再敷上一层新的液态树脂，如此重复，直至得到最终产品。借助于这项技术，2年后，世界上第一台面向公众的3D打印机SLA-250出品。

根据具体成型技术的区别，3D打印机目前主要分为堆叠法和烧结法两种。它们在原理上都是多层分片打印，只是具体的打法不同。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质，固化反应速度有要求，而烧结可以利用激光的高温处理加工金属实体，物件可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。

“3D打印”的概念近年之所以迅速普及开1主要归于3DP打印技术专利的过期。1993年，麻省理工大学教授Emanual Sachs发明3DP打印技术，这种技术利用陶瓷等粉末，通过特制的胶水粘接剂在一起，逐层黏合、固化、叠加成型。它的特点在于制作速度快，价格低廉，但成品强度和精度较低。1995年，Z Corporation公司获得麻省理工大学的许可，利用这项技术来生产3D打印机。这项专利在2010年过期后，开源桌面打印机呈现爆炸性增长，“3D打印”概念借以得到迅速推广。

诞生伊始，3D打印机多用于工业模具设计。传统模具的制作需要使用车床、钻头、冲压机和制模机，周期长且价格昂贵，3D打印制模则具备快捷、方便等优势。在超过25年的发展后，3D打印技术现已经覆盖零部件、成品生产等领域。

革制造业的命？ 参观者在参观一座计算机生成的3D打印犹太博物馆。

对于近年来3D打印机多番上演的“魔幻现实主义”好戏，《经济学人》杂志2012年刊文赞称，这种新型生产方式能促使制造业向数字化方向发展，甚至推动第三次工业革命：“正如当初无人能预测1450年的印刷术、1750年的蒸汽机、1950年的晶体管会带来何等影响，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世界。”

3D打印技术目前商业应用最广的行业，主要是汽车制造业、航空业和消费电子业。它们可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件，针对传统加工不易或者不能生产的复杂、精细物件，3D打印机能实现定制化生产。此外，3D打印耗材量仅为传统制造方式的1/10，配以钛材料能有效减轻成品重量。对机每减轻1公斤，每年能省3000美元燃油费用的航空业来说，这一好处再明显不过。全球两家3D打印机巨头Stratasys和3D Systems每年创造营收近2亿美元，在它们服务的客户名单里，宝马、戴尔、微软、波音、英特尔、保时捷这样的高精尖企业比比皆是。

但3D打印影响最为显著的无疑是模具领域。一方面，各产业对模具有着广泛的需求，另一方面模具制造本身对技术要求甚高。在产品大规模生产之前，模具必须要进行多次打样和修改。3D打印机的出现，消灭了模具反复打造的流程，能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，极大地缩短产品的研制周期，大幅减少成本投入。

在美国，由于3D打印机的普及，基本上任何产品在形成最终模具前都会用3D打印做好几版验证。在微软的模型产品车间，通过3D打印机制造一个完整鼠标仅需三个小时。每一款精心设计的产品在销往世界各地前，都经历着从模型A，到模型B……再到模型X的过程。美国一家模型制造公司LGM接受《纽约时报》采访时更是宣称，过去需要费时两个月、耗资10万美元来建造的酒店模型，现在只需花费2000美元以及一夜晚的时间。

除了机械制造、电子产品设计、工艺模型等行业，3D打印技术在医疗器械行业和科学研究领域的表现最为惊艳。3D打印版的假肢已帮助3万名病人正常行走，1000万人正使用3D打印技术扫描患者耳朵轮廓后量身定做的助听器，牙医业扫描病患的每颗牙齿并使用3D打印机制造透明的隐性矫治牙箍。2011年6月，荷兰一位颚骨感染的83岁老人更是成功安装3D打印机使用MRI数据打印的定制下巴植入物。

对于科研人员来说，3D打印技术是意想不到的“怪才”。众所周知，沃森和克里克因发现DNA的分子结构而举世闻名。鲜为人知的是，他们和同事把大量时间花费在用真实的棍和球来建造复杂结构的模型。现在，能制造各种复杂物件的3D打印机显然提供了解决方案。

越来越多的领域正利用3D打印技术创造神奇。博物馆用它来复制真品备不时之需，科研工作者缩减打印化石模型以便研究。在过去一年里，3D打印技术炮制食物、房子乃至血管组织、人体器官的消息已多次引发轰动。

3D打印之坎

咨询公司WohlersAssociates已连续追踪3D打印行业17年，2012年的分析报告显示，2011年全球3D打印产品和服务的销售额为17.1亿美元，其中打印最终成品占到约1/4，是2007年的两倍。预计2015年，3D打印行业销售额将增加至37亿美元，2019年将达到69亿美元，其中成品生产将占据80%。

目前，3D打印机的发展在走两条完全不同的路，一条是面向工业和行业应用，成为上述案例中彻底的工业生产工具，另一个方向则是3D打印的个人桌面化，为极客们的创意提供变现的可能。工业级3D打印机较为昂贵'价格从1.5万美元到100多万美元不等，主要用在高端产品设计或者研究领域。在打印的精细程度以及打印材料的广泛程度上，工业级3D打印机远超个人桌面级机器，当然，价格也在另一个层级上。

3D打印技术在软件方面已非常成熟，难点主要在于硬件，最典型的就是打印材料。目前，不同品牌的3D打印机能支持不同的材料，树脂、尼龙、石膏、塑料使用较为普遍，随着业界研发的进步，支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现。不过，大多数个人桌面级3D打印机只能使用易加工、便于回收的塑料，其他只限于工业级3D打印机使用。对于工业级打印机来说，所用材料既要满足打印精细度，还要满足强度，这类材料研发成本至少是千万元级别。

材料越细，每一层就更薄，做出来的东西精度就越高。就现有的个人桌面级3D打印机而山，打印的每层材料厚度最低为0.1毫米。虽然做小玩具、模型绰绰有余，但生成的实物从精度到复杂度都不够理想，甚至比普通的注塑成型产品还粗糙。对于这样一类个人桌面级打印机，显然其目标用户还停留于设计爱好者层面，难以覆盖至更多的人群。

现阶段，3D打印机无法作为大规模生产的手段，只能作用于原型开发或者单件制造。在生产效率上，3D打印技术虽发端于“快速成型”，耗时还是得以小时来计，尚难满足批量生产的要求。无论是性能虽好但价格高昂的工业级3D打印机，还是性价与之对立的个人桌面级打印机，要真正革传统工业的命，都距“神器”目标尚远。

不过，3D打印圈子乐观的DIY玩家态度也很明显，“现在满大街白菜价的激光打印机，在上世纪70年代不也还是成本10万美元以上的机器吗？”

3D打印，开放至上？

要理解3D打印产业的迅猛发展，开源是极为关键的一环。借助于开源技术，3D打印技术变得更普遍、更廉价。2003年个人桌面级3D打印机出现时，售价高达25000美元，而现在开源桌面级3D打印机售价从500到1000美元不等。国内3D打印资深玩家直言“整个DIY3D打印的圈子都是建立在开源的基础上的，我们之所以在这几年听说3D打印这个名词，也是拜开源所赐。”

开源软件的成功是互联网传奇之一，现在，开源硬件也登上了舞台。利用最初的开源硬件开发平台Arduino，最早的开源桌面级3D打印机RepRap――也就是“维基武器”项目中提到的打印机于2005年面世。由于硬件的制作、测试成本远比软件昂贵，开源模式应用于硬件难度要大得多。不过对于3D打印技术来说，它的优势在于――打印技术可以有效减少设计――原型――测试的周转时间和成本。像RepRap这样的3D打印机就可用于快速原型设备制作，在开源硬件的研发中发挥重要作用。

反过来，开源模式大大提升了RepRap硬件设备的发展。RepRap可以打印出大部分的自身部件――这在某种程度上意味着，它是一台自我复制机。有玩家认为，“开源硬件设计加上快速制造，就能精确复制开源软件的成功。只要设计是开放的，你就可以修改它，以满足你的要求，并可与他人自由地分享这些修改。”

开源3D打印机现已呈现百花齐放的势态。在3D打印界，个人桌面级打印机最早是由美国MakerBot公司正式商业化，其核心原理来源于前人研究结果，MakerBot公司制造出自己品牌的打印机后又将其硬件开源公开化。杭州铭展是中国第一家3D打印服务公司，创始人金涛介绍说，他们正是基于Makerbot的开源信息研发出自己的桌面级3D打印机产品。

3D打印技术的这种“开放至上”，不仅表现于个人桌面级3D打印机的发展态势，也体现在对制造业模式的个性冲击上。《经济学人》杂志认为，3D打印这种全新的生产工艺，以及在线制造协作服务的普及，使得生产方式像轮子一样兜了个圈又回到了原点，从大规模生产转到更加个性化的生产定制方式。“这种新型的生产方式是“社会化制造”，当它得到广泛运用，每个人都可以是一家工厂。”

在一个机械化和流水线盛行的年代，这项技术实际上已经悄然引发个性风潮，激发出更多个体和行业的想象力。当前，消费者不一定会购置一台价格和性能都有待改善的3D打印机，用户不一定对打印所需的3D绘图软件、打印需设置的工艺参数了若指掌，但他们对个性化产品的追求欲是存在的。因此当我们看到，在工业级和个人桌面级3D打印机市场之外，3D打印服务社区Shapeways2011年已经代为打印超过75万份个人作品时’完全可以想象――不管是你的个性手机外壳，还是你和爱人拥有的戒指，未来它们都将可能是3D打印而成。