3D打印:DIY一个新世界

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3d打印机这个神物最近可算是彻彻底底地火了起来。说是这天上飞的，地上跑的，身上穿的，甚至失去喙的老鹰也能打印一副新喙再给安装上去。前不久媒体号称用3D打印机打印了一辆超级跑车，如此惊世骇俗之语引来大家的一致围观。

想法越稀奇越厉害

3D打印，也叫三维打印，是快速成型技术的一种。快速成型技术是在一个平面上指定的位置放置并固化材料，然后通过逐层打印，把材料堆积成三维物体。如果加工传统零件，这项技术相比之下可一点也不快，比起机床潇洒地把铁锭削成零件要慢得多。

这样的“笨办法”，为何科学家、工程师们如此热衷呢？原因很简单，快速成型技术让零件的制造不再拘泥于工艺，而取决于想法，可以制造几乎任意形状的零件。越是稀奇古怪、传统加工工艺无法加工的零件，就越是快速成型技术的用武之地。

比如说你要在零件里面打一些曲里拐弯却十分精确的孔，或者要做一个中空的牙齿模型，这时用快速成型工艺就比传统加工工艺快捷省事得多了。

快速成型技术原理虽然简单，但是工艺却纷繁多样，千奇百怪。有些是使用一些具有神奇特性的材料，比如一种被紫外激光照射后就会凝固的光敏树脂，只要控制光敏树脂的液面高度，逐层用激光扫描，液态的光敏树脂就会逐层凝结为固态的模型，等扫描完毕后，拿出来洗洗干净就得到了三维零件。也有的采用激光的热量有选择性地烧结原材料的粉末，譬如塑料、陶瓷、金属复合物都可以被具有热效应的红外激光烧结成片，进而逐层形成零件。

当然也有让人一看就明白的，比如我们都玩过的烧塑料、滴蜡烛的高精度版本：把ABS树脂、尼龙、蜡等材料加热融化，从金属喷头里像挤牙膏那样一丝丝精确地挤出放置在预先设计好的位置上，材料就会冷却凝固并且最终一层层地堆积起来。

这种熔融沉积成型技术相对简单快捷，容易实现。目前市场上有爱好者团体自制的快速成型机出售，主要都是基于这种技术。

英雄的长处与短处

新闻里经常说某某车辆采用快速成型技术加工，也许你会以为整辆车就是3D打印机瞬间打印的产物，其实这是一种误读。快速成型技术善于加工出匪夷所思的形状，但是也因为加工所用的材料种类很有限，并不适合加工有特殊性能要求的零件。

比如引擎、轮胎、传动轴、轴承这些具有成熟传统制造工艺的部件，如果采用快速成型技术制造，不仅昂贵费时，而且往往无法达到基本的力学性能要求。

采用快速成型技术制造的车辆，一般来说只是它们造型奇特的外壳。比如科幻电影《I Robot》中出现的奥迪RSQ，其超现实的水滴形车身就是由德国库卡公司的工业机器人采用快速成型技术制造的。总的来说，用快速成型这种很酷也很贵的工艺来制造汽车，只能说是个不错的噱头。

由于快速成型技术自身的特点，其成熟的应用多出现在医学、教育等领域，用于制造那些传统工艺无法精确完成，却又对人们的生活产生极大影响的单个零件。比如制造防止动脉扩张的保护套，以拯救心脏动脉扩张患者的生命；制造契合骨骼损伤形状的修补片，为头骨损伤患者的整形术准备材料等等。

快速成型技术不仅直接改变着少数人的命运，也改变着大多数人认识世界的方法。从前当数学家创造出了精美的几何结构，我们往往只能在计算机上看到由电脑模拟的模型，而快速成型技术可以把这些亦真亦幻的模型变成实物。喜欢数学或者分形的同学也许听说过谢尔宾斯基三角形，这个二维图形泛化而成的三维物体，被称作谢尔宾斯基四面体。过去我们只能把玩计算机模拟的这类模型，但是有了快速成型技术，便可以做出该分形的实物。

作为数学家、艺术家和雕塑爱好者的George W.Hart，就制作了这样一个谢尔宾斯基四面体的五级版本，这样奇葩的造型用传统手段几乎无法加工。现在在George的主页上，你轻点鼠标就能下载到这个模型的快速成型加工文件，如果你有机会使用一台快速成型机，你就可以以这个文件为基础，做出一个属于自己的谢尔宾斯基四面体。

未来因技术而改变

快速成型技术与日常生活的距离其实并不遥远。最近已经有人在用快速成型技术制作精致的玩具了，比如用光敏树脂制造的小熊U盘。当然光固化成型工艺的成本很高，抛开成本不谈，每个零件组的制造各用了30个小时，还有20小时用于抛光和上色，直把豆腐做成肉价钱。

如果你是一位diy达人，基于熔融沉积成型技术的快速成型将会更加经济，比如MAKERBOT快速成型机的零售价只有2000多美元，一公斤材料不到50美元，普通家庭已经可以承担，这可是你创作原型的最好帮手。

在未来，随着技术进步和成本下降，快速成型技术的适用范围将会更加广泛，当然快速成型技术的使用方式也会更加便捷经济。那时不仅是工厂和科研单位在使用快速成型技术制造奇迹般的产品，也许家家都会有一台高精度的快速成型机，大部分零件、日用品，在网上购买了蓝图就可以自己加工了。