3D打印能改变世界吗？

周文新

查尔斯·赫尔20世纪80年代发明3D打印机的时候，肯定没想到他的这个发明会如此深刻地影响这个世界。英国《经济学人》杂志甚至宣称，3D打印即将开启新一次的工业革命。

原理：用计算机“堆砌”出物品

3D打印技术的原理非常简单：就是用盖房子的方法，把一件东西精确地“堆砌”出来。

首先需要用计算机辅助设计软件（CAD）对要打印的物件进行三维建模（3D建模），之后用软件对虚拟的这个立体模型进行分层，以便于3D打印的分层打印。完成分层模型文件的制作后，将文件传输给3D打印机，3D打印机随即使用其装载的原材料（比如液体，粉末或者是板材）开始一层一层地“堆砌”，最终完成物件制造。不过，这个打印过程只是打印出一个“毛坯”，打印出来的东西要比初始设计的原样稍微大一些，随后还需要进一步精细加工，通过铣、磨等方式，去掉多余的部分，使最终零件的尺寸和表面质量等都达到初始设计的要求。

分析整个3D打印过程不难发现，3D打印机的材料使用、机器大小都在限制打印物品的材质、性能和大小。目前市面上可以买到的最便宜的3D打印机价格在1万元左右，其加工精度只有米级，用来加工门板之类尚可，若用它来打印牙签，打出来的只能还是门板。而要制造那些厘米级的精细物件，则需要百万元以上价格的3D打印机。

应用：几乎涵盖三百六十行

3D打印技术的最大优点是省去了加工和组装的过程，以往生产一些物件特别是工业制品的时候，由于这些制品往往形状不规则，有棱有角有分叉，使用传统切削工艺会浪费很多原材料；而用铸造工艺制造，精度又达不到要求；如果分段建造并组装，强度又不够，而3D打印技术可以一次成型，保证整体强度，同时其初始精度虽然还需要深加工，但是已经远超铸造工艺，因此被广泛用于样机研究、建筑、工业设计、军事、工程等领域。我国航空航天领域的不少难题都是用3D打印技术成功突破的。而荷兰阿姆斯特丹建筑大学的设计师们于今年1月已经开始打印全球第一座打印建筑物了。

除此之外，医疗、时尚、珠宝、教育和食品等领域也开始使用3D打印技术。在医疗领域，3D打印技术为复制人体代用器官提供了更为精细的选项，比利时和荷兰科学家联手用3D打印为一位83岁女性打印出了人造下颚，德国一家公司使用3D打印技术制造出了人体血管。前不久，浙江龙泉的艺人用3D打印技术打印出了精细的青瓷工艺品，其加工精度与优秀大师的作品不相上下。还有一家美国公司尝试采用3D打印技术制造猪肉，目前生产出的第一片猪肉几乎与普通猪肉一样。

前景：三大瓶颈有待突破

3D打印技术的应用前景非常广阔。但是它要想一飞冲天，还需要突破几个瓶颈。

首先是材料的瓶颈。3D打印使用的材料或者是粉末，或者是融化的材料，包括钛合金、光敏材料等，目前价格都非常高，难以推广。另外，这些可融化材料的熔点都较低，因此3D打印出来的部件不能用于高温环境，这大大限制了3D打印的应用范围。2012年美国一个工程师在自己家里用3D打印机制造了一个步枪零件，这个树脂步枪零件与真实步枪零件相差无几，但是如果真用这个3D打印零件替换真枪零件，打上几发子弹后它就要被高温烧蚀掉，而真枪零件可是能承受上万发子弹射击的。

其次是推广的瓶颈。目前3D打印机低端产品不少，加工精度在米级上下，而高端产品才能体现3D打印精细化和一次成型的优势，但是目前这些高端3D打印机的价格至少几百万元一台，几千万元或者上亿元的机器也有。高昂的价格使3D打印机无法大规模投入生产。而且目前使用金属材料进行3D打印的制造效率不高，每小时只能“堆砌”100到3000克左右，对于动辄几百公斤的部件来说，这个制造速度太慢了。

再次是设计的瓶颈。3D打印的核心之一就是计算机模拟实际物品进行三维创作。应付简单构造的物品还可以，遇到复杂的物体，比如大脑等人体器官，由于人类本身对其的认识水平都十分有限，3D打印技术就爱莫能助了。在3D打印技术的北京体验馆，观众可以在现场打印出自己的三维模型，但是这个模型仅仅只是个空壳，无法体现人体内部机能。

以上三点的解决，必须依靠人类在基础学科的理论和实验突破才能解决。随着人类的不断进步，相信这些科学上的瓶颈迟早会突破。精细化的3D打印技术一旦普及，可能会改变人类的生产模式：以往需要大型厂房、工业流水线才能组装的飞机、汽车，可能一个人在家里就能打印完成。由此带来的对工业革命以来生产方式的变革将是难以估量的。——不过，由此带来的社会伦理思考更令人挠头：如果有一天，人们可以在家里使用3D打印技术任意制造出枪支甚至重型武器，人类社会是会更有秩序，还是更无秩序？

（责编：石磐）