近幾年“3D打印”成了超前科技的代言詞，火遍全球。其實3D打印并不能算是一項新技術，它早在20世紀80年代便已產生，只是因為成本巨大，在最近幾年才進軍藝術界和工業界，用以制造假肢、汽車零部件、家具和珠寶等。由于其迅猛的發展態勢，也許在未來的某一天，3D打印能夠像上帝那樣打印出人類。

 
人也能制造？解讀火遍全球的3D打印技術

英國《經濟學人》雜志認為，這項技術將與數字化生產模式一起推動實現新的工業革命，將3D打印技術列為第三次技術革命范疇；美國《時代》周刊已將3D打印產業列為“美國十大增長最快的工業”。僅僅幾十年后，這項技術就得到了長足的發展。但是有些人還是感覺3D打印離我們太遠，不能惠及到我們的生活。那么筆者就為大家全方位、立體式地解讀一下，這項馬上可以觸手可及的技術。

對于關注打印領域的讀者來說，3D打印技術也許并不是什么陌生詞了。而普通大眾關注3D技術，還要追溯到前年年初上映的詹姆斯·卡梅隆的3D大片《阿凡達》。雖然電影《阿凡達》描繪的美麗景象沒有在觀眾記憶中停留多久，但3D影像技術帶給觀影者震撼的視覺沖擊，卻一直影響著隨后電影工業的發展，從《阿凡達》開始，幾乎所有的大制作高成本影片無不推出3D版，而前段時間上映的3D影片《超凡蜘蛛俠》更是叫好又叫座，這說明3D技術的電影制作已經深入人心，并深受大眾喜愛。

得益于3D技術制作的電影受到好評，現如今3D技術的發展涉及到了各行各業。而在制造行業，“3D打印技術”的影響正在日益凸顯。

你可能覺得3D打印技術是邊緣技術，只有標新立異的人或者是高端設計室才用，但其實在不經意中，你早就接觸到了3D打印產品。比如在牙科診所，很多定制的口腔設備現在都在使用3D打印機。口腔防護器可調整牙齒的排列，牙科醫生掃描了牙齒的位置后就可以利用軟件制作一個塑料模型，帶上數月后就可以把牙齒調整到合適的位置。另外利用3D打印機可以很快的制作出牙齒的模型，牙醫可以現場磨制假牙給你換上。

技術篇——3D打印的工作原理

說到它的原理，其實也并不不復雜，其運作原理和傳統打印機工作原理基本相同。傳統打印機是只要輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數字文件便被傳送到一臺噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而3D打印機首先將物品轉化為一組3D數據，然后打印機開始逐層分切，針對分切的每一層構建，按層次打印。

 
MakerBot公司的3D打印機

打印時，粉末耗材會一層一層地打印出來，層與層之間通過特殊的膠水進行粘合，并按照橫截面將圖案固定住，最后一層一層疊加起來，就像我們坐在海邊用沙子堆砌城堡一樣的程序，最終經過分層打印、層層粘合、逐層堆砌，一個完整的物品就會呈現在我們眼前了。3D打印機與傳統打印機最大的區別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機公司，使用打印機噴頭將一層極薄的液態塑料物質噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進行處理。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

之后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。另外一家總部位于美國明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術，整個流程是在噴頭內熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

還有一些系統使用粉末微粒作為打印介質。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態粘合劑進行固化。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

它也可以使用一種叫做“激光燒結”的技術熔鑄成指定形狀。這也正是德國EOS公司在其疊加工藝制造機上使用的技術。而瑞士的ARCam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

當遇到包含孔洞及懸臂這樣的復雜結構時，介質中就需要加入凝膠劑或其他物質以提供支撐或用來占據空間。這部分粉末不會被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。

 
Objet Connex 3D打印機工作原理

如今可用于打印的介質種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。有些打印機還能結合不同介質，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟。

行情篇——3D打印的發展現狀

3D打印，過去在科研、教學或者制造領域被稱為“快速成型技術”。3D打印”這個更為形象的叫法快速被大眾接受和普及。隨著材料科學的快速發展，快速成型技術正在各個領域均有極大延伸，比如打印建筑物、打印汽車、打印人體器官、打印骨骼，而且我們還可以用3D打印機打印自己設計的衣服。我們首先用掃描儀對自己的身體進行一下掃描，這樣就能得到我們身材的尺寸，然后通過CAD對掃描數據進行加工和修改，這樣我們就可以自己打印出衣服和褲子。

 
3D打印出來的衣服

目前美國的3D打印技術較為領先，應用范圍更廣。近期，全美第一家3D打印機耗材專營店在紐約曼哈頓的NOHO地區正式開業。據悉，這家商店是由全球3D打印設備領頭羊企業MakerBot公司開設的。并推出了最新一代也是該公司的第四代3D打印機“Replicator2”。該機器具有更加靈巧的外觀以及3倍于老款機器的打印精度。據了解，MakerBot零售店里并不提供現場3D打印服務，而且正在銷售的3D打印機產品則要價幾千美元。

而據MakerBot的未來業務規劃顯示，該公司還會再明年年初推出第五代機器Replicator2X，該機器可以滿足發燒友和專業人士對打印效果的需要。對此，MakerBot的CEO佩蒂斯在早前新聞發布會上說到：“我們所推出的新款打印機制定了桌面3D印刷的標準。打印出來的東西再也不會像過去那么粗糙了。如果未來零售業務運行良好的話，那就代表3D打印將進入主流消費市場。”

 
MakerBot 3D打印機

而在國內，今年1月份，華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升帶領的團隊成功研制出世界上最大的3D立體打印機，并且憑借這一研究成果入選兩院院士評選的“2011年中國十大科技進展”，中國的3D打印正在快速發展，從工業和制造業應用開始朝個人和小型化方向發展。

早期一套用于工業設計制造的3D打印設備在10萬美金左右，近幾年價格降低到2萬美金左右，而小型化個人桌面3D打印機售價在1000美金左右，史玉升研制的這款3D立體打印機UP!3D官方售價不到萬元，這款國產3D打印機已經在美國等國外地區銷售。

應用篇——3D打印早已來到我們身邊

目前，3D打印使產品供應鏈的格局和人們的生活方式都發生了轉變。而且它的應用范圍之廣讓人難以置信。今天筆者就列舉幾項和我們生活密切相關的例子，讓大家感受一下3D打印離我們并不遙遠。

食品行業

英國埃克塞特大學研究人員，去年推出世界首臺3D巧克力打印機。是了，你沒有看錯。研究人員已經開始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印”出來的。當然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。

 
3D打印在食品行業的應用

建筑設計

在建筑業里，工程師和設計師們已經接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環保，同時制作精美。完全合乎設計者的要求，同時又能節省大量材料。

 
3D打印在建筑設計的應用

醫療行業

最近，一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首例使用3D打印產品做人體骨骼的案例。

 
3D打印在醫療行業的應用

汽車制造業

不是說你的車是3D打印機打印出來的（當然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業在進行安全性測試等工作時，會將一些非關鍵部件用3D打印的產品替代，在追求效率的同時降低成本。

 
3D打印在汽車制造業的應用

傳統制造業

傳統制造業也需要很多3D打印產品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統制造好很多。而3D打印技術本身非常適合大規模生產，所以制造業利用3D技術能帶來很多好處，甚至連質量控制都不再是個問題。

 
3D打印在傳統制造業的應用

科學研究

美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。

 
3D打印在科學研究的應用

產品原型

比如微軟的3D模型打印車間，在產品設計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設計制造部門更好的改良產品，打造出更出色的產品。

 
用3D打印機打印產品原型

文物保護

博物館里常常會用很多復雜的替代品來保護原始作品不受環境或意外事件的傷害，同時復制品也能將藝術或文物的影響傳播給更多的人。最近史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。

 
3D打印在文物保護的應用

配件、飾品

這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來，現在就可以實現。

 
用3D打印機打印配件、飾品

3D打印機可以完成很多在現在看起來匪夷所思的事，從某種角度來說，很多想象的到的東西，都可以通過3D打印直接得到。在未來3D打印還有可能走進千家萬戶，融入到我們的生活中，像電腦一樣普及。

展望篇——未來甚至能夠打印出人類

在1997年，發生了一件震驚醫學界的大事。那就是馬薩諸塞州總醫院的杰伊·瓦康提醫生，成功地讓老鼠背上長出一只人的耳朵。瓦康提用可以緩慢降解的材料制做了一個布滿小孔的支架，他的同事將這個支架植入沒有免疫力的小鼠皮膚下，并注入牛的成軟骨細胞。發育的軟骨組織滲透進支架，支架降解掉，就得到了一只真正的耳朵。

四年后，這項技術被應用到新領域：他為一個失去1/6顱骨的孩子修補了顱骨，用這個孩子自身的成骨細胞成功地再造了骨頭，而這一切背后使用的工具，不過是改進過的3D打印機。

這種3D打印機和傳統的噴墨打印機原理差不多，只是采用了不同的“墨”。它相當于把一個模型分成許多層“橫截面” ，將原料液體或顆粒噴射到指定位置，一層一層地堆疊起來，最后得到精確模型。如果給墨盒里裝滿人體細胞，以打印機的打印精度精確地堆疊這些細胞，最終變成了活的人體組織。現在經過測試，這種從打印機噴嘴發射出來的細胞，成活率居然高達95%以上。

既然骨骼、肌肉和皮膚都能用3D打印機打印出來，在未來，造人可能也只需要獲得一張精確的三維圖。也許下一個時代的創世神話是這樣開始的：上帝對自己的設計很滿意，然后，他按下了“打印”鍵。