近年來，隨著曝光度的不斷提升，相信很多人已經(jīng)對(duì)“3D打印”這個(gè)詞不再陌生了。3D打印給我們帶來了美好的憧憬，似乎它就是創(chuàng)造神奇未來的神器了。

雖然聽說過，但是大部分人對(duì)3D打印技術(shù)的了解應(yīng)該也僅僅限于聽說過而已，下面我就給大家較為消息的介紹一下3D打印技術(shù)，從原理到產(chǎn)品，從過去到未來。讓我們一起看看，3D打印到底是怎么一回事。

其實(shí)，3D打印技術(shù)的原理是非常簡(jiǎn)單的，它是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印機(jī)相對(duì)于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。

說白了，3D打印機(jī)就是采用采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實(shí)體的，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)是完全不同的。也就是說，3D打印是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個(gè)東西“切“成無數(shù)疊加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為一個(gè)立體物體。

一般來說，3D打印機(jī)的工作過程是這樣的。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

很多人可能以為3D打印機(jī)是最近兩年才出現(xiàn)的一個(gè)新鮮玩意兒，的確，直到最近兩年3D打印機(jī)才開始逐漸走向大眾的視野。但是很多人不知道的是從世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)誕生起至今已有將近30年時(shí)間了！

1986 年，Charles Hull 離開了原來為之工作的 Ultra Violet Products，開始成立一家名為 3D Systems 的公司，開始專注于研發(fā)3D 打印技術(shù)，這是世界上第一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的公司，它所采用的技術(shù)被稱為“立體光刻技術(shù)（Stereolithography）”，其利用紫外線照射可將樹脂凝固成形，以此來制造物體。到 1988 年，3D Systems 開始生產(chǎn)第一臺(tái)3D打印機(jī) SLA-250，體型還是比較大的。

自此之后3D打印技術(shù)開始不斷發(fā)展進(jìn)步，涌現(xiàn)出了越來越多的不同的3D打印技術(shù)。

• 1988 年，Scott Crump 發(fā)明了另外一種3D打印技術(shù)Fused Deposition Modeling，并成立公司Stratasys。這個(gè)技術(shù)的特點(diǎn)是它能利用臘、ABS、PC、尼龍等熱塑性材料來制作物體，具備性能優(yōu)良的特點(diǎn)；

• 1989 年，C.R. Dechard發(fā)明Selective Laser Sintering，利用高強(qiáng)度激光將材料粉末烤結(jié)，直至成型。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于選材范圍廣泛，比如尼龍、臘、ABS、金屬和陶瓷粉末等都可以作為原材料；

• 1992 年，Helisys發(fā)明Laminated Object Manufacturing，利用薄片材料、激光、熱熔膠來制作物體。然而該3D打印技術(shù)的原材料一直僅限于紙，性能低下；

• 1993 年，麻省理工大學(xué)教授Emanual Sachs發(fā)明Three-Dimensional Printing技術(shù)（非泛指的 3D打印技術(shù)），利用金屬、陶瓷等粉末，通過粘接劑黏在一起成型。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于制作速度快，價(jià)格低廉，但成品的強(qiáng)度較低。1995 年，Z Corporation獲得麻省理工大學(xué)的許可，利用該技術(shù)來生產(chǎn)3D打印機(jī)。

• 1996 年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation 分別推出 Actua 2100、Genisys、Z402，第一次使用了“3D 打印機(jī)”的稱謂。

• 2005 年，Z Croporation 發(fā)布Spectrum Z510，這是世界上第一臺(tái)高精度彩色3D打印機(jī)。同一年，英國巴恩大學(xué)的Adrian Bowyer發(fā)起開源3D打印機(jī)項(xiàng)目RepRap，其目標(biāo)是制造出“自我復(fù)制機(jī)”，通過 3D 打印機(jī)本身，能夠制造出另一臺(tái)3D打印機(jī)。

• 2008 年，第一版RepRap發(fā)布，代號(hào)“Darwin”，能夠打印自身50% 的元件，體積僅一個(gè)箱子大小。

隨著3D打印技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，技術(shù)種類越來越多，對(duì)3D打印技術(shù)最重要的打印原材料也不斷的豐富了起來。從樹脂到塑料到陶瓷再到金屬。而最近有消息稱，3D打印的原材料已經(jīng)可以擴(kuò)展到金、銀以及強(qiáng)度極高的鈦，還有不銹鋼等材料了?？蛇x原材料的不斷豐富極大地推動(dòng)了3D技術(shù)的成熟，為其進(jìn)一步的大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3D打印技術(shù)是如此的神奇和令人向往，以至于許多人認(rèn)為它將是人類第三次工業(yè)革命的中堅(jiān)力量。那么我們就來看看3D打印技術(shù)顛覆哪些領(lǐng)域！

制造業(yè)：

要說到3D打印技術(shù)影響最大的領(lǐng)域，當(dāng)屬制造業(yè)。在現(xiàn)如今的條件下如果你想自己設(shè)計(jì)制造一件產(chǎn)品（哪怕是一把簡(jiǎn)單的錘頭），那你可以得找個(gè)工廠，讓它按照你的設(shè)計(jì)為你生產(chǎn)，而你需要至少幾萬元的費(fèi)用，而且人家還不一定愿意干。因?yàn)橹圃旃S首先要生產(chǎn)一個(gè)模具制造出各種零部件，最后把這些部件裝配起來。僅做一件產(chǎn)品，成本將無比高昂。當(dāng)然，由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)，如果你生產(chǎn)成千上萬件的產(chǎn)品，每件產(chǎn)品的成本將大大降低。

但是如果有了3D打印機(jī)，這都將不再是問題。規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)將無足輕重，無論是生產(chǎn)一件產(chǎn)品還是生產(chǎn)機(jī)器能容納的最大量的產(chǎn)品，開動(dòng)機(jī)器的成本都是一樣的。你可以個(gè)性化生產(chǎn)屬于自己的產(chǎn)品。

在太空中如果丟失了一個(gè)工具那將是很麻煩的一件事，NASA也對(duì)此很頭痛，因?yàn)檫\(yùn)送成本、時(shí)間等都將非常高，而3D打印機(jī)將帶來福音。下面的視頻中展示了使用3D打印機(jī)制造一個(gè)扳手的過程。

 

醫(yī)療器械領(lǐng)域：

據(jù)國外媒體報(bào)道，在不久的將來外科醫(yī)生們或許就將可以在手術(shù)中現(xiàn)場(chǎng)利用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)被制造出來了，而用于替代真實(shí)人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測(cè)試之中。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細(xì)胞在其中生長，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗(yàn)證。未來數(shù)年內(nèi)，打印出的質(zhì)量更好的骨骼替代品或?qū)椭饪剖中g(shù)醫(yī)師進(jìn)行骨骼損傷的修復(fù)，用于牙醫(yī)診所，甚至幫助骨質(zhì)疏松癥患者恢復(fù)健康。

在未來如果醫(yī)生有一位病人的病變骨骼部位CT掃描圖像，科學(xué)家就能將其轉(zhuǎn)為CAD圖紙并根據(jù)病人的病變情況制作相應(yīng)的代替骨骼。

利用3D打印機(jī)制造人體器官早已并非天方夜譚，例如幾天前我們剛剛報(bào)道的3D打印機(jī)為小女孩艾瑪提供堅(jiān)強(qiáng)臂膀的消息就是其中一個(gè)很好的例子。不只是在國外，雖然國內(nèi)的3D打印技術(shù)還不如國外的成熟發(fā)達(dá)，但也有在醫(yī)療領(lǐng)域的樣喲先例。例如據(jù)我所了解在上海不少醫(yī)院就有已經(jīng)開始利用3D打印輔助做手術(shù)，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院的醫(yī)生們已經(jīng)開始利用3D打印機(jī)制造耳朵以幫助“先天性小耳畸形癥”病人過上正常人的生活。

下面這段視頻是美國維克·弗里斯特再生醫(yī)學(xué)研究所(Wake ForestInstitutefor Regenerative Medicine)所長、外科醫(yī)生安東尼·阿塔拉（Anthony Atala）在TED的演講，在演講中他甚至當(dāng)眾捧出了一個(gè)3D打印而成的腎臟，震撼全場(chǎng)！

 

怎么樣，3D打印技術(shù)很神奇吧！它離我們并不遠(yuǎn)。

航空航天領(lǐng)域：

據(jù)Forbes報(bào)道，歐洲飛機(jī)制造公司Airbus的設(shè)計(jì)師透露其3D打印飛機(jī)打造計(jì)劃，預(yù)計(jì)2050前達(dá)成。此計(jì)劃將使用機(jī)庫般大小的3D打印機(jī)，制造飛機(jī)零件，Airbus的員工Bastian Schafer如此描述他的構(gòu)想：此架飛機(jī)80米長，曲面機(jī)身由透明材質(zhì)制成，乘客就感覺彷佛翱翔在云端中。

看看這段視頻中展示的飛機(jī)吧，據(jù)說這就是要使用3D打印機(jī)生產(chǎn)出來的。

雖然這么宏大的工程距離真正實(shí)現(xiàn)還有一段時(shí)間，但是一些基礎(chǔ)工程已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了?，F(xiàn)在許多的簡(jiǎn)單工業(yè)零部件乃至戰(zhàn)斗機(jī)上的高科技含量零件已經(jīng)可以利用3D打印技術(shù)定制了。

體育行業(yè)：

很多人可能會(huì)很疑惑，3D打印技術(shù)跟體育行業(yè)有毛關(guān)系啊，難道能打印出更強(qiáng)壯的運(yùn)動(dòng)員？這倒不是，但3D打印機(jī)可以為運(yùn)動(dòng)員提供更加優(yōu)質(zhì)的裝備。

剛剛結(jié)束的倫敦奧運(yùn)會(huì)上演了百米飛人大戰(zhàn)，最終“閃電”博爾特以9秒63的成績(jī)，打破了奧運(yùn)會(huì)紀(jì)錄，距離他自己創(chuàng)造的9秒58的世界紀(jì)錄只有百分之五秒。我們知道在這種短跑中，0.1秒的成績(jī)也將是一道巨大的鴻溝。因此各國運(yùn)動(dòng)員都采用各種高科技裝備已盡可能保證自己的潛力得到激發(fā)。

對(duì)跑步來說，合適的戰(zhàn)靴至關(guān)重要，博爾特、劉翔等明星都有Nike、Adidas等企業(yè)自己打造的專屬戰(zhàn)靴。而有了3D打印機(jī)以后，我們將能制造更合腳的鞋子，下面這段視頻展示的就是利用3D打印機(jī)生產(chǎn)的鞋子。

據(jù)官方說這種跑鞋能提高運(yùn)動(dòng)員整體效能3.5%，而0.7%的提升就能顯著提升運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。以100米世界紀(jì)錄9秒58計(jì)算，理論上能提高成績(jī)0.3秒以上。這0.3秒將是質(zhì)的提升，要知道人類100米短跑速度100年才提高了2秒而已。

以后3D打印技術(shù)成熟以后，我們也能在家生產(chǎn)最適合自己、最個(gè)性的鞋子了。

以上列舉的這些行業(yè)僅僅是個(gè)開始而已，也是我們基于3D打印技術(shù)目前的發(fā)展?fàn)顩r作出的判斷。但我相信未來由3D打印技術(shù)的發(fā)展帶來的行業(yè)變革絕不僅限于此，未來如何，人類永遠(yuǎn)無法預(yù)測(cè)，我們只能邊走邊看。

3D打印技術(shù)很美很神奇，但要真的走入社會(huì)大眾之中，成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)，至少還要面臨下面的這些考驗(yàn)：

首先，第一個(gè)挑戰(zhàn)也是最大的挑戰(zhàn)在于3D打印材料的可用性。Shapeways表示他們正在努力為用戶提供更多的3D打印材質(zhì)，如蠟，鈦、金等高端金屬，可以的話，甚至是木材也在考慮范圍之列。另外，Xerox PARC的研究人員正在致力于可打印電子產(chǎn)品的研究，如隨機(jī)存儲(chǔ)器，傳感器以及晶體管等，這就意味著消費(fèi)者可以根據(jù)的自己設(shè)計(jì)來打印手機(jī)或者M(jìn)P3播放器之類的電子產(chǎn)品。雖然目前的可用原料還不多，但正如我們之前說過的，從樹脂到塑料到陶瓷再到金屬，乃至最新的金、銀以及強(qiáng)度極高的鈦和不銹鋼等材料，3D打印正在擴(kuò)展，正在逐步打印出整個(gè)世界。

第二個(gè)挑戰(zhàn)在于價(jià)格。在某些情況下，3D打印產(chǎn)品最終耗費(fèi)的成本和零售店產(chǎn)品的價(jià)格差不多，3D打印不具備規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)尚不明顯。所以對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品來說，不管你是打印1件還是100件，價(jià)格都相差無幾。但是我們已經(jīng)看到了趨勢(shì)，相信成本的問題慢慢會(huì)得到解決。

其中一個(gè)信號(hào)是3D打印機(jī)的價(jià)格正在下降。1999 年 3D Systems 的 SLA 7000 要價(jià) 80 萬美元，而公司今年年初推出的 Cube 要價(jià)僅 1299 美元。最近創(chuàng)立的 Soldoodle 所生產(chǎn)的 3D 打印機(jī)僅 499 美元（Basic 版）。而在 Kickstarter 上，出現(xiàn)了售價(jià)僅為 300 美元的 3D 打印機(jī) Makibox。也許3D打印時(shí)代會(huì)來的比我們想象的快！

第三個(gè)挑戰(zhàn)在于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。3D打印技術(shù)的意義不僅在于改變資本和工作的分配模式，而且也在于它能改變知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)則。該技術(shù)的出現(xiàn)使制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模，而取決于創(chuàng)意。然而，單靠創(chuàng)意也是很危險(xiǎn)的，模仿者和創(chuàng)新者都能輕而易舉地在市場(chǎng)上快速推出新產(chǎn)品。因此，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)可能將前所未有地變得比以前更短。一旦物品能用數(shù)字文件來描述，它們就會(huì)變得很容易復(fù)制和傳播?，F(xiàn)如今看似與此無關(guān)的實(shí)體物品一旦被數(shù)字化，就極有可能像當(dāng)初的音樂領(lǐng)域一樣面臨盜版的威脅。

當(dāng)然這也不是無法解決的，在未來人們可能會(huì)創(chuàng)造出更多的手段來保護(hù)原創(chuàng)者的支持產(chǎn)權(quán)，這不會(huì)阻擋科技前進(jìn)的腳部。

第四個(gè)可能的挑戰(zhàn)可能就是生產(chǎn)技能了。3D打印技術(shù)需要依靠數(shù)字模型來進(jìn)行生產(chǎn)，但是對(duì)普通用戶來說學(xué)會(huì)使用CAD工具還是有一定難度的。但隨著社會(huì)發(fā)展，越來越多的學(xué)生開始學(xué)習(xí)這方面的技能，未來許多人都將能掌握一定的技術(shù)。而且企業(yè)也會(huì)提供一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品使用戶不必學(xué)會(huì)3D設(shè)計(jì)技能就能制作模型，就像傻瓜相機(jī)的發(fā)展一樣。

3D打印離我們已經(jīng)不遠(yuǎn)了，它正在慢慢地走入我們的現(xiàn)實(shí)生活之中，也許要不了多久你就可以在家里打印專屬于你的產(chǎn)品了。還是那句話，希望科技的發(fā)展能給人類帶來更多的便利更多的福音。