在人們對3D打印技術(shù)還不太熟悉的時(shí)候，設(shè)計(jì)師們通過它已經(jīng)可以打印出會飛的飛機(jī)、能吃的蛋糕、可以穿的衣服和鞋子，甚至可以“克隆”出另一個(gè)自己……

3D打印，大家也許略有耳聞，然而相信大部分從卻未見其真面目。前段時(shí)間在全國熱映的大片《十二生肖》中，成龍戴一副白手套，摸了摸國寶十二生肖的頭像，就把頭像的數(shù)據(jù)掃描進(jìn)了電腦。與此同時(shí)，他的伙伴在一臺神奇的機(jī)器里，瞬間就把一個(gè)一模一樣的獸首制造出來。你可能認(rèn)為這種神奇的技術(shù)只能出現(xiàn)在電影里，殊不知它運(yùn)用的只是時(shí)下科技界最熱門的3D打印技術(shù)。那臺復(fù)制獸首的神奇機(jī)器就是3D打印機(jī)，通過它我們可以打印出會飛的飛機(jī)、可騎的自行車、一塊能吃的蛋糕，能穿的衣服與鞋子，甚至可以“克隆”出另一個(gè)自己……

新型技術(shù) 繪影成真

早在上世紀(jì)80年代，3D打印技術(shù)就已經(jīng)誕生了，時(shí)至今日，隨著技術(shù)的日漸發(fā)展成熟，它已經(jīng)成為了超前科技的代言詞，那它究竟與傳統(tǒng)打印有何區(qū)別呢？

3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同。它參照的是普通打印機(jī)的分層加工技術(shù)原理：普通打印機(jī)是將油墨等材料噴涂在平面上，一般材料厚度只有幾個(gè)微米。3D打印機(jī)則是先將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的物體分解成若干層平面數(shù)據(jù)，再進(jìn)行一層又一層的多層打印。它運(yùn)用的打印材料不是墨，而是金屬、陶瓷、塑料、砂等實(shí)實(shí)在在的原材料，這些打印材料通過打印機(jī)被層層疊加起來，就像植物生長般一次性整體成形，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。實(shí)物模型打印出來后，再進(jìn)行酒精消毒、紫外線固化，最后稍稍打磨拋光，3D打印的物品就算是完成了。

與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)有所不同，3D打印將多維制造變?yōu)楹唵蔚挠上轮辽系亩S疊加，從而大大降低了設(shè)計(jì)與制造的復(fù)雜度。同時(shí)，3D打印還可以制造出傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結(jié)構(gòu)，尤其適合動力裝備、航空航天、汽車等高端產(chǎn)品上關(guān)鍵零部件的制造。

從理論上來說，任何東西都能夠從3D打印機(jī)打印出來。華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升認(rèn)為：“只要能在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)成三維圖形的東西，無論是造型各異的服裝、精美的工藝品，還是個(gè)性化的車子，如果材料問題解決了，都可以打印?！?/p>

總而言之，對于3D打印機(jī)來說，耗材決定邊界。只要你能夠找到足夠的材料，3D打印機(jī)就能像多啦A夢的口袋一樣，讓人們見證奇跡的誕生。

快捷精準(zhǔn) 省料環(huán)保

與傳統(tǒng)復(fù)雜的制造技術(shù)相比，3D打印在很多方面都體現(xiàn)出它的優(yōu)勢：

首先是制造完成更快捷，運(yùn)用3D打印的快速成型技術(shù)來加工成品，要比用傳統(tǒng)打印或模具制造節(jié)約一半以上的時(shí)間。

其次，打印物品的精確度更高。傳統(tǒng)加工制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大型制件一般采用分段成形、拼接成整體的方法，拼接的精確度，難以做到完全沒有誤差，特別是封閉內(nèi)部空腔、多層嵌套等，難度更大。而3D打印技術(shù)，可以做到整體成形制造、自然無縫連接。

第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，3D打印技術(shù)耗材少，幾乎不產(chǎn)生廢料。傳統(tǒng)制造方法多是“減材制造”，即在整塊材料的基礎(chǔ)上去除多余部分，將剩下的部分制成產(chǎn)品，被去除的多余部分大多淪為工業(yè)廢料而被拋棄。3D打印技術(shù)被稱作“增材制造”，它采用的是添加成型技術(shù)，按照設(shè)計(jì)圖，用所需材料精確制出每一層平面后再進(jìn)行累加，所以其生產(chǎn)過程幾乎不會產(chǎn)生任何廢料。不僅如此，打印完畢后，其打磨拋光后的剩余粉末還可循環(huán)利用。制造相同的物品，其材料耗費(fèi)僅相當(dāng)于傳統(tǒng)制造的十分之一。

更為明顯的優(yōu)點(diǎn)是，3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)本土化，減少運(yùn)輸需求?？蛻糁恍铻椤爸茍D”付費(fèi)，就可以就地打印出需要的產(chǎn)品，這樣便減少了長途運(yùn)輸需求及溫室氣體排放。既節(jié)省成本，又帶來環(huán)境效益。

應(yīng)用廣泛 成就顯著

快捷、精準(zhǔn)、省料、環(huán)保，這些優(yōu)勢使得3D打印成為一種備受追捧的潮流，并且在一些國家的很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。尤其在航天、交通、軍事等使用重型機(jī)械、高端精密機(jī)械的行業(yè)，3D打印更是成為了不可或缺的一種技術(shù)。

由于3D打印制品能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自然無縫連接，從而達(dá)到傳統(tǒng)制造方法遠(yuǎn)不可及的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度，使3D技術(shù)成為國外研究空間飛行器的關(guān)鍵技術(shù)。美國國家航空航天局目前正運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)研究一個(gè)被稱為“未來3D打印宇宙飛船”的項(xiàng)目，希望通過3D打印，制造出“廉價(jià)的機(jī)器人宇宙飛船”。

而就在近日，歐洲航天局也公布了人類首個(gè)月球基地計(jì)劃藍(lán)圖。該基地將由從地球“空降”至月球的機(jī)器人建造，而且機(jī)器人將就地取材，利用先進(jìn)的3D打印技術(shù)將月球上的原始土壤轉(zhuǎn)變成建筑材料。

在英國，南安普敦大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)并制造了世界上第一架“打印”出來的飛機(jī)，并成功放飛。這款名為“SULSA”的無人機(jī)，機(jī)翼展約2米，最高時(shí)速可達(dá)160公里/小時(shí)，并且在飛行時(shí)幾乎聽不見任何聲音。這架飛機(jī)的革命意義在于，除了驅(qū)動用的馬達(dá)之外，它所有的部件都是采用3D技術(shù)設(shè)計(jì)和打印出來的，包括機(jī)翼、整體控制面和艙門等，而且整架飛機(jī)無需其它工具就可在幾分鐘內(nèi)完成組裝。

打印無人機(jī)成功放飛之后，來自加拿大的設(shè)計(jì)師又成功設(shè)計(jì)出了世界首款“打印汽車”。這款被命名為“Urbee”的打印汽車，車身是由一個(gè)特制3D打印機(jī)層疊建造，制造時(shí)僅按需放置打印機(jī)需要的打印材料進(jìn)行打印，材料增加層疊過程中沒有產(chǎn)生任何浪費(fèi)。所以“Urbee”也被稱為是迄今制造的最綠色環(huán)保汽車。同時(shí)它采用汽油和電力混合發(fā)動機(jī)，也使這款汽車成為目前世界上最環(huán)保的汽車之一。

毫無疑問，3D打印技術(shù)如今已經(jīng)成為了一項(xiàng)被外界寄予厚望的顛覆性技術(shù)，它在改變工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，更深入到了人們的生活，并在諸如醫(yī)療、建筑、食品、玩具等各種現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域也大有用武之地。

比利時(shí)和荷蘭科學(xué)家就成功的利用3D技術(shù)用鈦合金為一位83歲高齡老太太打印了一個(gè)下顎，這個(gè)下顎每毫米厚度由33層材料打印而成。雖然人工下顎比天然的下顎重，但病人使用起來依舊輕松自如。

除了打印骨骼，3D打印技術(shù)甚至能夠讓患者在家中自制藥品。此項(xiàng)創(chuàng)新將大大降低藥品制作成本，使更多的癌癥患者能夠接受到之前所負(fù)擔(dān)不起的昂貴治療。

趁著3D打印的熱潮，荷蘭阿姆斯特丹建筑大學(xué)的建筑設(shè)計(jì)師于今年1月設(shè)計(jì)了全球第一座3D打印建筑物“Landscape House”。這一設(shè)計(jì)，又將3D打印的實(shí)用領(lǐng)域上升到了一個(gè)新的高度，預(yù)計(jì)這座3D打印建筑物將于2014年底建成。

前景廣闊 問題猶存

3D打印是一個(gè)跨學(xué)科的領(lǐng)域，在技術(shù)的競爭上，美國作為較早應(yīng)用3D打印技術(shù)的國家，目前在國內(nèi)已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化。在美國，價(jià)格低、操作簡便的小型家用3D打印機(jī)已達(dá)到“每4公里范圍內(nèi)有一臺”的普及程度，其普及率還在不斷攀升。

在我國，3D打印技術(shù)雖然起步較晚，但在2012年1月份，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)成功研制出世界上最大的3D立體打印機(jī)，其團(tuán)隊(duì)更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(jìn)展”。這臺大型3D打印機(jī)的工作面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過德國、美國等公司同類產(chǎn)品，使得我國在快速制造領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

與此同時(shí)，國內(nèi)其他高校、研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)也取得了不錯(cuò)的研究成果：已自主研發(fā)出光固化、金屬熔敷、陶瓷成形、激光燒結(jié)、金屬燒結(jié)、生物制造等類型的增材制造裝備和材料。 目前3D打印技術(shù)已解決了不少我國航空航天、醫(yī)療輔助、工業(yè)制造等領(lǐng)域的老大難問題。

不過，在3D打印技術(shù)繁榮發(fā)展的背后，也存在著一些不能忽視的問題：“由于增材制造的材料研發(fā)難度大，導(dǎo)致3D打印制造成本較高；金屬材料成形的制造效率不高，每小時(shí)大約只有100到3000克?！?西安交通大學(xué)盧秉恒院士指出，目前增材制造技術(shù)在我國主要應(yīng)用于產(chǎn)品研發(fā)，還面臨制造精度不高等實(shí)際問題。

據(jù)了解，增材制造技術(shù)在我國重工業(yè)零部件制造方面得到一定應(yīng)用，但尚未進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化，其工藝與裝備都有待進(jìn)一步開發(fā)。就目前的形勢來看，難以形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，是3D打印的軟肋。如何邁過這道坎兒，是目前科技界和工業(yè)界的待解難題。

“不怕做不到，就怕想不到”，3D打印的未來還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不局限于此 ，在科技飛速發(fā)展的將來，相信還會有更多意想不到的東西展現(xiàn)在我們面前。