文怡

近年來，中國軍事科技突飛猛進，以先進戰(zhàn)機為代表的各種尖端武器殲-15、殲-16、殲-20、殲-31等的密集亮相，讓世界看花了眼。近日，在全國兩會上，全國政協(xié)委員、殲-15總設(shè)計師孫聰透露了中國軍工迅速發(fā)展的秘密——領(lǐng)先世界的3D打印技術(shù)。這項被英國《經(jīng)濟學人》認為“將推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命”的技術(shù)，早已引發(fā)美國、歐洲諸國的激烈鏖戰(zhàn)，“戰(zhàn)火”從太空一直蔓延到器官移植，從F-35、F-22等先進武器“燒”到每個人的日常用品，3D打印機一時間成為了令人矚目的明星。

3D打印技術(shù)的核心制造思想最早起源于19世紀末的美國，到20世紀80年代后期3D打印技術(shù)發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用。3D打印是科技融合體模型中最新的高“維度”的體現(xiàn)之一。

據(jù)報道，美國科學家發(fā)明了一種可打印出三維效果的打印機，并已將其成功推向市場。普通打印機能打印一些報告等平面紙張資料。而這種最新發(fā)明的打印機，它不僅使立體物品的造價降低，且激發(fā)了人們的想象力。未來3D打印機的應(yīng)用將會更加廣泛。

在此之前，3D打印機數(shù)量很少，大多集中在“科學怪人”和電子產(chǎn)品愛好者手中。他們主要用來打印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據(jù)塑料模型去訂制真正市面上買不到的零部件。

人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購買到這類打印機，工廠也在進行直接銷售。不過物以稀為貴，一套3D打印機的價格從一般的750美元到上等質(zhì)量的27000美元不等。

科學家們表示，三維打印機的使用范圍還很有限，不過在未來的某一天人們一定可以通過3D打印機打印出更實用的物品。

發(fā)展過程

3D打印源自100多年前美國研究的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，上世紀80年代已有雛形，其學名為“快速成型”。它的原理是：把數(shù)據(jù)和原料放進3D打印機中，機器會按照程序把產(chǎn)品一層層造出來。打印出的產(chǎn)品，可以即時使用。

現(xiàn)階段三維打印機被用來制造樣品。2003年以來三維打印機的銷售逐漸擴大，價格也開始下降。該技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計，建筑，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領(lǐng)域。

3D打印機的工作原理就像使用打印機打印一封信：輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)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。而在3D打印時，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型。3D打印機與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。如今可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟?？茖W家們正在利用3D打印機制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織，很有可能將有一天我們能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。如果生物打印機能夠使用病人自身的干細胞，那么器官移植后的排異反應(yīng)將會減少。人們也可以打印食品，比如康奈爾大學的科學家們已經(jīng)成功打印出了杯形蛋糕。幾乎所有人都相信，食品界的殺手級應(yīng)用將是能夠打印巧克力的機器。

打印特點

3D打印技術(shù)對于生產(chǎn)者來說，可大幅降低生產(chǎn)成本，提高原材料和能源的使用效率，減少對環(huán)境的影響，它還使消費者能根據(jù)自己的需求量身定制產(chǎn)品。

3D打印機既不需要用紙，也不需要用墨，而是通過電子制圖、遠程數(shù)據(jù)傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術(shù)，使特定金屬粉或者記憶材料熔化，并按照電子模型圖的指示一層層重新疊加起來，最終把電子模型圖變成實物。其優(yōu)點是大大節(jié)省工業(yè)樣品制作時間，且可以“打印”造型復(fù)雜的產(chǎn)品。因此許多專家認為，這種技術(shù)代表制造業(yè)發(fā)展新趨勢。

工作步驟

3D打印機工作步驟是這樣的：先通過計算機建模軟件建模，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動物模型、人物、或者微縮建筑等等。然后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把它拷貝到3D打印機中，進行打印設(shè)置后，打印機就可以把它們打印出來，其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。3D打印機的工作原理和傳統(tǒng)打印機基本一樣，都是由控制組件、機械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機主要是在打印前在電腦上設(shè)計了一個完整的三維立體模型，然后再進行打印輸出。

3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實體打印。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，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(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，實體模型將會被“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。

應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印機的應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認為，3D打印機需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。

醫(yī)療行業(yè)。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，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。

據(jù)國外媒體報道，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打印機已經(jīng)被制造出來了，而用于替代真實人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測試之中。

在實驗室測試中，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。

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(shù)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。

產(chǎn)品原型。比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設(shè)計制造部門更好地改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。

文物保護。博物館里常常會用很多復(fù)雜的替代品來保護原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠的人。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。

建筑設(shè)計。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計師們已經(jīng)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(huán)保，同時制作精美。完全合乎設(shè)計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。

制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個問題。

食品產(chǎn)業(yè)。沒錯，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了?；蛟S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。

汽車制造業(yè)。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(yè)在進行安全性測試等工作時，會將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時降低成本。

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，就可以實現(xiàn)。

美容護膚。3D打印技術(shù)未來也可能會幫助愛美人士進行整容，說不定未來最有效果的青春痘的治療方法就是通過3D打印技術(shù)來實現(xiàn)的。不僅青春痘,包括祛斑、美白等領(lǐng)域都有希望使用到3D打印技術(shù)的。

未來趨勢

好萊塢大作《十二生肖》電影，相信成龍迷們對該部影片也不陌生，但該部影片中有項非常流行技術(shù)不知各位是否有留意，《十二生肖》中成龍佩戴了專業(yè)掃描手套來掃描劇中十二生肖銅像，另外一邊通過專業(yè)設(shè)備將所掃描的銅像完美打印，看似很科幻不切實際，其實，影片中出現(xiàn)的專業(yè)設(shè)備就是目前流行的3D打印技術(shù)。對于目前技術(shù)高速發(fā)展的時代來說，已經(jīng)有國產(chǎn)品牌推出萬元內(nèi)3D打印機產(chǎn)品，并且還在京城首家3D打印機體驗館中進行了展示。

打印機是款一直被定義于辦公用戶的產(chǎn)品，但3D打印機并不屬于辦公用品，而是一款生活中常會使用到的家電產(chǎn)品，為什么說3D打印機是款家電產(chǎn)品呢？首先，如果生活中安裝某設(shè)備，突然發(fā)現(xiàn)少掉一顆螺絲，正常情況下可能會去五金店里配，但有了3D打印機之后，就完全可以在家中打印一個相符的螺絲，用戶無須出門就會解決困擾。另外，用戶也可通過3D打印機制作DIY產(chǎn)品，比如在網(wǎng)絡(luò)上看見非常別致的裝飾品，就可通過3D打印機將其打印出來，當然生活中會使用到3D打印機的機會當然不止這些。

最新產(chǎn)品

3D打印機作為快速成形技術(shù)，它能根據(jù)計算機里的3D模型，用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料進行多層疊加，在較短的時間內(nèi)"打印"出3D實物。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3D打印能節(jié)省大量時間和人力。可以說，人們所想象出的任何形狀，都能通過它變成現(xiàn)實，從而實現(xiàn)"個性化制造"。

納米級別微型3D打印機

這臺Photonic Professional GT 3D打印機，能制作納米級別的微型結(jié)構(gòu)，以最高的分辨率，快速的打印寬度，打印出不超過人類頭發(fā)直徑的三維物體。

家用3D打印機

另外，3D Systems公司還在CES2013展會上推出了一款Cubify系列家用3D打印機，與第一代產(chǎn)品相比，第二代Cube有許多改進，其中包括打印速度是原來的1.5倍，既可以使用ABS，也可以使用可回收的PLA塑料。第二代Cube保持了第一代產(chǎn)品的許多特性，例如方便加載的粉盒(交回舊粉盒可獲得折扣)、觸控屏控制和WiFi連接。

超級鏈接

中國首臺激光3D打印機

湖南華曙高科技有限責任公司是成立于2009年的一家高新技術(shù)企業(yè)。2012年8月15日，由該公司研制的國內(nèi)首臺激光3D打印機在長沙下線并出口美國。公司負責人介紹，只要通過電腦輸入設(shè)計產(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)，該裝備就能運用激光添加層燒結(jié)技術(shù)，“打印”出設(shè)計者想要得到的任何形狀復(fù)雜零部件。與模具制造等傳統(tǒng)工藝相比，“激光3D打印機”制造的同類產(chǎn)品可減重65%、節(jié)材90%。

最大的3D打印機

在武漢東湖高新區(qū)，華中科技大學史玉升科研團隊經(jīng)過十多年努力，實現(xiàn)重大突破，研發(fā)出全球最大的“3d打印機”。

這一“3D打印機”可加工零件長寬最大尺寸均達到1.2米。從理論上說，只要長寬尺寸小于1.2米的零件（高度無需限制），都可通過這部機器“打印”出來。

華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升說，“3D打印機”是通俗叫法，這一設(shè)備的學術(shù)名稱為基于粉末床的激光燒結(jié)快速制造裝備。

其原理為：將零件的3D圖形通過計算機平切為若干個平面，從最底層平面開始，鋪上一層該零件的材料粉末（如金屬、陶瓷、塑料、砂等），按每一層形狀通過激光高溫燒結(jié)后，再鋪上一層粉末，層層累加，像植物生長般“長成”。

據(jù)介紹，由于這項技術(shù)將復(fù)雜的零件制造變?yōu)楹唵蔚挠上轮辽系亩S疊加，大大降低了設(shè)計與制造的復(fù)雜度，讓一些傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結(jié)構(gòu)制造變得快捷，一些復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)由傳統(tǒng)的3個月縮短到10天左右。

同時，對研發(fā)出的新產(chǎn)品，可快速根據(jù)圖紙做出樣品，大大縮短研發(fā)周期。

如今，該設(shè)備被國內(nèi)外200多家用戶購買使用，每臺價格從幾十萬元到200多萬元不等。

2012年，全球正爭相發(fā)展這一制造新技術(shù)，已在建筑設(shè)計、醫(yī)療輔助、動漫模型等領(lǐng)域應(yīng)用。

專家表示，最大“3D打印機”的問世，意味著我國在全球這一領(lǐng)域已搶占有利先機。