撰文/梁迪

3D打印如何改變我們的生活？

撰文/梁迪

3D打印正在不同程度地影響我們的生活，既有3D打印的飛機、汽車，也有3D打印的首飾、巧克力，還有應用在工業(yè)各領域的零部件，甚至已經出現(xiàn)了3D打印的房子以及具有活性的組織。技術的不斷突破讓其應用具有更多可能性，3D打印正改變著我們的生活。

3D打印材料顯神通

3D打印材料經過長時間的發(fā)展，逐漸形成了品種繁多的材料類型，并以不同形態(tài)進行打?。ǚ勰?、絲線、芯塊、顆粒和樹脂等）。

塑料

尼龍是常用的3D打印材料，多以粉末的形式進行燒結，或以絲線的形式進行FDM過程。它是一種強大而靈活且耐用的材料，可在3D打印過程中穩(wěn)定地成型。尼龍在自然條件下是白色的，但在成形前可以通過染色來滿足多色彩打印的需求。

ABS是另一種常用的3D打印材料，它廣泛地使用于入門級FDM設備中，同時可以打印色彩豐富的產品。

PLA是一種可降解的塑料，可以以樹脂的形態(tài)使用在DLP/SL過程中，或以絲線形式用在FDM過程中。它可提供各種色彩，也包括透明色，而透明色的材料在3D打印中非常有用。

LayWood是一種專門為剛入門3D打印人員開發(fā)的木材/聚合物復合材料。

金屬

越來越多的金屬或金屬復合材料用于工業(yè)級的3D打印中，而最常見的兩種材料當屬鋁以及鈷的衍生物。

而不銹鋼粉末則是最為常見，也是性能最強的3D打印材料之一，常用于燒結/熔融/EBM過程中。通常狀態(tài)下它是銀色的，但它可以通過表面電鍍而呈現(xiàn)出金色或者青銅色。

在過去的幾年中，金和銀也已經作為3D打印的材料了，通常應用在珠寶行業(yè)中。

鈦也是性能最強的3D打印材料之一，而且在3D打印領域已經應用了一段時間。鈦粉可以使用在燒結/熔融/EBM過程中。

陶瓷

陶瓷是一種相對較新的3D打印材料，而其特殊之處在于后打印過程，因為陶瓷部件在其他任何陶瓷部件在加工工藝生產時，也需要經歷同樣的處理過程。

紙

標準A4復印紙作為3D打印材料主要使用在SDL過程中。通過紙張打印出的3D模型是安全且無污染，易于回收并且不需要進行后處理。

生物材料

針對生物材料在醫(yī)療應用的潛力，相關部門進行了大量的研究?；钚越M織包括為器官移植而打印的人體器官，也包括使用外部組織替代身體組織。其他的關于生物材料的研究重點是發(fā)展食物，比如說3D打印肉。

食品

在過去的幾年中，通過3D打印機來打印食物已經大幅增加。而巧克力食品則是最常見的。也有一些打印機使用糖或者意大利面以及肉作為材料。目前已經有研究在使用3D打印技術打印可平衡膳食的肉了。

3D打印全球效應

對全球制造業(yè)的影響

3D打印已經對產品的生產制造方式產生了影響?？萍嫉谋举|是通過制造過程對社會、經濟、環(huán)境以及安全方面產生的影響，同時允許新的思考方式，這也是普遍有利的結果。3D打印的關鍵點在于其有潛力讓生產直接接近最終用戶或消費者，從而減少當前供應鏈的限制。3D打印定制化服務的價值以及小批量生產的能力是吸引消費者和減少庫存的必由之路。

當備用零件可以通過3D打印現(xiàn)場獲得的時候，通過海運在全世界范圍內運輸備件顯得如此過時。在未來，最終目標是讓多數(shù)消費者在家或者單位經營自己的3D打印機，數(shù)字化產品設計可通過互聯(lián)網下載，并發(fā)送到打印機，之后打印機便裝載上正確的材料開始打印。更廣泛的使用3D打印可能會導致很多已經發(fā)明的產品的仿制品出現(xiàn)，但也會帶來數(shù)量更大的全新產品。之前不可能實現(xiàn)的形狀和圖形現(xiàn)如今可以通過3D打印機創(chuàng)造出來，但這也只是開始。3D打印被很多人認為是具有非常大的潛力為創(chuàng)新注入新的增長點，并使得制造業(yè)回歸。

對全球經濟的潛在影響

3D打印技術的使用對全球經濟有潛在的影響?；谛枨笤?，從通用模型到定制模型的生產分配轉移，而定制化的產品模型可能會減少進口國家和出口國家之間的不平衡。

3D打印可能創(chuàng)造全新的行業(yè)和職業(yè)，例如當前這些和3D打印相關的產業(yè)。對于圍繞3D打印提供專業(yè)服務的人來講，這也是一個機會，諸如圍繞在知識、財產、法律糾紛和解決的新形式產品設計師、打印機操作員、材料供應商等。

3D打印對于發(fā)展中國家的影響就像雙刃劍，積極的影響是通過回收和其他材料降低了生產制造成本，但勞動崗位的減少將會嚴重的打擊發(fā)展中國家，這也需要時間來克服。

而發(fā)達國家將最受益于3D打印，隨著不斷增長的老齡社會以及變革的時代，相關的生產和工作力被一直關注。同時3D打印還在有益健康的醫(yī)療中應用，并能照顧好逐漸老齡化的社會。

3D打印利益和價值

3D打印技術無論在工業(yè)或對個人而言，帶來了一系列好處，即傳統(tǒng)制造所不能實現(xiàn)的方法。

定制化服務

3D打印過程允許大規(guī)模的定制，并有能力實現(xiàn)基于個人需求的個性化生產。即使存在形同的構建空間，但3D打印的本質意味著許多產品可以同一時間依據(jù)最終用戶的需求進行制造，而且并沒有帶來額外的花銷。

復雜性

3D打印的出現(xiàn)見證了產品的多樣性，在廣度上具有復雜性，而此類復雜產品是不能以其他方式進行物理上的生產。但這種優(yōu)勢已經被設計師和藝術家令人印象深刻的視覺效果取代了，而這也造成了對工業(yè)應用的重大影響。即應用程序正在開發(fā)以使得復雜組件具象化，并提供比前輩更輕更強的產品。

免工具

在工業(yè)生產制造中時間和勞動力成本最高的當屬工具的生產。而在工業(yè)級3D打印中，使用低到中等的應用程序即可解決工具生產的需求，同時成本、交貨期和勞動力這幾項要素也是相互關聯(lián)的。此外，通過3D打印的增材制造方式制造工具可以避免復雜的裝配，從而可以從具體的功能實現(xiàn)為基點進行產品設計。

可持續(xù)發(fā)展

3D打印技術也是一項節(jié)能的技術。因為通過增材制造的方式相對于傳統(tǒng)制造方式可以避免90%的原材料浪費，另外其通過更加穩(wěn)健的結構設計增長了產品的使用壽命，這也為可持續(xù)發(fā)展拓展了余度，最終達到降低碳排放的效果。

除了以上幾點，3D打印給本地制造模式展現(xiàn)了巨大的希望，這樣就可以在需要使用產品的地方生產該產品，如此一來庫存壓力和不可持續(xù)的物流運輸壓力將不復存在。

3D打印的應用

3D打印技術源于“快速成型”的工業(yè)原型原理。在產品開發(fā)早期，通過這種快速又直接的制造方式可以生產多個產品原型，使得產品更快、更有效的找到最佳解決方案。這樣從產品開始就節(jié)省了時間和金錢，這給人們以信心。

原型制作仍然是3D打印技術在當前最大的應用，雖然這一點有時候會被忽略。自從3D打印生產原型開始，工藝和材料的發(fā)展、改進見證了工藝復雜度在應用程序優(yōu)化下進一步下降。

工業(yè)的垂直市場方面從工業(yè)級3D打印這里獲益良多，這些應用如下。

醫(yī)療及牙科

醫(yī)療領域被視為3D打印技術最早的采用者，同時也是一個擁有增長巨大潛力的行業(yè)。由于其需要定制化和個性化的功能來改善人民的生活水平，這也促進了工藝的改進和材料的發(fā)展，以滿足醫(yī)用標準。

3D打印技術被用于許多不同的應用場景。除了為醫(yī)學發(fā)展和牙科行業(yè)的新產品開發(fā)提供原型制作的支持，它也被用來制作金屬鑄造下游的牙冠模型以及牙齒矯正器。3D打印技術也被用來直接制造諸如髖膝關節(jié)植入物的產品，以及助聽器、矯正鞋墊、假肢以及為患有關節(jié)炎和骨質疏松病人提供的一次性植入物等定制的特異性產品。3D打印技術為特定操作提供手術指導也是一個新興的應用，這將協(xié)助外科醫(yī)生的工作并幫助病人康復。3D打印也正在開發(fā)以打印諸如皮膚、骨骼、組織、藥品甚至人類器官。然而，這些科技在很大程度上仍需要數(shù)十年的時間才能實現(xiàn)商業(yè)化。

航天

和醫(yī)療領域相似，航天領域也是3D打印技術較早的使用者。這些公司通常以伙伴關系和高校以及研究機構進行合作，促進和推動技術邊緣的擴展，以及開發(fā)更多的應用場景。

由于飛行器的特殊環(huán)境，其對快速成型技術是苛求的，標準是苛刻的，因為工業(yè)級3D打印系統(tǒng)將會被送往太空。工藝和材料的開發(fā)見證了3D打印在一系列航天領域關鍵應用的發(fā)展。

汽車

另一個快速成型技術早期的采用者是汽車領域。許多汽車廠家，尤其是參與摩托車和F1賽事的企業(yè)，出現(xiàn)了類似航天領域公司的發(fā)展軌跡。首先使用技術生產原型模型，同時技術也在開發(fā)和適應制造工藝，以合并改善材料和汽車零件生命周期的效益。

許多汽車公司持續(xù)關注者3D打印技術在實現(xiàn)庫存產品和替換零件等方面售后功能的潛力，即按需生產而不是持有巨大的庫存。

珠寶

傳統(tǒng)上，珠寶設計和加工工藝往往需要具有高水平的專業(yè)知識以及豐富的而經驗，包括制造、制模、鑄造、電鍍、鍛造、金/銀鍛冶、雕刻和拋光等等。

對于珠寶行業(yè)，3D打印已經被證明是極具顛覆性的。由三維軟件和3D打印帶來的新設計自由，通過提升傳統(tǒng)珠寶加工工藝，再到直接3D打印產品，這樣就消除了許多傳統(tǒng)的工藝步驟。3D打印已經并將持續(xù)的對這個領域產生巨大影響。

藝術/設計/雕塑

藝術家和雕塑家以無數(shù)種不同的方式來探索形式與功能，而在以往則是不可能的事情。無論是純粹的原始表達還是向大師學習，這都是一種高度帶感的領域，越來越多的新方法通過3D打印來闡述這個世界。

3D掃描學科和3D打印集合也給藝術世界帶來了新空間，然而藝術家和學生現(xiàn)在基于此技術可以復制大師以往作品，并精確創(chuàng)造出古代復制品雕像用以仔細研究藝術作品，否則這些藝術品將永遠無法與普通大眾接觸。

建筑

長期以來，3D打印在建筑模型領域都有較多的應用，并精確地生產可以展現(xiàn)建筑師視角的建筑模型。3D打印提供了相對快速、簡單、經濟可行的方法，并使用3DCAD、BIM或者其他的數(shù)字信息以供建筑師制作精確模型。許多成功的建筑公司，現(xiàn)在把3D打印作為他們工作流程的關鍵部分，以提高創(chuàng)新并增進溝通交流。

最近，一些有遠見的建筑師將3D打印看做是直接建設的施工方法，相關研究工作已經在進行中。

時尚

隨著3D打印工藝在分辨率和更柔韌的材料方面的改進，其在時尚界的應用呼之欲出。3D打印附件包括鞋子、首飾、帽子和包包都在世界范圍內的時尚T臺上得到了展示。一些更有遠見的時尚設計師展示具有科技功能的高級時裝，包括裙子、披風、全身禮服甚至內衣都已經在世界上不同的時尚場合亮相。

3D打印的應用如雨后春筍，生機勃勃，在衣、食、住、行以及人們最關心的醫(yī)療和教育領域都有所運用，相信隨著材料和控制科學的進步，3D打印將會像計算機技術一樣改變我們的生活方式，讓生活變得更美好。