3D打印的立體房屋效果圖。
《國際先驅(qū)導(dǎo)報(bào)》記者 謝來 實(shí)習(xí)記者 趙思佳 發(fā)自北京
你想過打印房子嗎？最近一段在微博上流傳的視頻說明，這并非癡人說夢(mèng)。
在這段視頻中，美國南加州大學(xué)的貝羅克·科斯涅夫教授就設(shè)計(jì)出一套巨大的3D打印機(jī)，它能在20小時(shí)之內(nèi)打印出一套房子。該項(xiàng)技術(shù)將比現(xiàn)在的建筑技術(shù)更安全、高效，一磚一瓦都不會(huì)遺漏，能保證房子的質(zhì)量。他預(yù)計(jì)，到2050年，3D打印的房子將在房地產(chǎn)市場(chǎng)隨處可見。
如今，3D打印技術(shù)被稱為影響未來的八大技術(shù)之一，有人毫不吝嗇地給它冠上“未來之光”、“萬能制造機(jī)”等名號(hào)。
總之一句話，還有什么是3D打印機(jī)不能做的？
原理：“增材制造”
3D打印機(jī)，顧名思義，用它打印出來的物品并非平面的紙張，而是一個(gè)立體固態(tài)物體。首先將一項(xiàng)設(shè)計(jì)物品通過3DCAD（3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行逐層分切打印。在打印過程中，層層打印出來的切片會(huì)不斷疊加，最終形成一個(gè)完整的立體物品。簡(jiǎn)單說來，3D打印就相當(dāng)于做“加法”。
傳統(tǒng)打印機(jī)與3D打印機(jī)最大的區(qū)別在于耗材不同——前者使用墨粉，后者使用的則是一些可以發(fā)生固化反應(yīng)的材料，如樹脂、塑料、陶瓷、金屬等等。
傳統(tǒng)的工業(yè)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。而作為“增材制造”的3D打印技術(shù)，則是按照設(shè)計(jì)圖，精確制出每一層平面后再進(jìn)行累加，所以在生產(chǎn)過程幾乎不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物。
想要什么？都能打印！
3D打印機(jī)不光在制造業(yè)領(lǐng)域讓人眼前一亮，還為飲食、藝術(shù)、服裝、醫(yī)療等各行業(yè)帶來了神奇的改變。
英國埃克塞特大學(xué)研究人員制作了一款以巧克力為原料的3D打印機(jī)，可以用來打造屬于自己獨(dú)一無二的個(gè)性巧克力；中國杭州的雕塑家李慶華利用3D打印技術(shù)，復(fù)原了在時(shí)光侵蝕中變得破敗不堪的山西天龍山石窟造像群；荷蘭設(shè)計(jì)師艾瑞斯·凡·赫龐將3D打印技術(shù)與手工制作完美結(jié)合，使用錦綸打造出了傳統(tǒng)制造方式難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜藝術(shù)品；而在醫(yī)療方面，除了3D打印的機(jī)械手臂，還有患者于去年6月在荷蘭接受了世界上首例由3D打印技術(shù)制作的人工下頜骨移植手術(shù)。
讓“紙上畫餅”成真的3D打印鮮肉技術(shù)也并非異想天開：雖然研究人員早就掌握了實(shí)驗(yàn)室培育人造肉的技術(shù)，但只是在營養(yǎng)成分上接近肉，真實(shí)外觀和口感還相差甚遠(yuǎn)，但有了3D打印技術(shù)的幫助，用微小的人造血管構(gòu)造一塊肉的立體框架，再在血管之間填充脂肪、蛋白質(zhì)，形成肌纖維和肌肉組織。電腦提前設(shè)計(jì)好打印程序后，由技術(shù)人員按照真正肉類所含的營養(yǎng)元素往里添加原料，采用水基溶膠凝膠法，再配合特殊的糖分子結(jié)構(gòu)，做成的鮮肉特別有彈性，而且烹飪后肉質(zhì)松散有嚼頭，絲毫不遜于真正的肉。
可以說3D打印機(jī)幾乎已經(jīng)被運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)中，將原本難以實(shí)現(xiàn)的設(shè)想一一具現(xiàn)化出來。無怪乎3DSystems公司負(fù)責(zé)全球市場(chǎng)營銷的副總裁凱西·劉易斯曾在采訪中自信滿滿地說：“有了3D打印，一切不再復(fù)雜。3D打印機(jī)幾乎可以創(chuàng)造任何東西。”
未來增長最快的行業(yè)之一
雖然在多數(shù)人看來3D打印還是一個(gè)新生事物，但實(shí)際上3D打印的設(shè)想早在數(shù)十年前就已開始醞釀。
上世紀(jì)70年代，3DCAD軟件誕生。伴隨著軟件的興起，快速成型技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，3D打印技術(shù)則是快速成型技術(shù)中的一種。
自30多年前發(fā)明家查爾斯·赫爾制造出世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)以來，3D打印技術(shù)的種類逐漸變多，可選用的原材料范圍也在變廣，由蠟、尼龍等熱塑性材料擴(kuò)展到了金、銀和強(qiáng)度極高的鈦以及不銹鋼，去年更是將液態(tài)巧克力也作為了打印機(jī)的“油墨”，甚至還有沙子。
由于3D打印技術(shù)不需要生產(chǎn)線，使得生產(chǎn)成本大大降低、生產(chǎn)周期也得以縮短，同時(shí)在很大程度上減少了材料廢棄。這項(xiàng)將省才省物省力的發(fā)揮正因?yàn)橛猩鲜鲞@些優(yōu)勢(shì)，據(jù)美國一家行業(yè)研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的報(bào)告顯示，3D打印機(jī)、環(huán)保可持續(xù)建筑等將是本國未來增長最快的行業(yè)。
奧巴馬政府認(rèn)為3D打印技術(shù)的發(fā)展是美國制造業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的一條捷徑。據(jù)悉，美國政府已經(jīng)投資3000萬美元用于3D打印技術(shù)的研發(fā)，并籌劃建立一個(gè)3D打印技術(shù)研究院。
美國國防部對(duì)這一技術(shù)也是十分著迷，他們認(rèn)為這一技術(shù)可以在未來應(yīng)用到實(shí)戰(zhàn)領(lǐng)域，比如前線所需要的物資裝備不再需要通過運(yùn)輸才能送達(dá)，只要當(dāng)場(chǎng)“打印”就可以做到。
由美國Organovo公司研制的3D生物打印機(jī)如今已經(jīng)可以制造動(dòng)脈，開發(fā)者稱由這種設(shè)備“打印”的動(dòng)脈最早有望在5年內(nèi)用于心臟搭橋手術(shù)。而心臟、牙齒和骨骼等更為復(fù)雜的器官則應(yīng)該可以在10年內(nèi)被“打印”出來。
在未來的航天事業(yè)中，由于攜帶備用零件會(huì)增加飛船的體積和重量以及受到宇宙中失重環(huán)境的影響，一旦飛船上面的某個(gè)零部件壞了，想要換新是十分困難的，如果利用裝在飛船中的3D打印機(jī)按需打印零部件，問題便可迎刃而解。發(fā)明了以沙石為原料打印建筑物的設(shè)計(jì)師恩里科·迪尼甚至宣稱，希望有一天，可以使用月球塵埃，在月球上輕松地建筑起一個(gè)基地。
掀起第三次工業(yè)革命？
可以說只要是需要模型和原型的行業(yè)，3D打印機(jī)都可在此發(fā)揮作用。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志曾指出，在3D打印技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的情況下，制造業(yè)也許不再運(yùn)用工廠這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，而是轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以3D打印機(jī)為基礎(chǔ)、更加靈活、所需投入更少的生產(chǎn)方式。《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》將這種趨勢(shì)稱之為“社會(huì)化制造”，并認(rèn)為這種新型的生產(chǎn)方式，有望促成第三次工業(yè)革命。
盡管眾人如此看好3D打印這項(xiàng)技術(shù)，但不可否認(rèn)，3D打印技術(shù)要想引領(lǐng)第三次工業(yè)革命，還要面對(duì)多重困難。首先，3D打印機(jī)需依據(jù)要打印的商品尋找特殊材料，有些材料不僅難找而且價(jià)格昂貴。
其次，除了用來滿足個(gè)人設(shè)計(jì)師和普通愛好者的個(gè)人3D打印機(jī)之外，其他的3D打印機(jī)均價(jià)格不菲，每套大概需要十萬美元左右，最貴的甚至達(dá)到120萬美元。
再者，當(dāng)任何一個(gè)產(chǎn)品被濃縮于數(shù)字文件中，都會(huì)加快它們被復(fù)制和傳播的速度，自然也更容易遭到盜版，這無疑會(huì)對(duì)原創(chuàng)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)造成極大侵害。
上述三種困難的存在似乎使得“利用3D打印技術(shù)建設(shè)未來都市”的構(gòu)想離現(xiàn)實(shí)依然有些遙遠(yuǎn)。但二十年前，你是否也做過擁有一臺(tái)激光打印機(jī)的夢(mèng)？既然最初作為奢侈品的激光打印機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)成為每家每戶的必備用品，那么我們?yōu)槭裁床荒茉僮鲆粋€(gè)“打印世界”的夢(mèng)呢？
