导读： 3D打印技术，就是以计算机三维设计为模型蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏合，最终叠加成型，制造出实体产品。

        2013年5月5日，25岁的美国德克萨斯大学学生科迪•威尔森开发出了全球首款利用3D打印技术制造的左轮手枪，这款名为“解放者”的手枪在试验中成功射出了9颗真子弹。这成为3D打印技术最“炫”的成果。随后他把手枪的设计图纸发布在自己的网站上，两天之内的下载量就超过10万次。此事引起了正在推动控枪法案的奥巴马政府的注意，也让3D打印技术成为全球关注的热点。

　　3D打印，堪称“克隆”造物的技术

　　3D打印技术，就是以计算机三维设计为模型蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏合，最终叠加成型，制造出实体产品。

　　3D打印，既不需要用纸，也不需要用墨，它首先将物品转化为一组3D数据，然后开始逐层分切，按层次打印。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结。这样，在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型便会被“打印”成型。目前，3D打印技术能够实现600dpi分辨率，色彩深度高达24位，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。

　　相对于传统制造技术，3D打印的优势非常明显。首先，它不需要特定的操作空间，无需机械加工和任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而大幅缩短产品研制周期，提高劳动生产率和降低生产成本。它将使装备制造业告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，一个人、一台电脑、一部打印机就可能组成一个工厂。其次，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，它可以简化生产制造过程，快速而又廉价地生产出单个物品。比如，传统工艺中的实心部分无法做成空心，但3D打印机可以通过设置将里面做成空心，能节省很多材料。与机器制造出来的零件相比，打印出来的产品仅为其重量的60%，但坚固性却毫不逊色。

　　3D打印，其实早已来到我们身边

　　3D打印的核心思想最早起源于19世纪末的美国，源自照相雕塑和地貌成形技术，在上世纪80年代已有雏形。

　　1984年，美国人查尔斯•赫尔发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术。两年之后，他成立了3D系统公司，并开发了首台商用3D打印机。1988年，斯科特•克伦普发明了熔融沉积成型技术，他创建的斯川塔斯公司1992年售出了首台三维建模机器。1993年，麻省理工学院获得三维打印技术专利。1995年，美国的Z Corporation公司获得麻省理工学院独家授权，开始开发3D打印机。2005年，该公司推出了Spectrum Z510打印机，这是市场上第一台高清彩色三维打印机。2008年，以色列欧贝杰公司推出其革命性的Connex500快速成型系统，它是第一台能够同时使用几种不同打印原料的3D打印机。2008年，英国巴恩大学的阿德里安•鲍耶等人，设计出了三维打印原型机，也称3D立体打印机，它可以打印自身所需部件的50%左右。

　　近年来，3D打印技术在各个领域均有极大延伸，使产品供应链的格局和人们的生活方式都发生了转变。

      在食品行业，2011年7月，英国埃克塞特大学的一个研究组与应用程序开发商达尔康公司的研究人员展示了世界上第一台巧克力3D打印机，它由平面影像开始打印，然后一层层堆叠成立体形状。美国一家名为“太空生产”的公司，正在与美国航天局合作，开展在零重力环境下的3D打印尝试。他们的目标是让3D打印机在太空打印出更可口、保质期更长的太空食品，这将解决宇航员在长期飞行中的食品保障难题。

　　在建筑行业，2013年2月，英国伦敦的一家建筑设计工作室首次建立了一个3D打印概念房屋。按照他们的设想，未来的房屋可采用塑料建造，看上去像是蜘蛛网一样。这种方法快速、环保、成本低，而且制作精美。荷兰的一名设计师更富有想象力，他准备把水泥、石头和沙子灌入3D打印机，将打印出来的构件组合起来，盖成一栋占地1000平方米的别墅。

　　在医疗行业，美国俄亥俄州的男孩凯贝气管先天性缺陷，出生6个星期后便出现呼吸困难等状况，几乎每天都会突然停止呼吸，医生曾判定其不能活着走出医院。2012年2月，密歇根大学公共医疗中心在凯贝的喉咙里植入了一个由3D打印机制作的人工气管。现在，凯贝呼吸正常，正在健康成长。

　　在汽车制造行业，2010年11月，由美国斯川塔斯公司和加拿大科尔生态公司联合设计的第一台3D成型轿车Urbee-1诞生，2013年2月，Urbee-2面世，这是一款混合动力汽车，绝大多数零部件来自3D打印。坐落在上海金桥的通用汽车中国前瞻技术科研中心也推出了首款“打印”汽车，“打印”一辆模具车仅需一两天时间。

　　在服装制造行业，2013年3月7日，复古风潮追随者、美国女星蒂塔•万•提斯身着全球第一件3D打印礼服亮相于纽约曼哈顿的一个活动上，这件用“粉状尼龙”打印出来的黑色礼服由建筑师弗朗西斯•毕通第和设计师迈克尔•施密特共同设计，并在一家3D印刷公司制作完成。

　　在文物保护方面，2013年6月，四川广汉三星堆博物馆引进了3D扫描仪和打印机，其目的是用三维成像系统给文物建三维档案。运用这套设备，可以再造出与原文物几乎一模一样的仿制品，博物馆还计划用它建立数字展厅。用3D打印机复制一件文物的误差不超过2微米，即便是文物专家，不通过特殊仪器，也看不出其中的差别来。

　　在克隆人像方面，日本的3D克隆人像技术受到准新娘们的热烈追捧。据英国《每日邮报》2013年6月16日报道，日本东京一家公司利用3D打印技术，对新娘进行克隆，制作出仿真模型，以留住他们人生当中最美好的时刻。这种3D打印玩偶标价为每个932美元（约合人民币5711元），神态表情栩栩如生，与真人别无二致。在我国上海，一群“80后”开设了一家3D照相馆，可将顾客的全身外形数据扫描至电脑，再根据顾客的设想进行定制化设计，之后通过全彩3D打印机及精细的后期手工雕琢，为顾客制作出超出想像的“时光留影”。据称，为了保证制作效果，他们每天只接受10位顾客的预约。

        随着人们对3D打印技术的了解，3D打印机也开始走进普通人的生活。在很多大城市，已经出现了3D打印的体验馆，不光是人物可以打印制作，一个易拉罐、一枚戒指、一个动漫玩偶、一只个性花瓶，只要是能够想像到的东西都有可能打印出来。2013年5月，国内知名电商京东商城隆重推出了首款个人用3D打印机。这台奇妙的机器与一台普通烤箱差不多大，可以打印最大不超过14立方厘米的物品，打印一个手机壳大约需要两小时。据称，这款机子所配套的ABS塑料售价为699元/件，如果要购买全套打印机，加上7种颜色的ABS塑料，总价约为19892元。其实，在淘宝网上，一些价格相对低廉的“组装版”3D打印机也开始销售。

　　3D打印，加速新武器研发步伐

　　如果将3D打印技术运用到武器制造上，产生的威力将是惊人的。在航空工业领域被广泛使用的金属钛，其密度只有钢铁的一半，强度却远胜于绝大多数合金，通过激光将钛熔化并一层层喷出飞机的零部件来，无疑将大大提高飞机的制造速度。为此，1985年，在五角大楼主导下，美国秘密开始了钛合金激光成形技术的研究，这项技术到1992年才公之于众。

　　我国于1999年也开始了金属零件的激光快速成形技术研究，如今已具备使用激光成形技术打印超过12平方米复杂钛合金构件的技术能力，成为当今世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造和应用的国家。3D打印技术的应用，也大大加速了国产尖端战机的研发进度。在传统的战斗机制造流程中，飞机的3D模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3D打印技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。

　　将3D打印技术应用于武器研发领域，其意义主要体现在三个方面：其一，3D打印技术不需要生产模具，能加快新武器研发的进度。其二，3D打印技术可以减少零部件的重量，大大提升武器装备的性能，这对航空航天领域尤为重要。比如一款零部件，利用3D打印技术，可以将其从原先的900克减少到600克。其三，对远洋舰队来说，零部件损伤会导致战斗力下降，而返回母港检修又会耽误时间甚至贻误战机，3D打印将使维修受损武器变得十分轻松，技术保障人员可随时启动携带的3D打印机，直接把所需零部件打印出来，及时予以更换。

        3D打印，风光无限但任重道远

　　近几年来，3D打印在全球掀起了一波技术革新浪潮。就世界范围来看，美国仍是3D打印的领跑者，具有成熟的技术和良好的受众环境。在美国，两家3D打印机制造巨头——斯川塔斯公司和3D系统公司占有全球市场份额的60%。2012年，美国政府正式宣布建立国家增材制造创新机构，推动3D打印技术向国家主流制造技术发展。奥巴马总统还公开宣布将投入5亿美元用于3D打印，确保美国制造业回流。法国、德国、比利时等国都有技术较强的3D打印企业，澳大利亚、南非、日本也有各自的3D打印行业发展规划。

　　中国的3D打印技术研发起步并不晚，在一些单项技术领域一点都不逊色。比如，在钛合金激光打印技术上，王华明教授领导的团队在研发上就走在世界前列。中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军预计，中国有潜力成为世界最大的3D打印市场。业内人士称，我国将在3年内正式启动至少10个3D打印创新中心，发展500家传统企业进入3D打印产业。

　　3D打印技术虽然拥有研发新产品周期短、维持高性能金属性能、更轻松制造结构复杂物体的优势，但传统制造业所擅长的批量化、规模化、精细化生产，恰恰是3D打印技术的软肋，所以它对传统制造业的“颠覆之路”任重而道远。

        在首届世界3D打印技术产业大会上，中国工程院院士徐志磊指出，3D打印技术的大规模应用还面临很多挑战。比如，它能否在精度上达到传统机械加工零件需达到的微米级别，同时还要以同样高的效率生产出来，这是一个很大的挑战。他认为，3D打印的材料瓶颈主要体现在高精度、高强度、能够长期应用、耐疲劳等工艺标准上，眼下的3D打印还达不到高端工业领域的要求。此外，一项单个技术的推广，需要构建起一个上下游结合的完整产业链，3D打印技术至少包括上游的设计、材料和下游的制造、营销等环节，缺乏任何一个环节，它的影响就是有限的。同时，3D打印本来就有民用和工业用两大板块，其差异性极大。比如，从材料和规格看，打印塑料制品的打印机只需几千元，如西安交大推出的一款家用3D打印机售价仅为6800元，而打印树脂制品的设备则在40万到200万元，打印金属制品的设备甚至高达350万到1500万元。所以，断言3D打印将引发制造业革命还为时尚早。

供稿：西安培华学院

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