3D打印，将如何改变这个世界

毛毛虫

要去亲戚朋友家做客，你是不是还在愁穿什么衣服，拿什么礼品？想衣服能穿出个性，礼品既能表达心意又独一无二，不妨自己动手吧，做一件不会撞衫的衣服，做一份新颖的巧克力礼品……只要你能想到，就能做到！这不是痴人说梦，最新的3D打印技术将会实现你的许多创意。

神秘的3D打印

对于大多数人来说，3D打印听起来或许非常陌生，到底什么是3D打印呢？

3D打印技术，出现在上世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它的工作原理类似于普通的打印机，先通过CAD等计算机辅助设计软件在电脑上设计好样图，然后由机器打印，不同之处在于打印出来的是3D版，而不是平面的——机器通过喷射熔融态塑性材料来层层堆积，固化后形成一个立体实物。不过，打印中，普通油墨被换成了各种材质，通过喷嘴喷出的是塑料、尼龙等原材料，就像是普通打印一样，先是打印出一个层面，然后通过激光的热量或是胶水，将这些喷出的材料固化在一起，继而再打一层，和下面一层凝结成一体，如此层层叠加，一个3D立体产品就诞生了。

你可以把这个过程想象成很多张打印纸累加的结果——首先就是分层打印，其中每张纸是一个图层，横切面上的图案依靠打印材料构建出来，并被强力黏合，然后，多张纸的不同图层叠加。如果还是不能理解，那就想象一次搭积木的过程，比如搭建一个宝塔，从最下层逐级往上递加。最终这些涂层就会从平面的图形变成一个立体的三维结构。至于你想打印什么，就完全靠你的创意和想法了，可大可小，可软可硬。小物件直接在家里一个人就可以操作完成，大一些的物件则需要更大的机器和空间。而打印的材料也有多种选择，比如树脂、尼龙、石膏、塑料等。根据不同材质，具体的方式可能略有差异，但大同小异，都可以通过不同型号的打印机打印出你需要的产品。

可以预见，钛、不锈钢或铝、铁等金属材料也将随着研发的进展在今后的3D打印中出现。也就是说，很多工业领域的大家伙也能够“自助”生产。那将会是怎样的情境……

初步了解了3D打印技术，接下来让我们看看3D打印究竟可以帮助人们实现哪些梦幻般的创意？

名词解释〈〈〈〈〈

3D是英文“Three Dimensions”的简称，中文指三维、三个维度、三个坐标，即有长、宽、高，换句话说，就是立体的，是相对于只有长和宽的平面（2D）而言。今天的3D，主要特指基于电脑/互联网的数字化的3D/三维/立体技术，也就是三维数字化。包括3D软件技术和硬件技术。

打印飞机

很多人年少时都怀有一个翱翔蓝天的梦想，希望自己亲手设计并制造一架飞机，但在现实中真正实施起来谈何容易。不过，英国南安普敦大学的工程师实现了这一梦想。

英国南安普敦大学的工程师制造出了世界上第一架“打印”出来的飞机，并成功升空。这架飞机从前到后——包括舱门、机翼、整体控制面等机身的5大模块——均是通过“打印”的方式生产出来的，也就是先由设计人员设计出样本，利用尼龙激光烧结机层层打印出塑料或者金属结构，再将这些部件组合起来。这架名为“SULSA”的飞机，翼展长两米，最高时速约为每小时160千米。科研人员希望利用这架飞机进行勘探、邮递等任务。

因为利用3D打印技术打印飞机不需要额外的安装工具，所以如果你想对飞机的外形、体积、材质做些改变，甚至是颠覆性的变化，都不是难事。

专家点评〈〈〈〈〈

要是在以前，采用常规的方法和材料制成这样一架飞机，恐怕需要几个月时间，而且费用高昂。但这架“打印”出来的飞机从提出设想到首次飞行仅花了短短几天时间，制造成本也只有5000英镑。而实际的生产过程只需要几分钟，一架完整的飞机即可组装完成，且不需要借助任何工具，简直不可思议！

打印衣服

说起衣服，大家的印象肯定就是柔软轻便，一般由纺织服装企业完成打样、裁剪、缝盘、印花、整理这些工序，但如果告诉你衣服也可以打印出来，你相信吗？

美国时装设计师玛丽·黄与3D打印领域的专家詹娜·费瑟利用3D打印技术“制造”了世界上首款3D打印的比基尼泳衣。她们首先扫描了模特的体型，再通过一款3D设计软件在电脑上设计出3D打印泳衣的样图，然后通过机器打印出泳衣。这款泳衣的材质为尼龙，具有牢固、易弯曲、轻便的特点，厚度仅有0.7毫米，而且这种材质经水浸泡后会更加柔软舒适，既是绝佳的打印材料，也是合适的制衣材料。为了保证泳衣的牢固耐用，费瑟利还专程编写了一个计算机程序，以方便计算并修改泳衣的样式，确保泳衣穿上后不会意外破裂。

专家点评〈〈〈〈〈

对于追求时尚的年轻一族来说，这样一件独一无二的泳衣无疑将成为夏日沙滩上的必杀技。而且，这样的泳衣已经在网上公开销售了，只是泳衣价格贵得有点离谱，两件套合计约4000元人民币。不过，随着3D打印技术的普及，这种泳衣的价格将会有很大的下降空间。

打印眼镜

时尚达人恐怕不会满足于戴一副不断“撞镜”的“街镜”出门，可是，眼镜又不像时装，可以定制。不过，利用现在的3D打印技术，时尚达人们可以量身定制个性眼镜了。

在我们的印象中，眼镜生产的套路是先画设计草图，然后将修改过的模型送交制造商，再批量生产。青年设计师Asher Levine没有按照传统方式先画草图，而是用黏土做出模型——就像是我们小时候用橡皮泥来捏模型一样，进而再采用3D设计软件按照他理想的样式在电脑上一点点修改调整，然后将最终结果输入机器中。不久后，3D打印机通过喷射熔融态ABS热塑性工程材料，一点一点打印出他设计的太阳镜。整个太阳镜包括镜片在内全由塑料制成，与传统方式相比，这种制作方式更为高效，而且非常经济。

专家点评〈〈〈〈〈

在纽约的时装周上，Levine现场演示了他的打印太阳镜，作为与Lady Gaga一路的前卫青年设计师，他的方案给现场嘉宾留下了深刻印象，颠覆了人们以前对时尚产业的理解。而这要归功于神奇的3D打印技术。

打印下颌骨

比利时一位83岁的老妇人下颌严重感染，需要摘除，但对如此高龄的患者，医院采用常规的显微重建手术显然不合适，因为患者要面临手术时间长、风险高等一系列问题。

针对这一病例，医院工作人员大胆使用了3D打印技术，并成功完成了手术。该手术由比利时哈瑟尔特大学的研究所主要负责设计，由来自荷兰的外科医生全力配合进行。手术的整个设计过程非常复杂，需要根据患者的情况预先设计好下颌骨，然后打印出来。其间利用计算机控制高精度激光加热钛粉颗粒，以保证这些颗粒准确地融合在一起。一层一层地打印之后，形成一个由多层钛粉构成的完整立体下颌骨。1毫米大约有33层，一个立体的完整的下颌骨，有数千层之多。就下颌骨本身来看，不仅设计了酒窝，还留有一些小孔，以帮助肌肉附着在下颌骨上，另外，这个下颌骨上还有沟槽，可以引导血管和神经在沟槽当中再生。最后，涂上生物陶瓷涂层，这种涂层具有良好的生物相容性，可以防止身体发生排异反应。全部搞定之后，就只要通过手术将下颌骨植入患者面部即可。

手术历时4个小时，听起来似乎非常长，但要知道，常规下颌骨重建手术合起来要耗时近20小时。最终手术进行得很顺利，而且非常成功，病人麻醉清醒后不久就能开口说话，第二天就恢复了正常的说话和吞咽功能，仅过了4天，这位高龄手术患者就回家了。

专家点评〈〈〈〈〈

这在以前，几乎是不可想象的。病人经历这样的常规手术后至少需要留院观察2～4周。这项技术的前景非常好，为患者量身定制的各种植入物将被广泛使用。

打印巧克力

看够了那些冷冰冰的工业打印项目，让我们再来看看能够调动起我们味蕾的美食吧！

英国埃克塞特大学的研究人员开发出了世界上第一款3D巧克力打印机。这款打印机使用的打印材料不是钢铁或尼龙等材料，而是液态巧克力。打印工作流程和前面提到的大同小异，只不过因为巧克力的特殊性，需要额外考虑到巧克力在输入和输出时的黏稠度以及温度，所以研发人员特别安装了一套保温及冷却系统，用来保证输入和输出的定型效果，使打印过程能够顺利进行。当一层巧克力打印出来后，要稍待片刻，经过一个凝固过程之后，才能进行下一层的打印。最终得到一个层层堆叠而成的立体图像。利用这种3D打印机甚至还可以打印出巧克力服装，既可以穿在身上又可以随时吃掉。

专家点评〈〈〈〈〈

不久以后，借助3D打印技术，人人都可以成为大厨。“吃货”们尽可以按照自己的想法设计专属于自己的巧克力样式，在线发送至打印现场，就可以静待专属于自己的巧克力了。当然，你不喜欢吃巧克力的话，也可以打印其他你喜欢吃的东西哦！

打印血管

3D打印技术更令人期待的应用是在医疗领域，通过打印真正的活生生的组织和器官，来解决病人的实际问题。

澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司宣布，由他们两家公司一同研发的全球首台商业化3D生物打印机正式问世。这台3D生物打印机的独特之处在于它打印采用的不是塑料或尼龙等原料，而是被称为“生物墨”的活细胞。科学家从成年病人的骨髓和脂肪中提取出干细胞，通过不同的成长因子将其分化成不同类型的细胞，继而将这些细胞制成液滴，一滴“细胞液滴”中大约包含1万到3万个细胞。这台3D生物打印机有两个打印头，打印时，一个出“墨”，另一个出凝胶，细胞以凝胶为骨架，按照凝胶的走向在其上生长。3D生物打印机的底座会随着打印的进程自动下移，从而完成层层打印过程。打印过程中，误差可以控制在20微米以内。然后，在这个骨架之上，自然生成的细胞开始重新组织、融合，最终形成一个完整的器官。因为3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以得到的器官可以显著降低排异反应。Organovo公司已开始尝试利用患者自身的细胞打印静脉，每条静脉血管大约需要一小时形成，但这种血管需要数天时间融合在一起。这种打印出来的血管将会在动物身上进行试验，进而尝试临床试验。

专家点评〈〈〈〈〈

我们可以相信，这种打印血管在几年后就能用于人体当中。因为在我们体内几乎任何地方都密布血管，所以，从血管开始作为生物打印的切入点具有重要的实际意义。虽然目前还处于早期测试阶段，但科研人员有信心利用这项技术在5年内打印出心脏搭桥手术中所需的动脉和静脉血管，同时，争取在10年内实现打印心脏和肝脏这类复杂的器官。当然，科学家最希望将生物细胞变成打印材料，再添加一些化学材料，可以将完整的人体器官打印出来。

改变世界的技术

如今，3D打印技术已经在很多领域被开始尝试使用，设计者可以利用电脑细心设计物体的布局、外形和颜色等各个细节，然后，点击电脑屏幕上的“打印”就可以了。像建筑、玩具、汽车、服饰行业，甚至是食品和医疗行业，都对3D打印技术热烈欢迎。

3D打印技术最吸引人的地方就是可以按照我们自己的想法生产物品，而不必在工厂里量产商品。在这样一个追求个性的时代，“独一无二”无疑具有巨大的吸引力。更重要的是，对于一些构成复杂的产品，我们可以反复修改调整，不必像传统方案那样建立专门的生产线生产出产品后，再对成品反复修改，避免了传统方式对资源的浪费。理论上，你见过的没见过的几乎所有物品都可以利用这项技术来进行生产。总而言之，将来每一个人都可以是设计师和工程师，每一个家庭或办公室都可以是工厂，如此或将掀起一场新的革命。

康奈尔大学科学家霍德·林普森评论道，3D打印机能够将任何材料变成产物，同时，任何人都能够既快又廉价地生产出几乎任何产品，人类的创意和个性将被极大地激发，3D打印工艺能够从我们无法想象的体例改变人类文化。

3D打印技术究竟会对工业产业和我们的生活带来什么样的影响，未来的市场潜力究竟有多大，将来会不会成为今天的激光打印机一样流行和普及，现在还不得而知。但是，著名的《经济学人》杂志对这项发明给予了极高的认可和评价：“伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1450 年的印刷术如此，1750 年的蒸汽机如此，1950 年的晶体管也是如此。而今，我们仍然无法预测3D 打印技术将在漫长的时光里如何改变人类世界。”

（编辑 巧克力）