2013-06-14 08:50:00 來源:中華工商時報
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3D打印或顛覆傳統制造業
未來某一天您或許會住著打印出來的房子，乘坐打印出來的飛機環球旅游，駕駛著打印出來的汽車走南闖北，吃著打印出來的面包，使用打印出來的工具，駕駛著打印出來的宇宙飛船探索太空……所有這一切，都將有賴于3D打印技術在制造業的廣泛運用。
3D打印技術對于推動工業產業尤其是制造業的進步有特別意義。未來制造業也許不再采用工廠這種將人力、資金、設備等生產要素大規模集中化的生產方式，如果這種方式得到廣泛的運用，那么每個人都可以是一家工廠。
3D打印不僅將改變人們的生活方式和生產方式，還將改變人們的思維方式。
從畢昇發明活字印刷，到平面噴墨打印，再到現代3D立體打印，印刷和打印技術已完成了由簡單的文字信息傳遞，向以數字信息化為基礎通過逐層立體打印方式構造物體的飛躍。簡單地說，打印技術已被運用于制造業。在日前舉辦的"2013年世界3D打印技術產業大會"上，這項技術得以全面展示。
人們在享受先進技術時從不忘記天才的發明家。受今年北京高考作文題啟發，人們也許會聯想"畢昇如何看待3D打印？"因為畢昇發明活字印刷時肯定做夢都想不到小到細胞、牙齒、骨骼、甚至我們自身，大到房屋、汽車、飛機等等，都能在瞬間打印成型，而這一切在如今都已成為現實。這就是現代3D打印技術。用專家的話說，這項技術運用的是一個十分前衛的概念"所見即所得"，而如果將這項技術運用于文化創意產業，那么這個概念即刻升級為"所想即所得"。
如果您覺得對3D打印難以想象和理解，那么可以觀看一部叫《十二生肖》的電影，片中成龍戴著光學傳感手套觸摸獸首，將收集到的三維數據通過無線傳輸系統瞬時傳回本部，本部根據這些數據同步打印復制出完全一樣的獸首，其實就是3D打印技術的再現。而在"2013年世界3D打印技術產業大會"上，工作人員還演示了對真人的打印--通過360度數碼攝像將人的三維數據傳入電腦，然后準確完整地打印出按比例縮小的人的立體形象。
人未出生即被打印
這種工藝到底怎么實現呢？在"2013年世界3D打印技術產業大會"上，現場工作人員解釋道，首先將數碼攝像收集到的數據傳入計算機軟件并建立三維立體模型，然后根據模型對內部材料進行處理和定義，最后通過噴涂控制一層層成形。它的原理是在結構空間和材料空間里實現色彩和結構、材質和結構之間的一一對應關系，再從材質及色彩到每一個噴頭之間的一一對應。而每個噴頭有一千多個噴嘴，可以實現同時開關，從而實行精確的打印。
參會嘉賓、中國工程院院士徐志磊認為3D打印是"第三次工業革命重要環節之一"。他形象地比喻道：3D打印可以按照設計好的三維模型將牛罐頭打印成一頭整牛，也能將一頭整牛打印成牛罐頭。這好像是笑話，但是一種有可能實現的發展趨勢。而實際上，3D打印技術已被實實在在地運用到現實生活當中，"3D正在打印我們的生活。"
比如，日本的一家診所宣稱自近日起開始提供一項新服務--利用3D打印機制作胎兒模型，使準父母們提前數月將自己的孩子"捧在手中"。該家診所利用"生物紋理技術"和核磁共振成像(MRI)掃描儀，為準媽媽腹中的子宮和胎兒制作3D模型，然后用3D打印機將其打印出來。待產孕婦稱在寶寶出生之前看到他們的樣子并把他們捧在手里，感覺很不錯……而在生產之后，媽媽們仍喜歡觀看這個模型，并回想自己懷孕時的感受。
而在此次展會上，南京紫金立德公司展示了使用3D打印機打印假牙、骨骼的模具，這種模具的精度為0.1毫米。總經理助理蔡忠國說，病人骨折了，醫院可以先對病人的骨折部位掃描做成3D模具，然后就能做出骨骼的模型。醫生可以先利用這些和病人身體部位一模一樣的模型進行模擬手術，保證真正手術的時候順利完成。另外，現在已經有激光3D打印機能直接打印出金屬假牙，烤瓷后就能安在口腔里了。過去，人們都是使用一種膠狀物先按在口腔內套取假牙的形狀，然后再做成假牙。而3D打印出來的假牙，最大的好處就是精度高，不用事后一遍遍打磨，能減輕安裝假牙人的痛苦。
對于3D打印技術在現實生活中的運用，美國3Dstratasys公司中國區總經理汪祥艮的一段話作了很好的詮釋："3D打印如同一個能工巧匠，能夠將你不管有多復雜的設計方案變成你手上真實的東西，讓你感受它、觸摸它，這就是3D打印真正的魅力所在。
生物打印能夠救命
不僅在外科醫學上，而且在生物醫藥領域，3D打印技術也得以廣泛運用。參會嘉賓、杭州電子科技大學生物制造研究所教授徐銘恩指出：生物3D打印是3D打印技術研究最前沿領域。
所謂"生物3D打印"即細胞打印。徐銘恩講解并展示了用生物高分子材料進行細胞3D打印的技術(Cell Printing)，其技術原理是將細胞打印在一層一層的特殊熱敏材料上，打印完之后將材料疊加起來就得到所需要的細胞結構，這些細胞會自發地遷移、擴散、自組織，重新形成了一個器官。他展示了用3D技術打印出的細胞軟骨組織以及皮膚組織。目前，包括清華大學、美國Clemson大學等等許多大學都是這方面的先驅者。除打印人工的組織器官外，細胞3D打印技術在藥物研發領域也得到了非常廣泛的應用。
生物3D打印在醫學領域應用前景特別巨大，其所具有的快速性、準確性及擅長制作復雜形狀實體的特性使它在生物醫學領域有著非常廣泛的應用前景。每個人的身體構造、病理狀況都存在特殊性和差異化，當3D打印與醫學影像建模、與仿真技術結合之后，就能夠在人工假體、植入體、人工組織器官的制造方面產生巨大的推動效應。
對于3D打印技術在生物醫學領域的應用，參會嘉賓、中國3D打印技術產業聯盟副理事長周功耀作了深入的闡釋：用生物高分子材料打印出的細胞，能和人體匹配融合，不會產生副作用、反作用。現在人體的各個器官，包括心臟、肝、肺、耳朵、膀胱、脊椎等等，都可以應用3D技術打印出來。數月前，在康奈爾大學打印出了人耳，形狀和真耳完全一樣，并在接受組織液以后成活安裝到病人身上。這項技術可以為許多患有先天性耳病的人進行修復。
前不久一個小孩得了一種怪病，他的呼吸管道發生軟化完全沒了支撐力，堵住了，生命垂危。醫生求助于3D打印技術，用生物高分子材料制作出一根呼吸管植入他的器官，挽救了小孩的生命。
促成第三次工業革命
3D打印我們的生活。想象一下吧：未來某一天您會住著打印出來的房子，乘坐打印出來的飛機環球旅游，駕駛著打印出來的汽車走南闖北，吃著打印出來的面包，使用打印出來的工具……未來人類還將駕駛著打印出來的宇宙飛船探索太空……而所有這一切都將有賴于3D打印技術在制造業的廣泛運用。
3D打印技術正在打印奇跡。英國人打印出了世界上一輛超音速汽車，該汽車時速超過1000英里，比當今最快的汽車還快31%，可以在一眨眼的工夫將速度達到150米，比子彈還快。而世界上第一輛"3D打印汽車"早于2011年9月在加拿大亮相，該車命名為Urbee，是一輛三輪、雙座混合動力車。它使用電池和汽油作為動力。雖然單缸發動機制動功率只有8馬力，但由于其小巧輕便，最高時速可達112公里。
既然3D打印技術具有如此神奇的實用價值，那么這項技術對于推動工業產業，尤其是制造業的進步有何意義？徐志磊院士作了更為透徹的描述--這是一種新型的生產方式，能夠促成第三次工業革命。
與前兩次工業革命相比，在3D打印技術得到廣泛運用的情況下，現代制造業也許不再運用工廠這種將人力、資金、設備等生產要素大規模集中化的生產方式，而轉變為一種以3D打印機為基礎的，更加靈活、所需要投入更少的生產方式。這種趨勢被稱之為"社會化制造(Social Manufacturing)"，當這種方式得到廣泛的運用，那么每個人都可以是一家工廠。
從事著建筑和設計行業的人，對3D打印技術其實并不陌生，因為他們經常需要用到一種叫"快速成型"的技術，將設計的原型制作出來展示給客戶看。從前這種原型的制作非常麻煩，因為工廠首先需要制作一個模具，然后把原料澆鑄在里面，這樣才能把原型制作出來。而模具的生產和改進就往往需要投入大量成本，且在產品定型后就失去利用價值了。但當工廠制作完成之后，模具就變得沒有用處--這種生產方式浪費原料，生產成本自然比較高，所需要的生產周期自然也比較長。
與這種先制作模具，然后才能把設計原型制作出來的生產方式相比，3D打印機擁有相當的優異性，它能夠一次性、直接地把客戶所需要的設計原型給制作出來。由于無需經過制作模具這一步驟，客戶能夠節約時間，工廠能夠節約成本，同時所制作出來的物體，也將和設計圖紙一樣，能夠更加精確。原因在于，3D打印機能夠直接將物體"打印"出來--首先人們能夠通過電腦創建一個三維設計圖，然后打印機對這個立體原型進行"切片"，分成一層一層的，然后打印機開始工作，將原材料按照設計圖一層又一層的疊加上去，直到最終成型。
打印更多創意
參會嘉賓、美國3DSystems公司執行副總裁Michele Marchesan認為，3D打印不僅將改變人們的生活方式，還將改變人們學習方式，甚至是思維方式。在3D打印技術的幫助下，人們將更加熱衷于從事富有創意的工作。英國ChocEdge公司創始人和技術總監郝亮指出，3D打印給我們帶來很多自由空間來做富有創意的產品，這些產品由于吸收了大量創意，因為可以成為一個高附加值的產品。
文化創意領域是結合文物和高端藝術衍生品的應用，具有以下特點：獨創性，作為文物和高端藝術品，它是沒有現成模板的，是靠藝術大師的構思創作實現的，整個過程耗時非常長、品質很高、具備獨特性，通常造型復雜、結構新穎，設計超乎常規；獨有性，這樣的作品僅此一件，獨一無二，不可再生，而且通常以收藏品的形式出現，大眾很難接觸到這些高端的文物和藝術品，只能通過一些媒體的照片看到，無法近距離接觸和感受。但是3D打印技術和三維描述技術卻給我們欣賞的可能性，通過三維描述技術和3D打印技術能夠讓文物和藝術品的生命得到延續和擴展，讓藝術之美惠及大眾。
2011年西安世園會有個文創項目，希望通過現代技術把古代具有標志性的一些雕塑，以一種新的表達方式再現。設計人員將大漢16品雕塑通過3D打印和三維掃描按照微縮比例進行高仿真進行設計。獲取模型之后，通過對數據的編輯處理，使其成為符合3D打印應用的數據模型，然后再通過高精度的3D打印機打印出一比一的琉璃模型，之后再跟傳統工藝的大師合作，應用各種制造手段將這個藝術品以不同的材質和形式再現。對成品進行全磁針檢測顯示，精度誤差非常的小。
降低創業門檻
3D打印技術的發展日新月異，權威人士給予了高度關注和評價。全國政協經濟委副主任、原工信部部長李毅中認為，3D打印技術是新一代信息技術和新材料的完美結合，是數字制造技術的重要形式，目前在消費電子業、航空業、汽車制造業、生物醫學以及個性化消費品等領域都有商業化的應用，大大提高了制造的效率、精度，節材節能，是制造技術的一次革命。3D打印技術用于優化新產品的設計和開發，可以有效地縮短新產品研發的周期，提升研發的成功率。3D打印技術的應用還改變了現有的生產模式和商業模式，區別于集中大規模的生產制造，變為社會化分散式的制造，遍布分散的小微企業，甚至讓個體勞動者承擔眾多的零部件元器件的加工，與整機組裝相配套，形成了上下關聯的產業群。第十一屆全國政協副主席張梅穎認為，3D打印技術是一項非常先進的前沿技術，是對傳統制造技術的一次重要革命，其優勢還在于讓普通人的一個小想法也能快速創業，降低了制造業門檻，為以創業帶動就業提供了平臺。
（孫永劍）
