日本某企業生產的一款3D打印機，看起來更像一台普通的台式打印機。資料圖片

歐洲某企業生產的一款3D打印機，圖片中間是打印出來的玩具兔子。資料圖片

神奇的3D打印

2012年4月，英國著名雜志《經濟學人》報道稱“3D打印將推動第三次工業革命”。而著名科技雜志《連線》十月刊則將《3D打印機改變世界》作為封面報道。在《福布斯》雜志《3D打印是否在改變這個世界》一文中，作者假想了一個3D打印大顯身手的情景：

你正在一艘橫渡太平洋的集裝箱貨船上前往舊金山海岸的港口。低速的引擎驅動著巨大的船體努力而絕望地追趕著交貨時間。引擎的震動在船體間回蕩，輕輕地搖晃著你進入夢鄉。正在這時，你的機輪長叫醒你並告訴你一個不幸的消息——PLS泵的供給閥失效了，現在你的船成了一個漂浮在水面上的巨大鐵塊。作為船長，你並不知道PLS泵是什麼，但是從機輪長煩躁的語氣和沮喪的表情中，你明白了，他沒有備用零件去替換它，也無法在這艘船上制作一個如此復雜的零件。你的貨物注定要延遲了，等待你的將是各種催命的衛星電話……

3D打印在這種情況下，成為一個可能的解決方案。如果我們把這艘船上的每一個零件，從螺母到螺栓，包括最復雜的引擎部件的3D CAD（計算機輔助設計）文件，都存儲在電腦上，在任何零件損壞的時候，使用一台3D打印機，就可以在幾分鐘到幾個小時的時間裡按照需求“打印”出相應的零件，一切難題就迎刃而解了。

令人興奮的是，這些情景很快就會從假想變成現實。據本月1日Tech Crunch報道，世界首款3D打印汽車Urbee 2面世了，它是一款混合動力汽車，絕大多數零部件來自3D打印。要注意的是，這次不是玩具，而是真正能開上馬路的汽車。

3D打印的神奇之處還在於，它甚至可以用實驗室培養出來的細胞介質打印出一塊真正的鮮肉或一段人體器官，或用糖物質混合物打印出一個完整的血管組織，這對推動臨床醫學以及人體器官移植等方面的發展，有極其重要的研究價值。據英國《每日郵報》上月5日報道，英國研究人員首次用3D打印機打印出胚胎干細胞，干細胞鮮活且保有發展為其他類型細胞的能力。研究人員說，這種技術或可制造人體組織以測試藥物、制造器官乃至直接在人體內打印細胞。使用3D打印技術打印人體器官的另一個好處是，它用的材料是人體細胞尤其是病人的自體細胞，這會減少排斥的可能性。

什麼是3D打印？

“打印”這個詞本身，在傳統意義上，是二維（2D）的，本質上是將二維的信息轉移到平面上去的過程。但是，任何一個三維的物體，總是能劃分成一系列具有有限厚度的二維平面的總和。所以打印三維物體，隻需分層進行，每一層與傳統意義的打印是一致的，只是每一層的厚度應當遠小於三維物體的特征尺寸，再通過打印所用的“油墨”層層粘合並固化。

具體來說，傳統的打印就如使用普通打印機打印一封信：輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數字文件便被傳送到一台噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在3D打印時，軟件通過電腦輔助設計技術（CAD）完成一系列數字切片，並將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續的薄型層面堆疊起來，直到一個固態物體成型。3D打印機與傳統打印機最大的區別在於它使用的“墨水”是實實在在的原材料和特殊的膠水。

事實上，3D打印屬於快速成型技術（Fast Prototyping）的一種，它的專業說法應該是“增材制造”技術（Additive Process），包括快速原型制造技術和高性能金屬構件直接制造技術兩大類。

現在媒體報道的3D打印制造技術，主要是指快速原型制造技術。這項技術上世紀80年代就開始發展起來了，包括“3D打印”、“立體印刷”、“疊層實體造型”、“熔融沉積造型”、“選擇性激光燒結”等五大類。主要制造由樹脂、石蠟、陶瓷等材料組成的尺寸較小的原型樣件或模型，這些原型樣件原則上不能直接用於裝備制造，但可以縮短新產品研制周期，降低產品研發和制造成本。

高性能金屬構件直接制造技術主要採用高功率激光束（或電子束）對粉末或絲材進行逐層熔化、快速凝固逐層堆積、直接制造出全致密高性能金屬零部件，具有無需重型鍛造裝備及鍛造模具、材料利用率高、加工量小、柔性高效等優點，被譽為是一種“革命性”的短周期、低成本、數字化制造技術。因為使用銑削加工等傳統制造方法進行成型時，要從大塊物料中去除不需要的部分，造成對物料的浪費。以飛機上使用的鈦合金整體葉盤為例，鍛件毛坯重量為1500公斤，經過加工切削打磨后，最終零件則隻有100公斤，隻利用了原有材料的6.67%。而使用3D打印制造同樣的部件，隻有極少的后續步驟從制成部件上去除材料，使得材料的利用率極大地提高。