看过电影《铁甲钢拳》的人恐怕都会对影片中热血澎湃的机器人打斗场面印象深刻,除去精确地动作捕捉技术,整部影片还完美结合了通过高精度的3D打印制作完成的机器人模型,以展现生动的画面。伴随着3D打印技术的发展和普及,飞机、汽车、步枪、泳衣,甚至骨骼等都成为了3D打印机的产物。总部设在巴黎的欧洲航天局近日也“异想天开”地决定与英国一家建筑设计公司合作,通过登月机器人就地取材月球上的原始土壤,并利用3D打印技术将土壤转变成建筑材料,搭建月球基地。

这曾经科幻电影中的情节的切实发生,似乎都在表明,3D打印这种理论上只需电脑设计出图纸、便能打印出世界万物的技术,改变人们的生活恐怕只是时间问题了。

3D打印进行时


尽管时下3D打印被人们炒得不亦乐乎,但它却并非是什么新概念。自从1995年麻省理工学院创造了“3D打印”这个名词后,3D打印便开始在各大实验室萌芽,随后便逐渐走出实验室,开始被运用在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天以及医疗等更广泛的行业领域。

在实际操作中,3D打印机能够将由专业的软件画出的立体图纸,在X、Y、Z立体坐标系中分成无限多层,用液状、粉状或片状的材料将这些截面逐层打印并最终粘合在一起。越是高端的打印机分层越多,打印出来的物体也越细致。比较普遍的打印原料有聚乳酸热塑性塑料(PLA)、金属、陶瓷粉末、金属线和塑料线等。以PLA为例,它是一种从玉米里提炼的塑胶,这种塑胶在加热后不会膨胀,所以使用者也不用担心打印完毕冷却之后物体会缩小。


而伴随着3D打印机的发展,越来越多的材料可以供人们选择,甚至用细胞打印出人体器官也绝非没有可能。正如美国一家3D打印研究公司沃勒斯合伙公司的负责人、即时模型专家特里·沃勒斯所说:“由于复合材料可以制造任何形状,‘为制造而设计’会变成过眼云烟,我们将很有可能看到以前很难或者不可能制造的产品被制造出来。”

无所不“打”


如今3D打印概念之所以引人瞩目,除了技术的不断成熟外,其应用范围的不断扩大也功不可没。只需一张三维图、一台3D打印机,人们触手可及、甚至任何现实手法难以实现的另类造型的事物都可以被打印出来。

一辆名为“Urbee”的汽车在2010年吸引了全世界的目光。这辆时速可达110公里的汽车,是世界上第一辆使用3D技术打印生产的汽车,它橙红色的车身、三个轮子、双座位,以及包括玻璃窗在内的所有外部组件都是通过Stratasys公司的大型3D打印设备生产的。如果说打印汽车还不够振奋人心的话,那么2011年英国南安普敦大学的工程师设计并放飞的世界上第一架打印出来的无人驾驶飞机——“SULSA”,便极有可能让高度定制化的飞机生产方式发生了革命性改变。“SULSA”包括机翼、整体控制面和舱门的整体结构均采用了3D打印技术,从提出设想到首次飞行在短短几天内便成为了现实。


3D打印能够充分发挥人类的想象力,然后将这些奇思妙想打印成现实的存在,甚至NASA也开始动起了心思——用3D打印机在太空打印需要更换或修理的机械部件。“我们正在努力使这种技术可以运用在国际空间站上。”NASA 兰利研究中心的材料研究工程师卡伦·泰姆格尔说,“我们正在通过更换硬件和程序,使这些3D打印系统可以变得更强大,同时也更易于宇航员操作。”

如今3D打印技术已经渗透进了各行各业,甚至时尚界都已开始采用这种技术。荷兰设计师Iris Van Herpen使用3D打印机来为比约克和Lady GaGa进行时尚设计;Freedom Of Creation公司和Naim Josefi公司使用3D打印机制作的华丽高跟鞋;Continuum Fashion使用3D打印机创造了第一款3D打印版比基尼和眼镜,成为2012年时装周上的佳话。


除此之外,3D打印技术在医疗方面的运用也已深入人心,各种器官模型或医疗模具的生产,也令3D打印机是否能够打印器官成为备受人们关注的问题。事实上,早在2010年,美国的Organovo公司便发明并制造出可以用人体组织打印出人体器官的生物打印机。这种生物打印机可以从患者身体上采集自体细胞,将这些细胞放进打印机的墨盒里后,打印机会一层层按图纸排列细胞,打印出患者所需要的器官。北卡罗来纳州的Wake Forest大学也正在研发能直接在患者伤口上打印自体细胞,使其更快复原的生物打印机,这项技术一旦实现会解决很多人整形、烫伤后留疤的烦恼。不过,加州大学圣地亚哥分校的Shaochen Chen教授也坦言,生物打印机要用于临床,起码还需要10年的时间。

如此看来,尽管发展迅速并已渗透进各个领域,但这一新兴技术却一直没能打造一个比零部件和小模型更为庞大的事物。然而现在这一局面有望打破了。荷兰建筑师JanjaapRuijssenaars最近公布了世界上首个3D打印房子的设计图——一个连续循环的麦比乌斯圈,能够从地面出发、上升,折叠再又回到原点。Ruijssenaars计划建造几个6x9m的版块,使用规格更大的D-Shape打印机,并使用沙和化学粘合剂作为原材料。届时,只需按下打印机按钮,等上18个月,一幢成本四五百万英镑房子便可完工。这不仅有利于剔除传统建筑中费钱、繁琐的手工过程,转而给建筑设计师绝对的自由。

家用变革


在《生活大爆炸》最新一季里,Raj和Howard花5000美元买了一台专业级别的二手3D打印机,用3小时后打印出了一个能吹的口哨。随后Howard便对Raj说:“这个口哨平时在店里只卖25美分。”这个片段几乎概括了3D打印机目前的优势和局限性:虽然能在几个小时内打印出在工厂可能要几周才能生产出来的产品,但用户事先要投入非常高的价格购买机器和原材料。

在工业应用上,包括波音公司及通用汽车等多家大型机械公司已经广泛使用3D打印机制造一些零件,而在民用方面,除了建筑公司、设计公司和学校外,很少有人愿意支付高额的费用去购买机器和原材料。于是,允许客户在线提交3D设计并定制打印物品的3D打印公司Shapeways诞生了。当Shapeways收到客户订单,公司就会定制打印物品,然后将成品发送给客户。而这样的公司和项目正变得越来越多。

与此同时,3D打印机的价格也在不断下降。这个1986年就已经成形的技术希望能突破价格和体积上的局限,走入每一个家庭。目前,在家用打印机领域,3D打印机的价格大约在399-3000美元间徘徊。正因为如此,全球范围内都出现了许多3D打印机的制造商,如美国最大3D打印机生产企业Stratasys以及较早进入3D打印机市场的MakerBot。


在美国,体积最小的3D打印机Cubify只有咖啡机大小,并且与大型3D打印机性能也不相上下。Cubify可以同时使用可循环再用的 ABS 和 PLA 材料,但是其售价却高达1400美元(约合人民币8820元)左右。而最便宜的3D打印机则是Printrbot:按照打印机的大小,售价分别为399、549和699美元。尽管便宜,但Printrbot的不足之处是人们需要自己动手组装它,并且它的横切面也不如其他3D打印机那么精密。尽管如此,作为一个价格低廉的入门级3D打印机,它已完全能够满足孩子们打印自己设计的玩具的需求了。

然而伴随家用3D打印机的普及,伴随其出现的知识产权问题也随之凸显。这门新兴技术在复制设计以及复制他人创意的同时所产生的知识产权问题,虽然尚未有任何明确界定,却也值得关注。除此之外,3D打印技术所带来的安全问题也不容小觑。美国威斯康星州工程师、业余枪械师迈克尔·格斯林克便使用3D打印机以及从网络上下载的设计图,成功打印出了AR-15步枪的下机匣,并将其组装在枪上成功射出6发子弹。这一举动在证明了3D打印技术打印能力的同时,也为这一技术未来的发展埋下了危险局限。然而,这一隐患恐怕也不能阻止3D打印前进的脚步。正如打印机逐步进入办公室和家庭一样,伴随3D打印机成本的不断下降和技术的不断进步,令人无限遐想的打印时代将离我们越来越近。