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3D打印:神话、真相与未来

  最近,一家大型风投公司向工业级的3D打印空间投资3000万美元。另一个消息是,着名办公用品公司史泰博将成为美国第一家销售个人3D打印机的主要零售商。很明显,3D打印正走向拐点,但也正被广告宣传得天花乱坠。

  这项技术已有十来年的历史,但是现在它正从边缘走向主流。3D打印当然是一项重要的制造技术,因为任何东西无论结构多复杂,都可以通过3D打印制造出来,而其他制造技术却要为几何上的复杂而挣扎。至今为止,还没有哪项技术可以如此容易地把我们的想法转变为有形的物体。但是,就像微波炉没有取代其他烹饪方式,3D打印也不会取代其他制造工艺,而只会成为一种补充形式。

  事实上,3D打印还是一项很不成熟的技术。我们为它笼罩上了神奇的光环,把它看作科幻小说式的复制机。但是,一旦人们真的开始使用3D打印机,就会马上要求更快的打印速度,更高的打印质量,更大的打印范围,更好、更便宜的打印材料等。

  在舆论宣传中,3D打印似乎无所不能丢失的零件、鞋子、人体器官、乐器,甚至枪支都可以通过3D打印制造出来。但关键的事实是:3D打印虽然不受复杂性的限制,却受到产量的限制。从成本到时间,再到材料用量,所有一切都增加了3D打印的难度。假如我们想要两倍大的东西,就要花费8倍的材料和8倍的时间,想要3倍大的东西,就要花27倍的材料和时间这就是3D打印的幂定律。

  现在最普通的3D打印机,是一种比面包盒还小的塑料打印机,还有一些低成本的商业打印机。现在软件控制生产的趋势正在加速,不仅仅是3D打印机,还包括激光切割机、磨粉机、机床、路由器和工业机器人,这些机器变得越来越强大,消费者也越来越负担得起。

  3D打印的材料和产品的范围已经大大拓宽了,大型工业打印机除了塑料还可以打印金属、橡胶和陶瓷。3D技术的发展正在突飞猛进,不管是零部件还是新设计的产品,不管是惰性的还是有机的材料,也不管是显微镜下才能看见的物体还是一幢房子,不管是在地面上还是在太空中,都可以通过3D打印实现。然而3D打印可操作的范围还是有限的,更重要的是它的成本很高,甚至能达到原材料的100倍。

  有两个重要领域很值得关注:一个是打印电子元件,不仅仅是物件,也包括逻辑和功能;另一个是方兴未艾的生物打印领域。后者是最令人兴奋的,比如说,威克弗里斯特大学的安东尼阿塔拉博士,成功打印并移植了人的尿道。位于圣地亚哥的Organovo公司打印了可用于医学研究和治疗的人体组织,而克莱格文特尔公司和寒武纪基因组公司正在打印DNA,一次可以打印一个碱基对。

  3D打印的另一个方向是建筑。比如说,加州大学伯克利分校的罗恩雷尔正在研制低成本有机材料,南加州大学的伯瑞斯柯什涅维斯正在实验打印整幢大楼。欧洲航天局和福斯特事务所计划合作3D打印月球基地,打印材料完全来自月球本身。

  现在大规模生产方式使得所有东西都一模一样,而3D打印可以制造小批量、高价值的物品,比如说假肢或定制珠宝。大部分3D打印产品都是个性化定制的,就像现在的喷墨打印机一样。就像自唱、自录、自调成为数码音乐的圣歌一样,我们也将在物质世界进行拍照、修改、打印,只要用手机摄像头就能告诉电脑设计出程序。

  在Kickstarter创意平台上,有一种3D打印笔,它不需要连接电脑,目前已经融资200万美元。你只要拿着这支笔,就能在空中画画,实际上就是把融化的塑料堆积起来,那就好像用湿的沙子在空中建造城堡。

  3D打印和其他软件控制生产技术,正从根本上改写大规模生产的规则。我们不再需要大量生产某种产品来达到低成本和高质量,我们能够以合理的成本生产小批量的高质量产品。但是,我不认为3D打印会取代现已存在的非常便宜的生产模式,3D打印技术也不会使制造业回到发达国家本土,因为3D打印实际上对掌握技术的要求非常高。在未来,3D打印与传统工业制造会并行不悖,拥有各自的消费群体。

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