神奇打造未來世界

　　3D打印，也被稱為“快速成型技術(shù)”。近年來，3D打印技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，主要集中在工業(yè)制造、軍工生產(chǎn)、生物工程，以及消費(fèi)領(lǐng)域。隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，快速成型技術(shù)正在各個(gè)領(lǐng)域不斷延伸，比如打印建筑物、打印汽車、打印人體器官、打印骨骼，還可以用3D打印機(jī)打印自己設(shè)計(jì)的衣服和喜歡吃的食品。然而，這僅僅是開始，從現(xiàn)在的發(fā)展勢(shì)頭來看，很快就會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。由于這項(xiàng)技術(shù)帶有“革命性”突破，因此具有非常大的發(fā)展?jié)摿?。隨著技術(shù)不斷完善，它的神奇之處在于可以打印出我們所想象的任何物品，甚至為我們打造一個(gè)全新的未來世界。
　　在航空領(lǐng)域，3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了新機(jī)的研制。美國(guó)早在1985年就秘密開始了鈦合金激光成型技術(shù)研究，1992年才將這項(xiàng)技術(shù)公之于眾。在2002年，美國(guó)已將激光成型鈦合金零件裝上了戰(zhàn)機(jī)。今年1月14日，美國(guó)Sciaky公司宣布，他們已成功掌握了突破性的直接制造技術(shù)，使用電子束進(jìn)行鈦合金3D打印，可以制造較大的飛機(jī)零部件。為此，美國(guó)空軍和軍工巨頭洛克希德·馬丁公司立即宣布，與Sciaky加強(qiáng)合作，用該公司生產(chǎn)的襟副翼翼梁裝備正在生產(chǎn)的F-35戰(zhàn)斗機(jī)。據(jù)估計(jì)，如果3000多架戰(zhàn)機(jī)都使用這種技術(shù)制造零部件，不僅大大提高“難產(chǎn)”的F-35戰(zhàn)機(jī)的部署速度，而且還能節(jié)省數(shù)十億美元成本。目前，使用3D打印鈦合金零件的F-35已經(jīng)進(jìn)行了試飛。
　　在美國(guó)，3D打印技術(shù)還被大量應(yīng)用于武器裝備的研發(fā)。美國(guó)軍方應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助制造導(dǎo)彈用彈出式點(diǎn)火器模型。美國(guó)海軍還在尋求通過在機(jī)器人體內(nèi)植入3D打印機(jī)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)“相互溝通、協(xié)作以及制造”等能力。也就是說，美國(guó)海軍希望能利用機(jī)器人來生產(chǎn)更多的機(jī)器人。此外，美國(guó)GE航空集團(tuán)已應(yīng)用3D打印技術(shù)制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并將所有的專門技術(shù)應(yīng)用于下一代軍用發(fā)動(dòng)機(jī)。
　　我國(guó)近年來3D打印技術(shù)發(fā)展應(yīng)用很快，特別是在飛機(jī)研制方面，有些項(xiàng)目已經(jīng)走世界的前列。據(jù)媒體報(bào)道，現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)成功把3D打印技術(shù)應(yīng)用到軍用戰(zhàn)機(jī)、民用飛機(jī)、C919等大飛機(jī)的研制上，大大提高了研制速度。中航工業(yè)副總工程師孫聰，在今年兩會(huì)期間接受媒體采訪時(shí)說，3D打印技術(shù)的采用為殲-15的成功作出了巨大貢獻(xiàn)。讓世界震驚的不光是技術(shù)，更因?yàn)楹娇展I(yè)的發(fā)展體現(xiàn)了中國(guó)速度。
　　3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用更是令人稱奇，目前正在探索的應(yīng)用除了假牙和假肢外，在生物材料引領(lǐng)下，還將在組織工程方面大有用武之地。由于每個(gè)人的身體構(gòu)造、病理狀況都存在特殊性和差異化，因此，當(dāng)3D打印技術(shù)與醫(yī)學(xué)影像建模、仿真技術(shù)結(jié)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(chǎn)生巨大的推動(dòng)效應(yīng)。甚至可以用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)出來的細(xì)胞介質(zhì)打印出一個(gè)人體器官，或用糖物質(zhì)混合物打印出一個(gè)血管組織。據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，英國(guó)依靠3D打印技術(shù)應(yīng)用，為一位半臉男子重做了“新臉”。
　　除此之外，3D打印技術(shù)還應(yīng)用于科學(xué)研究、建筑設(shè)計(jì)、文物保護(hù)、食品產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)及日常生活用品制作。據(jù)報(bào)道，目前，國(guó)外已經(jīng)通過3D打印技術(shù)成功地打印出了手槍、自行車、汽車、電控飛行器等物。2012年，美國(guó)3D打印服務(wù)提供商已經(jīng)打印了75萬種產(chǎn)品，使用的材料包括塑料、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃等，數(shù)量之多令人驚嘆。歐洲空間局還在研究通過3D打印，用月球風(fēng)化土壤建造月球基地的可行性。

 
　　廣泛應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走

　　盡管3D打印技術(shù)被媒體熱炒，但作為一項(xiàng)新技術(shù)必然還有待不斷完善，同時(shí)也意味著距離廣泛應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的需求不斷拓展，3D打印的問題也日益凸顯。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：
　　一個(gè)是技術(shù)問題。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，這種3D打印由于受技術(shù)和資金等原因限制，實(shí)際應(yīng)用僅限于較小的零部件制造。特別是在航空領(lǐng)域飛機(jī)鈦合金零部件制造方面，其技術(shù)瓶頸一直難以突破，這主要是由于鈦合金在制造過程中容易變形、斷裂的技術(shù)難題無法解決，美國(guó)始終無法生產(chǎn)高強(qiáng)度、大尺寸的激光成形鈦合金構(gòu)件。盡管今年初，美國(guó)Sciaky公司宣布他們已成功掌握了突破性的直接制造技術(shù)，使用電子束進(jìn)行鈦合金3D打印，制造的零件尺寸可以達(dá)到5.8米×1.2米×1.2米，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。
　　時(shí)下，3D打印技術(shù)可以打印出我們?cè)O(shè)計(jì)出來的任何東西，但它打印出來的東西不一定就能實(shí)際應(yīng)用。比如，3D打印技術(shù)打印出的杯子雖然一定是杯子，但我們不能用來喝水。用來喝水的杯子要考慮到材料是否環(huán)保，而且打印的產(chǎn)品造價(jià)肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方式制造的杯子。另外，3D打印所制造的飛機(jī)、汽車、手槍等只是外觀相似的模型，其內(nèi)在的電子元器件和成千上萬個(gè)零部件是不能一下子打印出來的。因此這項(xiàng)技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)還不能取代傳統(tǒng)制造業(yè)。不過，3D打印技術(shù)依然是一項(xiàng)前沿性、先導(dǎo)性很強(qiáng)的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型。
　　一個(gè)是材料問題?，F(xiàn)在業(yè)界的注意力主要集中在做3D打印設(shè)備、硬件、軟件的研究，而對(duì)3D打印所必需的材料的開發(fā)研究缺少足夠的重視，因此造成該技術(shù)推廣應(yīng)用出現(xiàn)瓶頸。目前，國(guó)外3D打印的材料已有100多種，而我國(guó)國(guó)產(chǎn)材料僅幾十種。工業(yè)級(jí)的3D打印材料十分有限，適用的金屬材料只有10余種，而且還需要專用的金屬粉末材料才能獲得滿足要求的金屬零件。家用領(lǐng)域的材料也僅限于石膏、光敏樹脂、塑料等，難以滿足大眾用戶的需求。據(jù)了解，以色列的Object公司可以在14種基本材料的基礎(chǔ)上混搭出107種材料。然而，這些材料的種類與現(xiàn)實(shí)世界中的需求相比，仍然相差甚遠(yuǎn)。有關(guān)專家認(rèn)為，目前材料問題已經(jīng)成為阻礙3D打印發(fā)展的主要障礙?？蛇m用的材料成熟度跟不上整個(gè)3D打印市場(chǎng)的發(fā)展。此外，還存在打印時(shí)的流暢性與固化程序需要時(shí)間的矛盾、冷卻定型與材料強(qiáng)度的矛盾，以及材料對(duì)人體的安全性及對(duì)環(huán)境的友好性的矛盾等，關(guān)鍵在于材料技術(shù)能否有新的突破。如果找到一種材料，它能夠集合剛性、韌性、強(qiáng)度、磨損壽命、耐酸、耐堿、耐溫、潤(rùn)滑、導(dǎo)電、絕緣等各種條件，這樣才能真正做到一次性成型，一次性直接使用，這時(shí)新一輪的工業(yè)革命才有可能真正到來。
　　對(duì)此，中國(guó)工程院院士徐志磊指出，未來應(yīng)針對(duì)3D打印制定通用的材料物性標(biāo)準(zhǔn)，使3D打印的適用材料（特別是金屬材料）通用化，降低3D打印的應(yīng)用門檻，從而使3D打印的應(yīng)用范圍更廣泛。

 
　　3D打印技術(shù)的趨勢(shì)與影響

　　隨著3D打印技術(shù)不斷完善、發(fā)展及廣泛應(yīng)用，將會(huì)徹底顛覆傳統(tǒng)觀念，不僅會(huì)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)帶來巨大沖擊，而且還會(huì)促進(jìn)新市場(chǎng)的出現(xiàn)和崛起，必將對(duì)人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。從3D打印技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭來看，其趨勢(shì)及影響主要表現(xiàn)為：

　　一是應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。目前，3D打印技術(shù)應(yīng)用主要集中在工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及消費(fèi)領(lǐng)域。隨著需求的日益擴(kuò)大，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)展，特別是不斷開發(fā)的新材料直接應(yīng)用到3D打印，使其充斥到人們生活的各個(gè)方面。在工業(yè)領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天飛行器重要零部件制造；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)用該項(xiàng)技術(shù)成功打印出人體骨骼、牙齒和肝臟、心臟等器官；在消費(fèi)領(lǐng)域，各類3D打印的電子產(chǎn)品、藝術(shù)品以及日用品將充斥生活的各個(gè)方面。值得注意的是，3D打印技術(shù)正向個(gè)人化定制方向發(fā)展，由于只需要一張三維圖就可以“制造任何東西”，如果3D打印機(jī)進(jìn)入家庭，每個(gè)人都可以是一家工廠。有關(guān)專家認(rèn)為，3D打印的應(yīng)用范圍之廣可能超乎人們的想象，理論上說幾乎只要存在的東西都可以通過3D打印機(jī)制造出來。
　　二是對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)帶來巨大沖擊。3D打印技術(shù)是一項(xiàng)“變革性”的短周期、低成本、數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可節(jié)省時(shí)間和材料，能在短期內(nèi)快速打印出所需的各種高端、精密的零部件。不用制模和其他復(fù)雜的傳統(tǒng)工序，制造的成本比傳統(tǒng)的數(shù)控加工要低很多。傳統(tǒng)的制造工業(yè)不僅需要花費(fèi)更多的時(shí)間，還會(huì)浪費(fèi)更多的昂貴材料。一般來說，傳統(tǒng)工藝只使用了10%的原材料，其他的都在鑄模、鍛造、切割和打磨過程中浪費(fèi)了。而3D打印技術(shù)徹底顛覆了傳統(tǒng)數(shù)控“去除法”加工方式，并逐步以全新的逐層疊加打印的“數(shù)字化制造”方式取代。毫無疑問，隨著3D打印技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，必將對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)帶來巨大沖擊，從而使整個(gè)世界的制造業(yè)與物流格局都會(huì)因此被徹底顛覆。
　　三是促進(jìn)新市場(chǎng)的發(fā)育和崛起。隨著技術(shù)成果的推廣和應(yīng)用，3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)勢(shì)頭，正在促進(jìn)新市場(chǎng)的出現(xiàn)和崛起。有關(guān)資料表明，“全球3D打印產(chǎn)值從0到10億美元花了20年的時(shí)間，從10億到20億美元花了5年時(shí)間?！泵绹?guó)《時(shí)代》周刊將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”。從行業(yè)分布來看，用于消費(fèi)電子領(lǐng)域的打印技術(shù)仍然占主導(dǎo)地位，大約占20.3%的市場(chǎng)份額，其他主要領(lǐng)域依次是汽車（19.5%）、醫(yī)療和醫(yī)科（15.1%）、工業(yè)及商用機(jī)器（10.8%）；從區(qū)域分布來看，北美地區(qū)（40.2%）、歐洲（29.1%）、亞洲（26.3%）三大區(qū)域占主導(dǎo)地位，其中亞洲地區(qū)主要集中于日本（38.7%）及中國(guó)（32.9%）。從3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭看，特別是依托定制化創(chuàng)意，必然會(huì)開拓新的業(yè)務(wù)模式，并促進(jìn)新市場(chǎng)的發(fā)育和崛起，從而為世界各國(guó)帶來更大的發(fā)展機(jī)遇。
　　四是勢(shì)必引起新一輪工業(yè)革命。3D打印技術(shù)作為新興產(chǎn)業(yè)正在改變世界，同時(shí)也在引發(fā)制造業(yè)生產(chǎn)模式的變革，它所產(chǎn)生的巨大能量正在推動(dòng)新一輪工業(yè)革命。對(duì)此，英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為，3D打印技術(shù)將會(huì)與“其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”。盡管3D打印技術(shù)已在制造業(yè)顯現(xiàn)出特有的優(yōu)勢(shì)，但是由于受技術(shù)、材料、成本等方面的制約，實(shí)際應(yīng)用范圍有限，因此還不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)取代現(xiàn)有的制造產(chǎn)業(yè)。然而，作為一種趨勢(shì)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將勢(shì)不可擋。目前，世界各國(guó)都敏感地認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)帶來難以預(yù)料的發(fā)展?jié)摿Γ蚨?jìng)相發(fā)展3D打印技術(shù)，以期占領(lǐng)未來市場(chǎng)先機(jī)，這無疑將會(huì)引起新一輪競(jìng)爭(zhēng)。
　　2013年2月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在國(guó)情咨文演講中表示，將建設(shè)一個(gè)包含15個(gè)制造創(chuàng)新中心的全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)，希望專注于3D打印和基因圖譜等各種新興技術(shù)。并稱，3D打印有可能“變革我們生產(chǎn)一切產(chǎn)品的方式”。英國(guó)3D打印技術(shù)更側(cè)重于醫(yī)學(xué)方面，已研發(fā)出利用胚胎干細(xì)胞造人體組織的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)將使人類制造出更精確的人體組織模型。然而，德國(guó)對(duì)此“3D熱”則比較冷靜，有關(guān)專家認(rèn)為，盡管3D打印技術(shù)對(duì)于科學(xué)和經(jīng)濟(jì)已有一定重要的作用，并且贏得一個(gè)非常有活力的發(fā)展，設(shè)備和軟件被不斷研發(fā)更新，有了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域，但在這個(gè)階段就說3D打印將帶來“第三次工業(yè)革命”是夸張的。盡管如此，事實(shí)上“3D大戰(zhàn)”也與其他新技術(shù)發(fā)展一樣，已悄然拉開了激烈競(jìng)爭(zhēng)的帷幕，因?yàn)閷?duì)于各國(guó)來說，在這場(chǎng)“3D大戰(zhàn)”中的輸贏可能決定本國(guó)未來的命運(yùn)。