3D打印技術的長處和短板

還記得電影《十二生肖》中，成龍扮演的國際大盜，戴著光學傳感手套觸摸獸首，將收集到三維數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)傳回本部，同時，本部根據(jù)這些數(shù)據(jù)同步打印，復制出了一個完全一樣的獸首嗎？當時，不少人都感嘆這一場景太神奇。但其實，這也并不神秘，它就是3D打印技術的再現(xiàn)。

“它是從虛擬到現(xiàn)實的理想捷徑，是第三次工業(yè)革命的重要環(huán)節(jié)之一，將對人類未來生活的各個方面產生深遠的影響�！北局�，筆者對話中國工程院院士徐志磊，讓解析3D打印技術的長處和短板。

3D打印技術應用領域廣泛

問：3D打印近幾年很火，我們曾聽說3D打印出真槍，甚至人的耳朵。這是個新興產業(yè)嗎？

徐院士：不完全是，這類技術最開始出現(xiàn)在20世紀80年代，但那個時候它不叫3D打印，我們在中國叫快速成型。它的核心就是將所需成型工件的復雜3D形體，通過切片處理轉化為簡單的2D截面的組合。因此不必采用傳統(tǒng)的加工機床和工模具，依據(jù)工件的三維計算機輔助設計(CAD)模型，在計算機控制的快速成型機上，沿著高度方向逐層沉積材料，成型工件的一系列2D截面薄片層，并使片層與片層之間相互粘接，最終堆積成三維工件。

3D打印為什么這么火，我覺得還是取決于計算機和網絡的快速發(fā)展。20年前，我們所處的還不是網絡時代，還不能發(fā)展得這么快。而現(xiàn)在，3D打印幾乎能做到“想打就打”了，只要電腦軟件能支持就可以。

問：這個技術能運用在哪些領域上？

徐院士：小到細胞、牙齒、骨骼甚至我們自身，大到房屋、汽車、飛機等，都能夠打印成型。

我認為航空與軍工業(yè)，是3D打印比較容易發(fā)展的方向。對于國防工業(yè)的器件，用3D打印技術來做，可能是一個很好的應用領域。因為國防工業(yè)用的材料或者零部件，它的數(shù)量不是特別大，所以零件適合用3D打印來做，如果用傳統(tǒng)的技術來做，可能它的生產條件、設備、代價就會比較高。比如波音公司，或者像美國的F35、F22，例如德國的奔馳、寶馬等一些車部零件，就已經開始用3D打印來制造了。

在產品的原型或模型制作上，3D打印也已經得到了運用。另外，一些非金屬工程零件的制作，3D打印也能駕馭，而且一些很復雜的、傳統(tǒng)工藝制作起來很費勁的、很精密的結構，它更是能夠勝任。

能推動制造業(yè)的進步

問：3D打印這一技術比起傳統(tǒng)制造業(yè)而言，優(yōu)勢在哪里？

徐院士：減材制造是機械制造業(yè)最常用的成型方法，但它采用的毛坯通常需鑄造或鍛造而成，并且還需要模具，加工周期較長，材料利用率較低，成本較高。此外，還受刀具或模具的限制，有時甚至無法成形一些內外形狀很復雜的工件。另外，在鑄造過程中，往往要將所需要的形狀，從一整塊原材料中制造出來，這不可避免地會帶來浪費。

但3D打印技術對傳統(tǒng)制造業(yè)的工藝改進和新材料的應用，具有顛覆性的意義和作用。與傳統(tǒng)制造業(yè)先制作模具，然后才能把設計原型制作出來的生產方式不同，3D打印技術無需制作模具，也不需要任何機械加工，只需要通過電腦輔助技術得到3D數(shù)據(jù)，并傳送到3D打印機上，即可制作。這種數(shù)字化制造模式，不但降低了因模具生產和改進所投入的成本，也大大提高了生產效率，同時也避免了模具在生產完成后便無價值的資源浪費。

問：除了成本之外，它還有其他的優(yōu)勢嗎？或者說它在其他領域會有什么應用？

徐院士：生物3D打印在醫(yī)學領域，應用前景還是挺大的。因為它具有快速性、準確性以及擅長制作復雜形狀實體等特性。特別是個體之間的身體構造、病理狀況，都存在特殊性和差異化，而3D打印能很好地滿足這一點。比如動手術之前，醫(yī)生就可以通過3D打印技術，打印出相應的器官進行演練，從而更好地完成手術。

它的優(yōu)勢在建筑設計業(yè)也有所體現(xiàn)。通常建筑的設計需要經過多次改動。但是制作模型往往并不是件簡單的事，特別是在一遍遍的改動下。而3D打印就能簡化設計師們的工作量，只要把圖紙通過軟件輸入3D打印機內，幾個小時就能打印出來。一些比較前衛(wèi)的、復雜的建筑，人工制作模型比較困難的，3D打印技術就能夠提供這樣的幫助。

問：3D打印技術對于推動工業(yè)產業(yè)，尤其是制造業(yè)的進步，是否具有特別意義？

徐院士：確實是。與前兩次工業(yè)革命相比，在3D打印技術得到廣泛運用的情況下，現(xiàn)代制造業(yè)也許不再運用工廠。這種將人力、資金、設備等生產要素大規(guī)模集中化的生產方式，轉變?yōu)橐环N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。當這種方式得到廣泛運用，那么每個人都可以是一家工廠。

而且我認為，3D打印將極有可能孕育第三次工業(yè)革命。我打個比方，我們的生產線可以做到，送一頭牛進去然后出來牛肉罐頭，同樣也能把牛肉罐頭放進去，然后生產出一頭牛。后者就是3D打印能做到的。

3D打印將顯著提高人類對物質世界的控制能力，幾乎是一種最理想的工具手段，也許未來將會以我們難以預料的方式，永久改變人類的文明進程。

精度和效率成最主要挑戰(zhàn)

問：3D打印技術很強大，但也面臨著不少問題和挑戰(zhàn)。要想進行大規(guī)模的應用，短期內是否還比較難？

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