之所以使用“打印”一詞，其原理與傳統(tǒng)打印機(jī)是相似的，都通過(guò)電腦操作完成。但本質(zhì)不同，傳統(tǒng)打印機(jī)里面裝的是墨粉，而3D打印機(jī)里面則是一個(gè)龐大的材料系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)里面是根據(jù)產(chǎn)品需要而配備各種材料，包括光敏樹(shù)脂、塑料、尼龍，甚至是金屬。

    當(dāng)然，如果你想依據(jù)自己的面貌和身材打造一個(gè)立體玩偶，在這里也可以實(shí)現(xiàn)。羅百輝說(shuō)，像這種定制化的服務(wù)模式在歐美國(guó)家已非常流行，人們能自己設(shè)計(jì)三維圖樣，或是委托相關(guān)3D打印公司，或是通過(guò)在線3D打印服務(wù)網(wǎng)站，為自己或他人定制物件。

    效率為王省錢(qián)省時(shí)間

    相比傳統(tǒng)制造，3D打印有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

    據(jù)悉，北京一家3D打印技術(shù)團(tuán)隊(duì)曾為客戶(hù)制作了一件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的3D打印模具，尺寸為長(zhǎng)288mm、寬153mm、高67mm，使用的是熔融擠壓堆積成型工藝（簡(jiǎn)稱(chēng)FDM）打印制作，耗費(fèi)時(shí)間約為40小時(shí)，花費(fèi)3000元，如果同樣的模具采用傳統(tǒng)制造方法，需要耗費(fèi)30天左右的時(shí)間，花費(fèi)在10000元左右。

    對(duì)比可以看出，3D打印在時(shí)間和費(fèi)用上都比傳統(tǒng)模具更占優(yōu)勢(shì)，在用于新產(chǎn)品的驗(yàn)證開(kāi)發(fā)上，可以很大程度地節(jié)省項(xiàng)目的時(shí)間和費(fèi)用。

    通俗點(diǎn)說(shuō)，過(guò)去的傳統(tǒng)制造方法，比如采用模具，把金屬或塑料熔化后灌進(jìn)去，從而得出零件，這對(duì)復(fù)雜的零部件加工而言非常困難。這種時(shí)候，3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)就能凸顯出來(lái)。

    美國(guó)通用電氣公司向史玉升團(tuán)隊(duì)定制過(guò)一款零件，是鎢鎳材料制造0.1毫米壁厚的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)金屬零件，兩片手機(jī)芯片大小的立體空間擁有多達(dá)156個(gè)微細(xì)網(wǎng)格。

    3D打印機(jī)激發(fā)了人們的想象力。工程師們可以用其打印模具，“極客”牙醫(yī)可用它來(lái)打印假牙，汽車(chē)維修公司可以用其來(lái)打印稀缺的汽車(chē)零部件，而不是忍受全球物流的煩瑣和時(shí)間消耗。另外像捷豹、路虎等汽車(chē)生產(chǎn)商，其所用環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料所制部件中已有超過(guò)三分之一通過(guò)3D打印機(jī)生產(chǎn)。

    今年7月，美國(guó)宇航局（NASA）在地球上進(jìn)行低重力拋物線飛行過(guò)程中，測(cè)試了3D打印機(jī)。或許宇航員們以后能用3D打印機(jī)來(lái)制造發(fā)射時(shí)遺漏的設(shè)備或物品。

    重塑全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局

    據(jù)美國(guó)沃勒斯同仁咨詢(xún)公司數(shù)據(jù)，2011年全球3D打印產(chǎn)品與服務(wù)的銷(xiāo)售額為17億美元，到2019年，該行業(yè)的收入將達(dá)69億美元，其中零部件制造將占80%。

    這幾年以來(lái)，北美和歐洲的3D打印市場(chǎng)正在急劇增長(zhǎng)。從3D巨頭美國(guó)斯川塔斯公司去年的財(cái)務(wù)報(bào)告可以看到，其80%的收入來(lái)源于歐美市場(chǎng)。

    3D打印現(xiàn)在雖然還沒(méi)完善到直接造出汽車(chē)和iPhone的程度，但對(duì)于制造某些汽車(chē)配件和特別定制的手機(jī)零部件已非難事。正是因?yàn)槠渲圃爝^(guò)程多是以數(shù)字化的方式表達(dá)，使得人們可以用更少的人力成本，去靈活地生產(chǎn)少量產(chǎn)品。而這一點(diǎn)對(duì)于歐美國(guó)家而言，是一個(gè)福音。但對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，這或許將給制造業(yè)帶來(lái)一定的沖擊。

    在史玉升看來(lái)，3D打印在全球范圍內(nèi)都尚處于起步階段，但這不妨礙這項(xiàng)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)變成為全球先進(jìn)制造的一個(gè)新動(dòng)向，這已發(fā)展成為一種“戰(zhàn)略技術(shù)”。

    在飛機(jī)、核電和火電等行業(yè)所使用的重型機(jī)械、高端精密機(jī)械裝備上，傳統(tǒng)的焊接和零部件加固的方法，使得部件之間的連接非常費(fèi)工，而且牢固性還有待提高。但若使用3D打印技術(shù)，無(wú)縫連接是其最大亮點(diǎn)之一，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度將得到很大的提升。

    “如果我們還不重視3D打印，這項(xiàng)技術(shù)在重塑全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局的時(shí)候，我國(guó)將跟在別人的身后跑，但這塊市場(chǎng)不能丟。”亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)羅軍說(shuō)。

    不是顛覆是改造

    現(xiàn)在打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)搜索“3D打印”，不是“顛覆制造業(yè)的革命”，就是“3D打印將取代制造業(yè)”。就目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，3D打印技術(shù)不僅不會(huì)取代制造業(yè)，相反會(huì)為傳統(tǒng)制造業(yè)的改造和提升提供更好的思路，并使得傳統(tǒng)制造業(yè)更好地調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和方向。3D打印技術(shù)的突破，或許將使工廠徹底告別車(chē)床、鉆頭、制模機(jī)等傳統(tǒng)工具，改由更加靈巧和精準(zhǔn)的電腦軟件主宰。

    國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)部研究員王忠宏近期也撰文指出，在我國(guó)已掌握的3D打印技術(shù)中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，已基本滿(mǎn)足特種零部件的機(jī)械性能要求，有望率先應(yīng)用于航天、航空裝備制造。另外，生物細(xì)胞3D打印技術(shù)取得顯著進(jìn)展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國(guó)生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

    北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王華明及其團(tuán)隊(duì)，同我國(guó)主要飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所一起合作，通過(guò)3D打印技術(shù)，已研制生產(chǎn)了我國(guó)飛機(jī)裝備中迄今尺寸最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的鈦合金及超高強(qiáng)度鋼等高性能關(guān)鍵整體構(gòu)件，并在大型客機(jī)C919等飛機(jī)研制生產(chǎn)中得到應(yīng)用，大幅度縮短了周期和成本。

    過(guò)去工業(yè)化最大的成就就是通過(guò)機(jī)械化，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化大生產(chǎn)。羅百輝認(rèn)為，3D打印技術(shù)則可能將這種生產(chǎn)單位演變?yōu)槿舾蓚€(gè)體，新的生產(chǎn)方式或許將使傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造業(yè)面臨一次長(zhǎng)時(shí)間的“洗牌”。

    然而，在我國(guó)已啟動(dòng)的各類(lèi)重大科技專(zhuān)項(xiàng)、“973”計(jì)劃、“863”計(jì)劃、科技支撐計(jì)劃中，尚未將快速制造技術(shù)（3D打印技術(shù)）列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

    國(guó)外的腳步已經(jīng)邁開(kāi)，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬今年3月份提議，投資10億美元建立由15家制造業(yè)創(chuàng)新研究所組成的全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，以帶動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新和增長(zhǎng)。

這項(xiàng)計(jì)劃的第一步在今年8月已開(kāi)始實(shí)施，便是在俄亥俄州的揚(yáng)斯敦建立研發(fā)3D打印技術(shù)的創(chuàng)新研究所。

    不敢“吃螃蟹”的緣由

    雖然3D打印機(jī)的效率和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的精準(zhǔn)控制很有優(yōu)勢(shì)，但我國(guó)敢于“吃螃蟹”的企業(yè)非常少。一方面是人們對(duì)于3D打印的概念還很陌生，另一方面在于3D打印機(jī)本身的價(jià)格也比較昂貴，比如前文提到的制作“鳳凰翅膀”的3D打印機(jī)，是美國(guó)斯川塔斯公司出品的，價(jià)格在200萬(wàn)元左右，同類(lèi)的國(guó)產(chǎn)機(jī)型，價(jià)格也在100萬(wàn)元以上。羅百輝透露，目前國(guó)內(nèi)，北京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校以及為數(shù)不多的幾家企業(yè)在3D打印技術(shù)方面具有較強(qiáng)的研發(fā)能力，但此前的狀態(tài)是各自為政，缺乏宏觀規(guī)劃和引導(dǎo)。

    現(xiàn)在成立了中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，目的就在于希望引導(dǎo)這一新興產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)“產(chǎn)學(xué)研一體化”，有一個(gè)系統(tǒng)的共同推進(jìn)動(dòng)力，同時(shí)也讓更多人了解這項(xiàng)新技術(shù)。

    “3D打印發(fā)展的瓶頸之一在于材料的局限性。”中科院化學(xué)研究所研究員、新材料實(shí)驗(yàn)室主任宋延林表示，現(xiàn)在真正利用在工業(yè)制造領(lǐng)域的3D打印產(chǎn)品還非常有限，更多的是用來(lái)做模型、模具來(lái)減化生產(chǎn)環(huán)節(jié)。而在民用方面，3D打印更像是工藝品的一種制造方法，實(shí)用性也非常有限。一種靠譜的、適合3D打印的材料應(yīng)該具備使用的方便性、成本的可控性、性能的可靠性這三個(gè)特性。在他看來(lái)，依據(jù)材料科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，3D打印材料需求的豐富性可能還需要10年左右，才能突破現(xiàn)在的瓶頸，產(chǎn)生一次變革，那個(gè)時(shí)候的3D打印將極大地豐富制造業(yè)，甚至讓每個(gè)擁有3D打印機(jī)的人都能隨心所欲地DIY自己的小物件。

    3D打印技術(shù)的發(fā)展，依托于信息技術(shù)、精密機(jī)械以及材料科學(xué)等多學(xué)科的尖端技術(shù)。羅軍認(rèn)為，我國(guó)目前的軟肋在于自動(dòng)化控制系統(tǒng)方面與國(guó)外相比還有較大的差距，運(yùn)行穩(wěn)定性有待提高。

    這項(xiàng)新興技術(shù)最終會(huì)發(fā)展到什么程度，雖然現(xiàn)在無(wú)法下定論，但它提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)想法的渠道，只要你將創(chuàng)意輸入電腦，再來(lái)一臺(tái)3D打印機(jī)，就可以按照自己的方式為世界添點(diǎn)“料”。

    1.產(chǎn)品原型

    產(chǎn)品研發(fā)中的原型設(shè)計(jì)是目前應(yīng)用快速成型技術(shù)最多的領(lǐng)域。利用這種技術(shù)可以很方便地制造出產(chǎn)品原型，供技術(shù)人員用來(lái)外觀研討或測(cè)試之用。這就比傳統(tǒng)的外發(fā)制作原型的辦法省了不少時(shí)間與金錢(qián)，也保密和方便了很多。

    2.藝術(shù)品

    3D印刷能夠創(chuàng)作出許多令人驚嘆的藝術(shù)作品。這些作品如果用常規(guī)方法創(chuàng)作，要么十分困難，要么費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在這一領(lǐng)域三維打印就顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。目前各國(guó)藝術(shù)家利用該技術(shù)創(chuàng)作出各種復(fù)雜的中小型雕塑作品或用于原比例縮小后的概念模型展示。

    3.精密零部件驗(yàn)證

    在零件制造行業(yè)，這項(xiàng)技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)制造技術(shù)。羅百輝認(rèn)為某些高強(qiáng)度或特用材料制造出的發(fā)動(dòng)機(jī)零件可用于常規(guī)模擬測(cè)試，精確和一次成型對(duì)于很多精密零件的初期審核來(lái)說(shuō)無(wú)比重要，3D打印技術(shù)恰好能滿(mǎn)足這些高精度、材料模擬等專(zhuān)業(yè)需求并提高制造速度與保密性。

    如今家庭裝飾都講求個(gè)性與人性化，追求感官愉悅，這就給了3D打印技術(shù)發(fā)揮的空間。歐美現(xiàn)已有多家公司提供利用快速成型設(shè)備制作個(gè)性裝飾的服務(wù)，包括像我們熟悉的瑞典“宜家”開(kāi)發(fā)總部。

    5.建筑模型

    建筑模型的傳統(tǒng)制作方式漸漸無(wú)法滿(mǎn)足高端設(shè)計(jì)項(xiàng)目的全數(shù)字還原不失真的立體展示和風(fēng)洞及相關(guān)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)如今眾多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的大型設(shè)施或場(chǎng)館都利用快速成型先期構(gòu)建精確建筑模型來(lái)進(jìn)行效果展示與相關(guān)測(cè)試，該類(lèi)設(shè)備所發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)和無(wú)可比擬的逼真效果為設(shè)計(jì)師所認(rèn)同。

    6.醫(yī)療手術(shù)與牙科

    利用3D打印機(jī)制作的膝關(guān)節(jié)手術(shù)植入體，能很好地與病人原有的組織模擬結(jié)合進(jìn)行手術(shù)。3D打印技術(shù)的誕生，在手術(shù)前關(guān)節(jié)或牙科導(dǎo)板、人體結(jié)構(gòu)模型等方面發(fā)揮著極大的作用。

    7.人偶玩具

    很多追星族和動(dòng)漫迷都喜歡收集明星人偶和動(dòng)漫手板。用傳統(tǒng)方法制作的人偶玩具由于工序復(fù)雜，導(dǎo)致價(jià)格昂貴，讓普通人難以承受。現(xiàn)在市場(chǎng)上推出的利用3D打印機(jī)來(lái)快速成型的方式，改變了這一過(guò)程，只需要繪制出動(dòng)漫效果圖，粉絲發(fā)送到制作機(jī)構(gòu)，數(shù)小時(shí)或當(dāng)天就可以在家收到喜歡的人偶手板。

    8.犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建

    不是所有的警察都會(huì)有福爾摩斯那樣強(qiáng)大的推理能力，碰到錯(cuò)綜復(fù)雜的案情，他們經(jīng)常要重建犯罪現(xiàn)場(chǎng)來(lái)幫助推理。想很快地把現(xiàn)場(chǎng)海量的物品，如椅子、沙發(fā)、臺(tái)燈等復(fù)原出來(lái)，最簡(jiǎn)單的辦法不是用沙盤(pán)，而是用3D打印機(jī)。在美劇《犯罪現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查》（CSI）中，3D打印技術(shù)已經(jīng)派上了用場(chǎng)，在真實(shí)的案情偵測(cè)中也能見(jiàn)到這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。

    9.珠寶

    珠寶商是最早“試吃”3D打印技術(shù)這只“螃蟹”的先鋒之一。他們將這種技術(shù)引入到了珠寶制作中去，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是“石蠟變珠寶”。在一種被稱(chēng)為“熔模鑄造”的工藝?yán)?，技術(shù)人員用3D打印機(jī)將石蠟“打印”出想要的飾品形狀。用石膏在石蠟?zāi)＞咧車(chē)庸?，然后把熔融的金屬倒進(jìn)模具里，石蠟就會(huì)熔化掉，熔融的金屬凝固，變成想要形狀。最后經(jīng)過(guò)打磨和拋光，一件精美的首飾就完成了。

    10.醫(yī)療器械

    3D印刷能做花哨的東西，也能做實(shí)用的東西，這些東西甚至能拯救生命。在進(jìn)行復(fù)雜的手術(shù)前，外科醫(yī)生已經(jīng)開(kāi)始利用3D打印機(jī)“打印”身體部位以供參考。3D打印機(jī)也能夠在醫(yī)療設(shè)備或?qū)I(yè)輔助器械的開(kāi)發(fā)中，發(fā)揮特殊材料（通過(guò)嚴(yán)格醫(yī)療材質(zhì)認(rèn)證的部分打印材料）的專(zhuān)業(yè)用途。