3D打印：面对不断的机遇和挑战

　　2015年的国际电子消费展上，3D打印技术已从纯粹的工业技术、创客工具转变为消费级产品。随着3D打印市场的日益扩大，3D打印机制造商和整个行业都在不断壮大。3D打印的未来，令人无限遐想！

　　工作原理解析

　　3D打印技术，即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

　　说起它的原理，其实一点都不复杂，其运作原理和传统打印机工作原理基本相同，也是用喷头一点点“磨”出来的。只不过3D打印它的喷的不是墨水，而是液体或粉末等“打印材料”，利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

　　它的工作步骤是这样的：使用CAD软件来创建物品，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物、或者微缩建筑等等。然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来，其工作结构分解图如下。3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后在进行打印输出。

　　3D打印机的结构解剖和工作原理图

　　3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

　　3D打印正在突破传统

　　3D打印突破了传统的设计和制造局限性，可同时产生多个设计迭代，且无需任何昂贵的工具。通过3D打印建模，小型设计和工程公司即可直接验证创意，在设计流程初期就可以改正原型的错误并提升其质量，避免损失；而对于大型公司，3D打印的模型是向上级呈现创意直观有效的方法。3D打印的概念模型也是宝贵的沟通工具，可以以计算机模型无法比拟的方式传达创意。

　　3D打印技术可以让原型在短时间，用一个简单的调整，快速测试新的部分。省去昂贵的模具成本，以让设计师自由发挥，专注于制造重量更轻的结构以及其他重要因素，提高产品工作效率。制作原型的速度越快，上市越快。

　　此外，3D打印技术一体成型，避免了传统成型技术中需要切割、抛光等流程，从而节省了材料。对于某些需要特定生产的产品来说，更大幅度降低了成本。

　　3D打印持续创新

　　3D打印技术只有想不到，没有做不了。3D打印技术真正步入市场，不过几年间的事，然而现在3D打印行业的市场价值据美国专业机构的初步统计，已达到20多亿美元。专家们预计，到2021年，3D打印的规模会是现在的5倍。届时，我们的衣食住行可能都已是用3D打印解决，甚至我们飞向外太空的梦想、肢体再生的理想等，也可能依赖3D打印来实现。

　　如今的3D打印，不仅打印的内容在不断更新，从打印玩具到打印假牙，再到打印汽车、飞船……根据内容的需要，各种材质也纷纷加入打印队伍，为3D打印提供了更多可能。例如，在一些艺术形式中，很多艺术模型都被设计的极其富有想象力且非常复杂的结构表现力，这样的模型在传统的工厂制作是很难且高昂的成本。3D打印技术为艺术设计师们创造了通往无限可能性的大门，我们可以把米开朗琪罗的大卫雕塑视为作者脑中的3D图像的实体表现，而借助现代快速成型技术，我们可以创造实体雕塑，却不需要大费周章地使用锤子和凿子。

　　此外，还可以通过使用3D扫描设备将文物、古代雕像、古代建筑转换成3D数字形式，用于永久性的保存。利用3D打印对地理信息进行准确的描述

　　3D打印面对的困境和未来

　　一方面，与传统成型技术相比，3D打印技术的缺点非常明显。最明显的缺点就是不抗摔。3D打印目前比较常用的是高分子材料，而每种材料都有自己的熔点以及流体等各种性能，3D打印很难实现将目前各种材料配合，从而导致打印的成品脆性大等缺点。

　　此外，在进行大规模生产的时候，成本过高。3D打印技术生产成本成阶梯状，如果生产一个可能成本要远低于传统成型技术，生产十个可能成本就已经持平，而如果同样生产100个产品，3D打印的成本将远远超过传统成型技术，这也是现阶段3D打印材料问题无法取得实质突破的必然结果。在材料与成本无法得到解决的现阶段，3D打印技术处于一个尴尬的境地中。

　　另一方面，伦理与道德对3D打印技术又有制约。如果是3D打印的房屋，你敢不敢住，如果在5年前可能许多人都嗤之以鼻，但是在房价高企的今天，购房成本便宜一半似乎更有吸引力。

　　在今年年初，数栋使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区。这批建筑包括一栋面积约1100平米的别墅、一栋5层居民楼和一栋简易展厅等，建筑的墙体由大型3D打印机喷绘而成，而使用的“油墨”则是由少量钢筋、水泥和建筑垃圾制成。建造这些3D打印的房屋仅仅需要1个月左右的时间，且节约建筑材料30%到60%，工期缩短50%到70%，节约人工50%到80%，建筑成本可至少节省50%，并且防震效果和保温效果都会增强。

　　许多3D打印爱好者和买不起房的人均跃跃欲试，但大多由于材料质量不合格等原因没有成功。胡伟表示，3D打印可以提供给我们各种便利，但同时也带给我们看不到的风险。去年，国外就有人通过3D打印成功打印出枪支，并且试射成功。而许多不法分子也通过3D打印制作出极为精致的人皮面具，进行不法活动。

　　国外一些国家已经有针对3D打印技术的专项法规，而在我国还是空白。如果想要3D打印技术在我国可以健康有序地发展，在投入大量资金和力量进行研发的同时，专项法规也一定要跟上，不然可能搬起石头砸自己的脚。