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，將收集到三維數據通過無線傳輸系統傳回本部，同時，本部根據這些數據同步打印，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。
“它是從虛擬到現實的理想捷徑，是第三次工業革命的重要環節之一，將對人類未來生活的各個方面產生深遠的影響。”本周，記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。這是個新興產業嗎？
徐院士：不完全是，這類技術最開始出現在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。因此不必采用傳統的加工機床和工模具，依據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展。20年前，我們所處的還不是網絡時代，還不能發展得這么快。而現在，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，是3D打印比較容易發展的方向。對于國防工業的器件，用3D打印技術來做，可能是一個很好的應用領域。因為國防工業用的材料或者零部件，它的數量不是特別大，所以零件適合用3D打印來做，如果用傳統的技術來做，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。
能推動制造業的進步
問：3D打印這一技術比起傳統制造業而言，優勢在哪里？
徐院士：減材制造是機械制造業最常用的成型方法，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打印技術對傳統制造業的工藝改進和新材料的應用，具有顛覆性的意義和作用。與傳統制造業先制作模具，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數據，并傳送到3D打印機上，即可制作。這種數字化制造模式，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。
它的優勢在建筑設計業也有所體現。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產業，尤其是制造業的進步，是否具有特別意義？
徐院士：確實是。與前兩次工業革命相比，在3D打印技術得到廣泛運用的情況下，現代制造業也許不再運用工廠。這種將人力、資金、設備等生產要素大規模集中化的生產方式，轉變為一種以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
問：3D打印技術很強大，但也面臨著不少問題和挑戰。要想進行大規模的應用，短期內是否還比較難？
徐院士：你說得對。主要是精度和效率，我們做出來的不少成品精度在0.1毫米左右，表面光滑度也不高，真正要作為機械工程的零部件來說，它的精度還很不夠。所以，我們希望能夠爭取把金屬材料的精度，做到10微米(1微米=0.001毫米)、20個微米，40個微米。如果我們能達到這個水平，那就有可能直接用3D打印做零件，而不是翻模具重新來做。
另外，要把精度分辨得極高以后，它必然帶來的問題就是效率會比較低。所以怎樣又快又好地打印出成品，還需要我們改進和研究。除此之外，并不是傳統的材料，3D打印都可以拿過來用，現在用得最多的是塑料，金屬和陶瓷等還在進一步的探索中。因此有必要開發更好的材料，這樣應用范圍就會大很多。不過真正高精度、高強度的材料，做起來難度也大。因為一次3D打印做出來以后，還有長期應用、耐疲勞等問題。另外，生產出來的材料，有的要求要大，有的要求要薄，這些要求以及工藝穩定性都亟待解決。所以想要真正做到零部件生產，難度非常大。 因此3D打印離大規模應用還有一定距離，短期內還不能夠實現，至少我們目前水平還沒有達到。除了產業聯盟，我們的大學、研究所，要用更多的精力去研究光源、材料、制造零部件的3D打印設備，這些也是非常重要的。
問：3D打印技術現在處于一個什么樣的狀態？我國又有什么樣的計劃呢？
徐院士：今年早些時候，中國3D打印技術產業聯盟秘書長羅軍就表示過，中國有潛力成為世界最大的3D打印市場。未來三年內中國將正式啟動至少10個3D打印創新中心，發展500家傳統企業進入3D打印技術產業聯盟。3D打印市場的產值，則可能會從10億元人民幣，增長到100億元。
不過，事實上3D打印的顛覆之路還很長。總體而言，它目前仍處在起步階段，距離大規模應用還有一段時間。傳統制造業所擅長的批量化、規模化生產以及精益化生產，恰恰是3D打印的短板。而公眾對于3D打印技術的認識也不夠全面，它并非無所不能，其技術核心在于，它可以解決高難度、復雜、個性化的設計需要，只有當傳統生產方式無法應用的時候，它的魅力才能顯示出來。
目前，它的最大優勢在于產品高端開發和滿足個性化需求方面，雖然它的普及領域越來越廣，但更多的是用在高端研發，無法形成產業化。例如，網上售賣的一款3D打印機，打印一只普通手機殼大概需要兩小時，但打印的材料卻只能用價格不菲的ABS塑料。這樣一來，所花費的成本和時間，就會大大超過在超市購買一個手機殼的開銷，這也因此會限制3D打印技術，在低端民用市場的普及應用。
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