在今年 5 月初,，我國(guó)首飛成功的長(zhǎng)征五號(hào) B 運(yùn)載火箭上,，搭載著我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船,，而實(shí)驗(yàn)船上還首次搭載了一臺(tái)“3D 打印機(jī)”。

　　我國(guó)首次“太空 3D 打印”實(shí)驗(yàn),，也是國(guó)際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的 3D 打印實(shí)驗(yàn),，其目的主要是為了支持未來空間站的長(zhǎng)期在軌運(yùn)行，以及發(fā)展空間超大型結(jié)構(gòu)在軌制造和擴(kuò)建,。

　　這相當(dāng)于是計(jì)劃在太空中搭建一個(gè)建造工廠,，直接為空間站提供建筑材料，而省去從地球發(fā)射笨重設(shè)備的環(huán)節(jié),，直接提供“建筑材料”即可維持空間站的建設(shè)了,。

　　3D 打印技術(shù)，曾經(jīng)在 15,、16 年火爆科技圈的黑科技,，和同樣火爆的無人機(jī)、VR 眼鏡等設(shè)備,，一度成為小眾的科技愛好者紛紛種草的新技術(shù),。

　　不過經(jīng)過幾年的觀察，3D 打印技術(shù)也同樣沒有迎來消費(fèi)級(jí)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā),。對(duì)于大多數(shù)人來說，入手一臺(tái)入門級(jí) 3D 打印機(jī)的成本并不高,，但使用場(chǎng)景和使用需求確實(shí)非常尷尬,。廉價(jià)使用的工業(yè)品基本可以滿足日常所需，而個(gè)性化的產(chǎn)品往往對(duì)設(shè)計(jì)和工藝要求都很高,，普通設(shè)備難以搞定,。

　　但是 3D 打印技術(shù)一直在持續(xù)進(jìn)化，正在成為眾多科技領(lǐng)域和制造業(yè)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置,。我們不妨進(jìn)到 3D 打印技術(shù)的縱深,，來看下這一曾經(jīng)備受矚目的黑科技有了哪些新進(jìn)展，將來技術(shù)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有哪些新可能,？

　　3D 打?。侯嵏矀鹘y(tǒng)制造業(yè)的“古登堡革命”

　　3D 打印，顧名思義,，就是不同于我們的平面打印,，它是在一個(gè)三維立體空間中制造東西。其技術(shù)原理也很簡(jiǎn)單,，最直觀的理解就如同蛋糕師將奶油一點(diǎn)點(diǎn)擠出疊加形成各種形狀的裱花,。只不過 3D 打印可以使用的材料更多、可以制造的物品更為復(fù)雜,。不過,，這仍然沒有理解 3D 打印帶給制造業(yè)的革命性的變化,。

　　傳統(tǒng)制造業(yè)有兩種制造工藝，一種是等材制造,，一種是減材制造,。

　　等材制造就是在加工制作前后，材料沒有損耗,。如同古代鑄劍,，就是把銅或鐵融化，倒入磨具,，然后不斷敲打,、淬火成形，鑄成劍的重量跟原來材料重量差不多,，這就是等材制造,。這類工藝已經(jīng)有 3000 多年的歷史了，它的特點(diǎn)是局限性很大,，可以制造的工具非常有限,。

　　減材制造，是隨著工業(yè)革命的發(fā)展而出現(xiàn)的新技術(shù),，就是在零部件,、工具制造過程中，對(duì)材料進(jìn)行各種切割以得到想要的形狀,，因而會(huì)出現(xiàn)材料的耗損,，比如現(xiàn)代金屬制造業(yè)，使用的車,、刨,、磨、鉆等切割工藝,，就是這種減材制造,。雖然這類工藝只有 300 年時(shí)間，卻讓整個(gè)世界進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代,。

　　與等材制造和減材制造的工藝不同,，3D 打印則帶來了一種全新的生產(chǎn)制造方式——增材技術(shù)，3D 打印技術(shù)也被稱為增材制造,，即通過一種自底而上的打印工藝來制造產(chǎn)品,，能夠制造出傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)被形容為“古登堡印刷機(jī)”的發(fā)明帶給西方文明進(jìn)步的意義一樣,，被稱為“第三次工業(yè)革命”的顛覆性技術(shù),。

　　3D 打印代表的增材制造，所代表著生產(chǎn)方式的顛覆性變革,，主要體現(xiàn)在以下方面：

　　第一,，3D 打印可以完成無損耗生產(chǎn),。比如原先制造一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，傳統(tǒng)減材工藝要使用 300 公斤的原材料,，最后制成一個(gè) 50 公斤的成品,。而 3D 打印只需要 50 公斤的原材料就可以制成渦輪的成品。既保持了與等材制造工藝的成本優(yōu)勢(shì),，又能滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造,，極大降低了制造的成本。

　　第二,，3D 打印可以滿足大規(guī)模定制需求,。只要一件商品在相同價(jià)格下，人們會(huì)更有意愿購(gòu)買個(gè)性化,、定制化的設(shè)計(jì)產(chǎn)品,。設(shè)計(jì)端將得到極大發(fā)展，而 3D 打印和耗材的普及則會(huì)將生產(chǎn)成本大幅降下來,。未來無論是服裝設(shè)計(jì),、家居裝飾，還是日用生活品,，各個(gè)產(chǎn)業(yè)的商家都可以提供盡可能多的定制化方案,，來滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求。

　　第三,，3D 打印能夠完成復(fù)雜工藝生產(chǎn),。由于 3D 打印的層疊打印的生產(chǎn)特性，幾乎可以打印出無比復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和紋理,，像傳統(tǒng)工藝需要精雕細(xì)刻的鏤空設(shè)計(jì)，對(duì)于 3D 打印來說就是簡(jiǎn)單不過的一件事情了,。比如在珊瑚礁保護(hù)上,，之前的方案是人們使用混凝土之類的東西來代替珊瑚礁，但是無法模擬原始珊瑚礁供魚類躲藏的細(xì)小洞穴,。而一些海洋生物學(xué)家利用 3D 打印技術(shù),，使用砂巖作為材料，就可以打印出各種形狀的珊瑚礁,，完美解決這一問題,。制造超級(jí)復(fù)雜和特殊形狀的物體，成為 3D 打印技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),。

　　因此,，使用 3D 打印來制作人像、卡通,、打印各種日常生活的物品,，僅僅只是發(fā)揮出 3D 打印技術(shù)的鳳毛麟角的能力,。我們可以繼續(xù)速覽下如今 3D 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的一些逆天功能。

　　3D 打印新進(jìn)化：新光固化,、微米級(jí)多材質(zhì)與 4D 活化技術(shù)

　　3D 打印從概念提出到技術(shù)成熟,，已經(jīng)有一百多年的時(shí)間了。1892 年,，美國(guó)專利局就登記了一種采用層合方法制作三維地圖模型的專利技術(shù),，成為 3D 打印技術(shù)的最初形態(tài)。而直到上世紀(jì) 80 年代,，3D 打印技術(shù)才真正開始走向成熟,。

　　1984 年，美國(guó)科學(xué)家查爾斯·胡爾發(fā)明了立體平板印刷技術(shù)（SLA）,，利用光來催化光敏樹脂,，然后成型，首次開始嘗試將 3D 打印商業(yè)化,。1986 年,，美國(guó) Helisys 公司研發(fā)出分層實(shí)體制造技術(shù)（LOM）。1988 年,，美國(guó)人斯科特·克魯普發(fā)明了熔融沉積成型技術(shù)（FDM）,，并在 1992 年推出第一臺(tái)基于 FDM 技術(shù)的 3D 工業(yè)級(jí)打印機(jī)。

　　此后 3D 打印技術(shù)進(jìn)入飛速迭代的發(fā)展時(shí)期,，像新出現(xiàn)的激光燒結(jié)技術(shù),、紫外線光感和液滴噴射綜合技術(shù)等，大大提高了制造的精度和范圍,。到 2007 年,，有公司已經(jīng)嘗試用 3D 打印機(jī)制作另一臺(tái) 3D 打印機(jī)。到 2012 年,，3D 打印機(jī)可以打印出完整的汽車和飛機(jī),，也可以打印出身體的下顎假體以及利用人體細(xì)胞打造出人造肝臟組織。

　　值得提到的是,，美國(guó)一家名為 Carbon3D 的公司,，在 2015 年發(fā)布了一種新的光固化技術(shù)——連續(xù)液態(tài)界面制造（CLIP），可以比以往任何一種 3D 打印技術(shù)都快 25 到 100 倍,。

　?。–arbon 3D 公司的樹脂加速 3D 打印機(jī)）

　　這種方法可以將工作臺(tái)浸沒于樹脂容器中，隨后用投影儀將預(yù)先編程過的圖像通過容器底部的透明窗口照射到工作臺(tái)上,。然后采用激光照射方式一次性固定一層樹脂,，底部窗口因?yàn)榭梢酝高^央企組織窗口區(qū)出現(xiàn)固化反應(yīng)，工作臺(tái)則不斷上升，將完成部分從液態(tài)樹脂從拉出,。

　?。壳笆澜缟献羁斓臉渲?3D 打印機(jī)）

　　在這一技術(shù)的基礎(chǔ)上，美國(guó)西北大學(xué)的化學(xué)家 Chad Mirkin 及其同事研發(fā)出新的高速樹脂 3D 打印機(jī),，比 2015 年時(shí)的設(shè)備又得到了十倍的速度提升,。Mirkin 選擇將一層清油泵到容器的底部以阻止高分子反應(yīng)。同時(shí)這層油還起到了冷卻劑的作用,，將帶走打印過程中產(chǎn)生的熱,，防止打印出的部件變形。這也意味著這種打印機(jī)不僅僅可以打印厭氧的樹脂,，為 3D 打印打開了廣闊的新材料空間,。

　　3D 打印的另外一項(xiàng)進(jìn)展則是多種粘性材料的 3D 打印，可以實(shí)現(xiàn)微米尺度上控制打印物體的材料性質(zhì),。

　　今年初,，《自然》雜志發(fā)布了這種新的打印技術(shù)，只需一個(gè)噴頭就可以在各種粘性材料中快速切換,，同時(shí)還可以用多個(gè)噴頭,，大大減少特定結(jié)構(gòu)的打印時(shí)間。這一技術(shù)受到 3D 打印軟體或生物材料的“墨水直寫”工藝的啟發(fā),，但難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)高頻切換多種材質(zhì),。該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種微流控噴頭，噴頭尖端最多能有 8 種粘性流體形成互相分離的細(xì)絲,，其工作原理是按順序?qū)Σ煌黧w加壓,，就能以最高 50Hz 的頻率切換材料，打印特征尺度可達(dá) 250 微米,。

　　這種切換頻率之高,，足以打印出“體素式”結(jié)構(gòu)——即讓 3D 網(wǎng)格中每個(gè)代表結(jié)構(gòu)的點(diǎn)（體素）都可以擁有不同的材料性能，從而讓需要精確控制局部材料性能的各種 3D 打印成為可能,，比如采用不同硬度材料制作按折痕折疊的紙張,，使用不同硬度硅膠做成的軟體機(jī)器人。

　　新材料的應(yīng)用又為 3D 打印加入了新的維度,，那就是時(shí)間性,。也就是通過結(jié)合形狀記憶聚合物,，這些材料會(huì)在環(huán)境溫度和濕度改變的情況下作出反應(yīng),，讓 3D 打印的物體具有一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)能力，這一技術(shù)可以被稱為 4D 打印,。

　　其中一類 4D 打印方法是引入變化的外部磁場(chǎng)來觸發(fā)動(dòng)作,。其中一種 3D 打印柵格狀結(jié)構(gòu)中可以填充一種隨磁場(chǎng)變硬的液體，如果在遭遇撞擊的情況下變硬,，可以應(yīng)用于未來汽車座椅的防護(hù)當(dāng)中,。

　　更具應(yīng)用前景的 4D 打印可以應(yīng)用在人體器官當(dāng)中,，包括像可壓縮伸展的血管支架，可以精確控制其到達(dá)血管的指定位置后再進(jìn)行打開拓展結(jié)構(gòu),。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了像寬度僅為 50 微米的 4D 打印支架,，實(shí)現(xiàn)皮膚、肝臟器官組織的打印,，但最雄心勃勃的發(fā)展方向就是打印出完整功能的身體器官,，但當(dāng)前技術(shù)還遠(yuǎn)未能達(dá)到應(yīng)用于人體器官移植的水平。

　　新工藝的發(fā)明促進(jìn)了新材料的應(yīng)用,，而新材料的應(yīng)用又將創(chuàng)新出各種各樣的產(chǎn)品特性,。當(dāng) 3D 打印技術(shù)越來越從微觀層面來控制物體的組成，即打印出由不同材質(zhì),、不同特性組成的物體,，那么這將必然對(duì)眾多材料、制造產(chǎn)業(yè)帶來全新的可能,。

　　3D 打印的產(chǎn)業(yè)新機(jī)：新生產(chǎn)方式與新供應(yīng)鏈方式

　　當(dāng) 3D 打印的技術(shù)已經(jīng)到達(dá)微米級(jí),、多材質(zhì)、活性材料融合的創(chuàng)新節(jié)點(diǎn),，3D 打印在產(chǎn)業(yè)端的大規(guī)模應(yīng)用似乎也已經(jīng)是近在咫尺的事情了,。那么，3D 打印技術(shù)對(duì)各大產(chǎn)業(yè)和日常生活將產(chǎn)生哪些顛覆性影響呢,？

　?。ㄒ陨锌茖W(xué)家通過細(xì)胞 3D 打印的“可跳動(dòng)的心臟”）

　　首先，最主要就是 3D 技術(shù)的工藝,、結(jié)構(gòu)和材料創(chuàng)新將帶來全新的產(chǎn)品,。

　　1、全新工藝帶來新型的產(chǎn)品創(chuàng)新,。在醫(yī)療行業(yè),，醫(yī)生需要對(duì)患者進(jìn)行特別個(gè)性化的診斷，如需要應(yīng)用到人體的醫(yī)療設(shè)備也需要極為定制化的制造工藝,，如適合股骨頭壞死的關(guān)節(jié),，可以承受咳嗽、打噴嚏壓力的 3D 打印氣管,，以及可運(yùn)動(dòng)的心臟,。對(duì)于一些復(fù)雜的腫瘤切除手術(shù)，醫(yī)生可以通過 3D 建模,，通過 3D 打印出逼真的器官模型,，供醫(yī)生進(jìn)行預(yù)先練習(xí)。

　　在服裝鞋類的生產(chǎn)中，也可以通過最新光固化成型技術(shù),，進(jìn)行像橡膠的鞋底夾層,，美式足球運(yùn)動(dòng)員生產(chǎn)頭盔襯里等產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn),。

　　2,、3D 打印的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新也會(huì)帶來全新的突破。比如使用計(jì)算機(jī)和機(jī)器人來精確控制自動(dòng)化澆筑,，來用 3D 混凝土打印出更穩(wěn)定也更長(zhǎng)的橋梁,；一家叫 Relativity Space 的初創(chuàng)公司正在用 3D 打印的方式制造火箭，其優(yōu)勢(shì)在于可以生產(chǎn)傳統(tǒng)制造方法無法實(shí)現(xiàn)的幾何構(gòu)型的制冷通道,；而像波音,、勞斯萊斯、普拉特·惠特尼等航空公司開始使用 3D 打印來制造噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬部件,，這種方法比銑削更便宜并使得復(fù)雜構(gòu)件更為輕巧,。

　　3、新材料的使用也會(huì)帶來全新的生產(chǎn)方式,。比如 3D 打印技術(shù)可以利用一種稱為微晶格的新金屬材料,，內(nèi)部是空的，完全透明,，但是彈性極好,，適合于飛機(jī)艙壁、艙門等高安全性低質(zhì)量的需求,。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，傳統(tǒng)工業(yè)制造流程難以應(yīng)用，使用 3D 打印技術(shù)卻可輕松完成這類材料的制造,。

　　再則,，3D 打印技術(shù)還將極大改變供應(yīng)鏈系統(tǒng)。

　　比如英國(guó)的一家醫(yī)療團(tuán)隊(duì)在坦桑尼亞的野外進(jìn)行瘧疾寄生蟲的診斷,，而光學(xué)顯微鏡的一些設(shè)備部件和耗材經(jīng)常損壞或短缺,。研究人員設(shè)計(jì)了一套顯微鏡的 3D 模型，通過 3D 打印機(jī)可以在野外打印除相機(jī),、電機(jī)和鏡頭之外的其他部件,。

　　而像開頭我國(guó)在太空艙試驗(yàn)的 3D 復(fù)合材料打印，也正是為未來太空建設(shè)提前進(jìn)行技術(shù)積累,。未來只要有成熟高效的打印設(shè)備,，只需獲得想要制造產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，就可以實(shí)現(xiàn)本地化的取材和打印,，這將徹底改變傳統(tǒng)耗時(shí),、遲滯、臃腫和線性的供應(yīng)鏈系統(tǒng),。

　　現(xiàn)在,，我們已經(jīng)看到 3D 打印技術(shù)，在醫(yī)療器械,、航空航天,、建筑、汽車,、工業(yè)制造等領(lǐng)域已經(jīng)帶來眾多變革,。而從目前的態(tài)勢(shì)來看，這種改變會(huì)越來越快,，波及的領(lǐng)域也會(huì)越來越廣,。

　　未來，3D 打印將顛覆傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式,，也會(huì)帶給更多全新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì),。

　　創(chuàng)作《奇點(diǎn)臨近》這本書的大神級(jí)的未來學(xué)家?guī)炱濏f爾，曾使用過一個(gè)“荷塘效應(yīng)”的比喻來形容技術(shù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),。假如荷葉鋪滿一半荷塘花了 8 天時(shí)間,，那么鋪滿整個(gè)荷塘就不會(huì)再花費(fèi)另外 8 天時(shí)間，而只需要一個(gè)晚上就可以了,。

　　3D 打印技術(shù)的發(fā)展也似乎帶有這種潛移默化的指數(shù)性增長(zhǎng)的特性,。從概念提出到真正技術(shù)落地用了將近 100 年時(shí)間，而從技術(shù)剛剛起步到今天的微米級(jí),、多材質(zhì),、活化等技術(shù)花費(fèi)了 30 年時(shí)間，而接下來 3D 技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用可能將更快加速,，我們也許會(huì)在接下來 10 年中,，看到越來越多由 3D 技術(shù)制造的產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的生活當(dāng)中。

　　最后開一個(gè)腦洞,。

　　在這個(gè)“地?cái)偨?jīng)濟(jì)”火爆的夏天里,，對(duì)于有想法、有設(shè)計(jì)能力的你,，是否就可以入手一臺(tái)入門級(jí)的 3D 打印機(jī),，來為路過的用戶提供各種個(gè)性化的玩偶、頭像,、飾品的設(shè)計(jì)打印呢,？

　　你看，僅靠小小“盲盒”就發(fā)家致富的泡泡瑪特已經(jīng)申請(qǐng)港股上市了,，你的創(chuàng)業(yè)之路可能就從一臺(tái) 3D 打印機(jī)就開啟了呢,？

　　至少,，這樣非常“人間煙火氣”的地?cái)偨?jīng)濟(jì)是不是一下子就有點(diǎn)高科技的味道呢,？