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日期: 2011-04-16 | 來源: 外灘畫報 | 有0人參與評論 | 字體: 小 中 大
從外觀上看，3D 打印機和普通的復印機並無大的不同。3D 打印的原理很簡單，它首先將物品轉化為3D 數據，然後再逐層分切打印，打印時，3D 打印機用粉末而非紙張進行打印。粉末會壹層層地被特殊的膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，並壹層層疊加，像做蛋糕那樣創建叁維實體，最終壹個完整的物品就會在粉末槽成型。
美國科幻作家羅伯特·希克利曾經寫過壹個“萬能制造機”的故事，故事裡的人們帶著壹台“萬能制造機”飛往太空。這是壹台奇特的大機器，機身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之壹阿諾爾德站在機器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑為4英寸。”接到指令，機器發出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現了壹顆閃光發亮已經制好的螺帽。接著，這台機器就像神奇的阿拉丁神燈，為他們送來了活蹦亂跳的大蝦、礦泉水、手表和沙拉醬。
盡管，“想要什麼就生產什麼”的現實還遠沒有科幻小說描述的那般輕松隨意，但現在，通過3D打印技術生產小零件、食物、自行車、建築甚至人的皮膚、腎髒等都已不再是天方夜譚，稱之為“萬能制造機”並不為過。
3D打印到底有多神奇？與普通的打印有什麼不同？4月初，《外灘畫報》記者趕赴杭州，探訪中國第壹家3D打印服務公司。3D 打印的原理很簡單，首先 3D 打印機將物品轉化為 3D 數據，然後再逐層分切，針對分切的每壹層構建，分層打印。打印時，粉末會壹層層地被特殊的膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，壹層層疊加，像做蛋糕那樣創建叁維實體，最終壹個完整的物品就會在粉末槽裡成型。
這種技術的優點在於它不需要壹家工廠來運作，小件物品可以直接由小型 3D打印機打印制作；而稍大的物品，比如自行車車架、汽車板、飛機零件、建築零件等，
則需要更大的3D打印機和更大的空間。
《經濟學人》雜志評價說：“偉大發明所能帶來的影響，在當時那個年代都是難以預測的，1750 年的蒸汽機如此，1450年的印刷術如此，1950 年的晶體管也是
如此。而今，我們仍然無法預測，3D 打印將在漫長的時光裡如何改變這個世界。”
像做蛋糕那樣生產物品
杭州銘展網絡科技有限公司是中國第壹家 3D 打印服務公司。4 月初，在地處杭州的銘展網絡公司辦公室，記者看到，那裡擺放著兩台3D打印機以及壹台專門用於烘幹的設備。從外觀上看，這兩台機器和普通的復印機並無大的不同，唯壹的不同是它們打印時不用紙而是粉末。
機器的上半部分是個半透明的罩子，有壹排控制按鈕。掀起罩子，左邊立著肆盒不同顏色的墨水，右邊的工作區擺放著平平整整壹疊“白紙”。然而，輕輕用手壹碰，那疊“紙”上卻輕易地留下了凹痕——原來那並不是紙，卻是粉末。公司的技術總監金濤告訴記者，那是研磨得很細的石膏粉末。
工作時，這些粉末會壹層層地被液態連接體也就是特殊的膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，壹層層疊加，像做蛋糕那樣創建叁維實體，壹個完整的物品就會在粉末槽裡成型。打印完成後，工作人員要處理掉物品周圍沾滿的粉末，再塗上增強硬度的膠水。金濤開玩笑說，“就像考古壹樣。”
說話間，金濤在電腦中輸入壹組通過3D軟件生成的模型數據，連接至打印機。那是壹個鏤空毛線團的模型。電腦將這個10厘米高的毛線團以0.1毫米為基准分為了1000層，每壹層的界面數據都不壹樣。再將這組數據傳送給打印機。
響應信號聲過後，透過那個半透明的罩子，記者清晰地看見機器工作的場景：來回移動的金屬杆上有噴頭，在鋪好的粉末材料上，壹層壹層按照電腦的截面輪廓信息，有選擇性地噴射特殊膠水使粉末粘結。壹個水漬樣的毛線團底部截面輪廓清晰可見。通過逐層的疊加，毛線團的立體輪廓逐漸顯現出來。金濤告訴記者，打印這樣壹個 10 厘米高的物體，大約需要5小時。記者看到，在公司的展示廳裡，擺放著栩栩如生的運動鞋、造型奇特的概念自行車、各式建築模型及魔獸世界游戲人物模型等，這些都是那兩台3D打印機的作品。
據金濤介紹，目前支持3D打印的材料很多。簡單說，不同公司生產的3D打印機會支持不同的材料，樹脂、尼龍、石膏、塑料這些都是普遍使用的材料，隨著業界研發的不斷進步，支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機也已經出現。
“技術的發展和那些粉末很有關系，未來的趨勢是越來越細，強度越來越高。材料越細，每壹層就更薄，做出來的東西精度就越高。現在無論使用什麼牌子的3D打印機，最薄的厚度約為0.025毫米。如果想完美地展現頭發絲還是很困難的，但是做小零件、模型等綽綽有余。” 金濤表示。
其實3D打印的概念早在幾拾年前就已提出。上世紀 70 年代，隨著 3D 計算機輔助設計的興起，設計師能在電腦軟件中看到虛擬的叁維物體，但要將這些物體用粘土、木頭或是金屬做成模型則是壹個緩慢而費錢的過程。哪怕是制作壹個鞋的鞋底模型，也會消耗 Timberland（美國著名的鞋業公司）壹周的時間，費用大概為1200美元。
於是，“快速成型”機應運而生，這就是3D打印機的前身。
在這個過程中，麻省理工學院的壹項發明扮演了重要的角色。1994年，幾名來自麻省理工學院的科研和技術專家發明了壹種名為叁維打印（Three Dimensional Printing，簡稱“3DP”）的技術，並申請了專利。這種技術成型的速度快，設備價格便宜，操作起來更容易，雖然精度不夠高但做概念產品或模型綽綽有余。1997年
為了將3DP技術推向市場，Z-corporation公司正式成立。Z-corporation也是最先提出把3D打印機當成辦公用品的3D打印機生產廠商，這也是唯壹壹家可以支持彩色打印的公司。
據金濤介紹，“快速成型”也不止壹種技術，但它們的原理都是截面的疊加不同之處只是每壹層材料的凝結方式。有的材料是固體粉末，用液體粘合劑成型有的材料是液態的，用激光截面掃描成型“3D打印和快速成型從技術上來說沒有太大區別，3D打印更多的是概念上的進步。原先的快速成型設備笨重、體積很大做壹個東西耗費的時間相對也比較久。在人們的概念裡快速成型設備是擺在工廠的生產設備，而3D打印機則是壹台辦公設備可以放在辦公室裡。和快速成型相比，3D打印更注重和設計師的溝通。”金濤表示。
和設計師溝通的打印機
讀大學時，金濤的研究方向主要是計算機圖形學。在香港大學從事圖形圖像研究時，金濤接觸到3D打印的概念，他拾分看好這項技術的前景，於是放棄在香港大學讀博士的機會，回到杭州參與創辦了這家面向公眾的3D打印服務公司。壹開始，他們設想公司的主要業務是“打印魔獸世界”的人物角色模型。金濤是壹個魔獸迷，看到國外有網站可以打印自己心愛的角色模型，他也很想在中國大陸也搞壹個。他們花重金買來了設備，但這項業務因為遲遲沒有得到暴雪公司的版權授權，在進行了壹段時間後不得不擱淺。
就在他思考公司出路時，壹個偶然的機會，金濤在國外發現壹家名為Shapeways 的公司。這家公司提供在線的 3D 打印服務，網民們不僅可以像鋼鐵俠中的男主角制造戰衣那樣，在屏幕上折疊、翻轉、修改自己的虛擬設計 ；還可以將這些構想的虛擬的東西制造出來變成現實，並送到眼前。網站上展示的設計稀奇古怪，有鍾表、珠寶、神奇的魔方等，有人用這項服務給自己弄了個抽象雕塑，還有人做了自己居住城市的微縮模型。材料從不銹鋼到玻璃、塑料和沙石，顧客包括個人和商店老板，很多商店老板定制珠寶飾品、禮品和小配件等在店裡銷售。
Shapeways 的壹名高管在公司剛開業時曾告訴媒體 ：“我們的網友在業余時間裡非常富有創造性，他們往 YouTube上傳視頻片段、在社交網絡裡擺弄Profiles、撰寫各種博客。現在我們可以將他們自己的想法變成現實。”
Shapeways 最先由荷蘭公司飛利浦提供啟動資金，現在已經從飛利浦分離出來，成為壹家獨立的公司。
金濤覺得，這樣的商業模式能最好地利用群眾的創造力，也能最大地發揮 3D打印機的價值。受此啟發，他們將公司變成中國第壹家3D打印服務公司，只要用戶提供3D數據，選擇建造材料，他們就可以將其設計變成實體。“我們的客戶很多，微軟在這裡打印過他們的新產品模型，建築事務所、中國美院建築系，還有壹些
工藝品公司、設計公司、文物研究所等，都在這裡打印過。”金濤說。
如今這樣的3D服務公司在世界各地蓬勃發展。除了最有名的 shapeways，3D 打印機的生產廠商之壹 3D Systems也設立了壹家合資公司 Mqast，這家公司支持用鋁和不銹鋼來打印。
如今全球最大最貴的3D打印機，可以用激光燒結直接制造復雜的塑料、金屬和合金元件。在消費電子業、航空業和汽車制造業，3D打印已經變得越來越流行。它們不光可以離開傳統的大規模機床來制造小數量的部件，而且可以用不同方法來制造，比如單個制作噴氣式飛機上的空氣動力導管，而不再需要很多不同的元件來組裝它。
就像早年的激光打印機，壹些3D打印機已經走入藝術家和動手愛好者們的工作間。美國人傑·勒農為了讓自己的壹台1907年生產的老式流線型汽車繼續行駛，購買了壹台 3D 打印機。通過 3D 打印機，他將沒法再買到的元件掃描進電腦，或者用草圖設計壹個丟失的元件，打印出附件，在車上試驗檢測設計是否合理。多虧了3D打印機，他的這輛老爺車如今已能繼續行駛。
3D 打印機加速設計過程的能力將會對產業產生巨大影響。“現在工程師可以這樣做：有了想法，打印出來，拿著它和別人分享，然後修改並再打印壹個。”以
色列的3D打印機生產商Objet公司首席執行官大衛·賴斯在接受《經濟學人》雜志的專訪時表示：“突然間，設計變得更具革新和創造性。”
現在，設計師們可以用3D打印機做壹些有趣的事情，比如修補壹個破玩具，耐克、阿迪達斯等公司用它們來打印新的運動鞋模型，在福特、保時捷、摩托羅拉、
諾基亞、惠普等公司的研發生產線上，也能看到它們的身影。
將古跡帶回家
金濤最得意的壹個作品是幾尊佛像。“那個作品光打印就花了兩天，打印好了又處理了兩天”。
那幾尊佛像是天龍山石窟第 18 窟西壁的完整復原，共有壹佛贰菩薩，頸飾項圈、手鐲、下垂的左腿，以及蓮座的細節都清晰可見。這是無盡藏非物質文化與藝
術遺產研究所要求打印的作品。
天龍山石窟以精煉、細膩而又富有感情的造型藝術而聞名於世，是中國佛教造像的經典之壹，被譽為天龍山式樣。在20世紀初被盜嚴重，僅1924年壹年，天龍山流失海外的佛像就有150多件，這些殘件至今仍流落在海外。較小的佛像被整體盜走，大部分洞窟的頭像幾乎被割盜壹空，甚至連窟頂的浮雕蓮花和飛天也不放過。
2010 年春天，無盡藏非物質文化與藝術遺產研究所發起了《法相莊嚴——天龍山造像數字復原研究》，希望利用數字技術，實現殘損造像的虛擬復原和網絡展示，再現其本來面目。該所所長李慶華在項目進行過程中認識了金濤，於是打算輸出他們的研究成果。
“從3D掃描到3D打印，數字化保護的意義和邏輯就更明顯了。這會顛覆以前考古的田野考察的工作方式，人們可以把古跡放在辦公桌上來研究。”李慶華在接受《外灘畫報》采訪時說。
他們選擇了天龍山石窟第 18 窟作為他們的第壹次嘗試。為了獲得完整的 3D數據，李慶華帶著壹個團隊拿著壹台 3D掃描設備在洞裡呆了整整 10 天。“3D 測
繪是項大工程，壹束細細的激光束，就像壹個移動的取景框，打到佛像上面，這種機器是手持的，佛像和洞窟的每個細節都必須細致地掃描壹遍，不能有死角。掃描壹塊肆伍拾平方厘米的地方需要整整 20分鍾。”李慶華說。
洞窟掃描完成後的數據處理也是大工程，甚至壹個佛像進了電腦都會生成幾百萬個面，李慶華的電腦常常因為存儲了太多的3D數據而死機。回來後李慶華在工作室裡埋頭苦幹了拾天，終於把數據拿到了金濤的辦公室。
“我清楚地記得，那時候快過年了，辦公室只有我們兩人在處理佛像。”金濤說。柒八個小時後，他們掀開打印機的蓋子，看到了成品。李慶華小心翼翼地拿毛筆刷去佛像周圍的粉末，這項工作需要極致小心和耐心；幹這件事時，他不禁會想到“在沙漠裡考古的情形”。為了數據處理的方便，他們設定的打印厚度只有1.5毫米，第壹次的打印成果就因為用力過猛作廢了。“捧著這塊叁維佛像，就像捧著壹塊極薄易碎的面具。”金濤說。
最終，刷上增強硬度的膠水後，這件“考古作品”正式完成。李慶華拾分感慨：“原來寫天龍山報告的社科院專家李裕群，為了寫報告，在天龍山手工測繪，收集數據，呆了20多天，也沒看全。現在我可以把它放在桌上，從任意不同角度看。”因為是按1：11大小復制的，打印出的成品遠沒有電腦裡的叁維圖細節那麼豐富，但李慶
華說這種“把玩感”是以前無法想象的。
將建築打印出來
3D 打印的誕生，為瘋狂的設計師們找到了靈感的出口。
意大利發明家恩裡科·迪尼（Enrico dini）發明了壹台巨大的 3D 打印機，這台機器可以用沙子直接打印立體的建築。有了這台機器，未來不搭腳手架，不需要工人，人們就能完成造房子的事情。
為了測試這台大型打印機，恩裡科·迪尼為諾曼·福斯特公司在阿布扎比建造的全球首個綠色烏托邦“馬斯達爾城（Masdar City）”，打印了壹部分建築的骨架外牆，結果證明完全可行。
現在，他正與諾曼·福斯特建築設計公司以及阿爾塔太空公司合作，研究設計壹種可以使用月球塵埃打印的3D打印機，屆時可以在月球上快速建造人類基地。
恩裡科·迪尼告訴《外灘畫報》記者，這個打印機的靈感來源於麻省理工學院的那項叁維打印技術。當他看到C-corporation 的 3D 打印機在辦公室工作的場景時，他突然想：為什麼不能用它來造房子呢？
在投入這個項目之前，恩裡科·迪尼是壹位土木工程師。在仔細閱讀快速成型的相關技術後，他認為打印建築結構是完全可行的。“我讓我的數學家朋友們改進軟件，然後自己設計機械電路圖、制造裝配、布線、測試等等。”
2004年11月，第壹台建築打印機的概念機面世。經過改進，2007 年 4 月正式完工。同年，恩裡科在倫敦成立了壹家主營3D建築打印的公司。
“傳統的打印機有個弱點，只能打出很薄很薄的壹層，我把這個機器改進了，使得大量的‘膠水’能落下來，打印出50 毫米厚的壹層，然後再壹層壹層疊加起來。”恩裡科說。
印刷過程由壹層薄薄的沙子開始，印刷機從噴嘴處噴出以鎂為主要原料的粘合膠，這些粘合膠跟沙子結合並在印刷機對其施壓後變成岩石。之後再放上壹層薄薄的沙子，重復以上的操作，岩石層就會越來越厚，最終印刷成設計中所需要的構造物形狀。成品可以是壹座雕塑或整個大教堂等等。已經做成的實驗品是壹只布滿空洞的蛋狀建築結構，恩裡科管它叫“放射館”，這個復雜的結構可以有力證明和測試這壹開創性的施工技術。
“這個 6 米長、6 米高的機器是我造過的最大的機器，用3D打印，你想造多大的東西，就得造多大的機器。這算是個缺點吧。”恩裡科說。不過據他介紹，使用這台機器印刷出來的建築物比傳統方式要快肆倍，原料成本只是普通水泥的1/2到1/3，生產出的廢料極少。
“因為我不需要用水泥，並且原料是沙子。我盡量使用當地的材料，減少運輸成本，沙子到處都有，盡管也有壹定的要求。我希望我去上海造房子時，上海能有我想要的沙子。”恩裡科強調，用這台打印機打印建築，造出高迪式的彎曲結構簡直易如反掌。
恩裡科拾分推崇建築大師高迪的作品，他希望有生之年能用3D打印機完成高迪的未完成作品——位於西班牙巴塞羅那的“神聖家族大教堂”。
就像打印機逐步進入辦公室和家庭的步驟壹樣，3D打印還有很長的路要走。盡管現在3D打印機的成本不斷下降，最便宜的機器仍然在1萬美元以上。英國巴斯大學有壹項新設計，這項新設計能用大約700美元制造壹個3D打印機，用戶甚至可以用這台機器制造另壹台3D打印機的塑料部件。
在那個名為“萬能制造機”的故事裡，也有相同的情節。當壹台3D打印機能夠制造另壹台3D打印機，這是多麼引人遐想的美好未來。- 新聞來源於其它媒體，內容不代表本站立場！
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