3D打印与「第三次工业革命」

3D打印：造物奇迹

近年来我们经常能听到「3D」这个名词，且往往跟高科技联系在一起，如3D电影、3D扫描、3D打印等，按理说人类每天就生活在三维空间中，3D对我们来说本应该是一个再寻常不过的概念，3D之所以被认为是高科技，很大程度上归因于我们通过高科技的数字化手段，使客观世界中的3D实体能够在虚拟世界中得以高精度重建。

3D打印（三维打印）是增材制造技术（AM,Additive Manufacturing）的俗称。实际上在大量的英文文献中，3D打印（3D Printing）常被称作为3D制造（3D Fabrication），这更准确地描述了3D打印的本质。

与传统的切削去除材料的加工技术完全不同，3D打印以经过智能化处理后的3D数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可熔融粘和材料（液体、粉末、塑料丝、金属、沙子、纸张，甚至巧克力、人体干细胞等），而且可以自由成型（任意复杂的中空镶嵌形状）。

全球第三次工业革命的导火索

3D打印跨越了虚拟的比特世界和试题的原子世界之间的鸿沟，其革命性的意义超越了之前个人电脑和互联网的出现。2012年《经济学人》、《福布斯》、《纽约时报》等杂志都称3D打印将引发「第三次工业革命」，期望以此让制造业重新回流到欧美等西方发达国家。据预测，3D打印行业的产值将在2016年达到31亿美元。2012年8月，美国总统奥巴马拨款3,000万美元，在俄亥俄州建立了国家级3D打印添加剂工业研究中心，并计划第一步投入五亿美元用于3D打印以确保美国制造业不再继续转移到中国和印度。但笔者认为恰恰相反，3D打印相关技术将给新兴国家带来更多机遇，是制造业——尤其是制造业的上游产业链进一步掌握在中国等新兴国家手中。

3D打印技术的发展状况

近年来，我们从各类媒体上获得的关于3D打印的新闻逐渐增多，比如时尚的衣服、合脚的鞋子、营养的食物、后现代的房屋和自行车、汽车、无人飞机等都被打印出来了，3D打印正在以一种不可思议的速度渗透进我们生活中「衣食住行」的各个方面。

3D打印诞生于20世纪80年代，用于将虚拟世界中任意复杂的3D数字化模型变成客观世界中存在的三维实体。通俗来讲，只要你能够设计出来，你就能够通过3D打印技术打印出任何你想要的个性化产品。3D打印无需模具加工和任何模具，就可以加工任意复杂的中空形状，解决了许多过去难以制造的复杂结构零件（如复杂的航空发动机叶片）的成型问题。而且产品结构越复杂，制造效率越显著。目前3D打印在电影制作、游戏动漫、医疗、教育、建筑、文物考古、生产制造业都发挥了其独特的作用。

与我们日常使用的2D打印机相比，3D打印机所能行的材料已经不再局限于墨粉和纸张。目前，3D打印机已经能够使用各式各样的新材料，通过喷墨沉积、熔融沉积、激光烧结、立体光刻、电子束熔融、超声波固结等工艺将三维数字模型变成实物，从玩具、工具到厨房用具、建筑、时尚衣服应有尽有，甚至还可以直接打印具备触感的人造耳朵，人体骨骼，人造假牙，以及枪支，跑车，无人飞机等。

3D打印技术目前面临着以下几个主要问题。

• 与传统切削加工技术相比，产品尺寸精度和表面质量相差较大，产品性能还达不到许多高端金属结构件的要求。

• 加工速度，以及大批量生产效率还比较低，不能完全满足工业领域的需求。

• 设备和耗材成本仍然很高，如至于金属粉末的打印成本远高于传统制造。

不过，可喜的是，研究人员正在打破打印尺寸、材料整合、打印速度的局限，甚至还有系统正在研究将3D打印（添加式制造过程）削减生产过程式的优势（如数控加工）相整合。这些整合方式同时使用3D打印和机械加工，省去后期处理过程。

更重要的是，通过智能感知设备，3D打印机还可控制制造的行为，对打印的过程进行实时监控，如产品的质量和强度，然后根据反馈信息随时做出调整，以实现闭环控制。也就是说，这个3D打印机具有学习和控制的能力。

3D智能数字化与3D打印技术相结合所带来的优势，不仅仅在于通过复制手段真实还原现实世界，而且还可以在3D数字化的基础之上，通过在设计工作，创造出一个更加美好的世界来。