從外觀上看，3D 打印機(jī)和普通的復(fù)印機(jī)并無大的不同。3D 打印的原理很簡單，它首先將物品轉(zhuǎn)化為3D 數(shù)據(jù)，然后再逐層分切打印，打印時(shí)，3D 打印機(jī)用粉末而非紙張進(jìn)行打印。粉末會(huì)一層層地被特殊的膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，并一層層疊加，像做蛋糕那樣創(chuàng)建三維實(shí)體，最終一個(gè)完整的物品就會(huì)在粉末槽成型。

美國科幻作家羅伯特·?？死?jīng)寫過一個(gè)“萬能制造機(jī)”的故事，故事里的人們帶著一臺(tái)“萬能制造機(jī)”飛往太空。這是一臺(tái)奇特的大機(jī)器，機(jī)身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機(jī)器前，按下按鈕，對(duì)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(jī)器發(fā)出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現(xiàn)了一顆閃光發(fā)亮已經(jīng)制好的螺帽。接著，這臺(tái)機(jī)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，“想要什么就生產(chǎn)什么”的現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)沒有科幻小說描述的那般輕松隨意，但現(xiàn)在，通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)小零件、食物、自行車、建筑甚至人的皮膚、腎臟等都已不再是天方夜譚，稱之為“萬能制造機(jī)”并不為過。

3D打印到底有多神奇？與普通的打印有什么不同？4月初，記者趕赴杭州，探訪中國第一家3D打印服務(wù)公司。3D打印的原理很簡單，首先3D打印機(jī)將物品轉(zhuǎn)化為 3D 數(shù)據(jù)，然后再逐層分切，針對(duì)分切的每一層構(gòu)建，分層打印。打印時(shí)，粉末會(huì)一層層地被特殊的膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，一層層疊加，像做蛋糕那樣創(chuàng)建三維實(shí)體，最終一個(gè)完整的物品就會(huì)在粉末槽里成型。

這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它不需要一家工廠來運(yùn)作，小件物品可以直接由小型 3D打印機(jī)打印制作；而稍大的物品，比如自行車車架、汽車板、飛機(jī)零件、建筑零件等，則需要更大的3D打印機(jī)和更大的空間。

《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志評(píng)價(jià)說：“偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代都是難以預(yù)測的，1750 年的蒸汽機(jī)如此，1450年的印刷[百科 微博]術(shù)如此，1950 年的晶體管也是如此。而今，我們?nèi)匀粺o法預(yù)測，3D 打印將在漫長的時(shí)光里如何改變這個(gè)世界。”#p#副標(biāo)題#e#

像做蛋糕那樣生產(chǎn)物品

杭州銘展網(wǎng)絡(luò)科技有限公司是中國第一家 3D 打印服務(wù)公司。4 月初，在地處杭州的銘展網(wǎng)絡(luò)公司辦公室，記者看到，那里擺放著兩臺(tái)3D打印機(jī)以及一臺(tái)專門用于烘干的設(shè)備。從外觀上看，這兩臺(tái)機(jī)器和普通的復(fù)印機(jī)并無大的不同，唯一的不同是它們打印時(shí)不用紙而是粉末。

機(jī)器的上半部分是個(gè)半透明的罩子，有一排控制按鈕。掀起罩子，左邊立著四盒不同顏色的墨水，右邊的工作區(qū)擺放著平平整整一疊“白紙”。然而，輕輕用手一碰，那疊“紙”上卻輕易地留下了凹痕——原來那并不是紙，卻是粉末。公司的技術(shù)總監(jiān)金濤告訴記者，那是研磨得很細(xì)的石膏粉末。

工作時(shí)，這些粉末會(huì)一層層地被液態(tài)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，一層層疊加，像做蛋糕那樣創(chuàng)建三維實(shí)體，一個(gè)完整的物品就會(huì)在粉末槽里成型。打印完成后，工作人員要處理掉物品周圍沾滿的粉末，再涂上增強(qiáng)硬度的膠水。金濤開玩笑說，“就像考古一樣。”

說話間，金濤在電腦中輸入一組通過3D軟件生成的模型數(shù)據(jù)，連接至打印機(jī)。那是一個(gè)鏤空毛線團(tuán)的模型。電腦將這個(gè)10厘米高的毛線團(tuán)以0.1毫米為基準(zhǔn)分為了1000層，每一層的界面數(shù)據(jù)都不一樣。再將這組數(shù)據(jù)傳送給打印機(jī)。

響應(yīng)信號(hào)聲過后，透過那個(gè)半透明的罩子，記者清晰地看見機(jī)器工作的場景：來回移動(dòng)的金屬桿上有噴頭，在鋪好的粉末材料上，一層一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(jié)。一個(gè)水漬樣的毛線團(tuán)底部截面輪廓清晰可見。通過逐層的疊加，毛線團(tuán)的立體輪廓逐漸顯現(xiàn)出來。金濤告訴記者，打印這樣一個(gè) 10 厘米高的物體，大約需要5小時(shí)。記者看到，在公司的展示廳里，擺放著栩栩如生的運(yùn)動(dòng)鞋、造型奇特的概念自行車、各式建筑模型及魔獸世界游戲人物模型等，這些都是那兩臺(tái)3D打印機(jī)的作品。

據(jù)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(chǎn)的3D打印機(jī)會(huì)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(yè)界研發(fā)的不斷進(jìn)步，支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)。

“技術(shù)的發(fā)展和那些粉末很有關(guān)系，未來的趨勢是越來越細(xì)，強(qiáng)度越來越高。材料越細(xì)，每一層就更薄，做出來的東西精度就越高?，F(xiàn)在無論使用什么牌子的3D打印機(jī)，最薄的厚度約為0.025毫米。如果想完美地展現(xiàn)頭發(fā)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(shí)3D打印的概念早在幾十年前就已提出。上世紀(jì) 70 年代，隨著 3D 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的興起，設(shè)計(jì)師能在電腦軟件中看到虛擬的三維物體，但要將這些物體用粘土、木頭或是金屬做成模型則是一個(gè)緩慢而費(fèi)錢的過程。哪怕是制作一個(gè)鞋的鞋底模型，也會(huì)消耗 Timberland（美國著名的鞋業(yè)公司）一周的時(shí)間，費(fèi)用大概為1200美元。

于是，“快速成型”機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，這就是3D打印機(jī)的前身。

在這個(gè)過程中，麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)發(fā)明扮演了重要的角色。1994年，幾名來自麻省理工學(xué)院的科研和技術(shù)專家發(fā)明了一種名為三維打?。═hree Dimensional Printing，簡稱“3DP”）的技術(shù)，并申請(qǐng)了專利。這種技術(shù)成型的速度快，設(shè)備價(jià)格便宜，操作起來更容易，雖然精度不夠高但做概念產(chǎn)品或模型綽綽有余。1997年為了將3DP技術(shù)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(jī)當(dāng)成辦公用品的3D打印機(jī)生產(chǎn)廠商，這也是唯一一家可以支持彩色打印的公司。

據(jù)金濤介紹，“快速成型”也不止一種技術(shù)，但它們的原理都是截面的疊加不同之處只是每一層材料的凝結(jié)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(tài)的，用激光截面掃描成型“3D打印和快速成型從技術(shù)上來說沒有太大區(qū)別，3D打印更多的是概念上的進(jìn)步。原先的快速成型設(shè)備笨重、體積很大做一個(gè)東西耗費(fèi)的時(shí)間相對(duì)也比較久。在人們的概念里快速成型設(shè)備是擺在工廠的生產(chǎn)設(shè)備，而3D打印機(jī)則是一臺(tái)辦公設(shè)備可以放在辦公室里。和快速成型相比，3D打印更注重和設(shè)計(jì)師的溝通。”金濤表示。#p#副標(biāo)題#e#

和設(shè)計(jì)師溝通的打印機(jī)

讀大學(xué)時(shí)，金濤的研究方向主要是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。在香港大學(xué)從事圖形圖像研究時(shí)，金濤接觸到3D打印的概念，他十分看好這項(xiàng)技術(shù)的前景，于是放棄在香港大學(xué)讀博士的機(jī)會(huì)，回到杭州參與創(chuàng)辦了這家面向公眾的3D打印服務(wù)公司。一開始，他們設(shè)想公司的主要業(yè)務(wù)是“打印魔獸世界”的人物角色模型。金濤是一個(gè)魔獸迷，看到國外有網(wǎng)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一個(gè)。他們花重金買來了設(shè)備，但這項(xiàng)業(yè)務(wù)因?yàn)檫t遲沒有得到暴雪公司的版權(quán)授權(quán)，在進(jìn)行了一段時(shí)間后不得不擱淺。

就在他思考公司出路時(shí)，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，金濤在國外發(fā)現(xiàn)一家名為Shapeways 的公司。這家公司提供在線的 3D 打印服務(wù)，網(wǎng)民們不僅可以像鋼鐵俠中的男主角制造戰(zhàn)衣那樣，在屏幕上折疊、翻轉(zhuǎn)、修改自己的虛擬設(shè)計(jì) ；還可以將這些構(gòu)想的虛擬的東西制造出來變成現(xiàn)實(shí)，并送到眼前。網(wǎng)站上展示的設(shè)計(jì)稀奇古怪，有鐘表、珠寶、神奇的魔方等，有人用這項(xiàng)服務(wù)給自己弄了個(gè)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(gè)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里銷售。

Shapeways 的一名高管在公司剛開業(yè)時(shí)曾告訴媒體 ：“我們的網(wǎng)友在業(yè)余時(shí)間里非常富有創(chuàng)造性，他們往 YouTube上傳視頻片段、在社交網(wǎng)絡(luò)里擺弄Profiles、撰寫各種博客。現(xiàn)在我們可以將他們自己的想法變成現(xiàn)實(shí)。”

金濤覺得，這樣的商業(yè)模式能最好地利用群眾的創(chuàng)造力，也能最大地發(fā)揮 3D打印機(jī)的價(jià)值。受此啟發(fā)，他們將公司變成中國第一家3D打印服務(wù)公司，只要用戶提供3D數(shù)據(jù)，選擇建造材料，他們就可以將其設(shè)計(jì)變成實(shí)體。“我們的客戶很多，微軟在這里打印過他們的新產(chǎn)品模型，建筑事務(wù)所、中國美(微博)院建筑系，還有一些工藝品公司、設(shè)計(jì)公司、文物研究所等，都在這里打印過。”金濤說。

如今這樣的3D服務(wù)公司在世界各地蓬勃發(fā)展。除了最有名的 shapeways，3D 打印機(jī)的生產(chǎn)廠商之一 3D Systems也設(shè)立了一家合資公司 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(jī)，可以用激光燒結(jié)直接制造復(fù)雜的塑料、金屬和合金元件。在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)，3D打印已經(jīng)變得越來越流行。它們不光可以離開傳統(tǒng)的大規(guī)模機(jī)床來制造小數(shù)量的部件，而且可以用不同方法來制造，比如單個(gè)制作噴氣式飛機(jī)上的空氣動(dòng)力導(dǎo)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(jī)，一些3D打印機(jī)已經(jīng)走入藝術(shù)家和動(dòng)手愛好者們的工作間。美國人杰·勒農(nóng)為了讓自己的一臺(tái)1907年生產(chǎn)的老式流線型汽車?yán)^續(xù)行駛，購買了一臺(tái) 3D 打印機(jī)。通過 3D 打印機(jī)，他將沒法再買到的元件掃描進(jìn)電腦，或者用草圖設(shè)計(jì)一個(gè)丟失的元件，打印出附件，在車上試驗(yàn)檢測設(shè)計(jì)是否合理。多虧了3D打印機(jī)，他的這輛老爺車如今已能繼續(xù)行駛。

3D 打印機(jī)加速設(shè)計(jì)過程的能力將會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。“現(xiàn)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，然后修改并再打印一個(gè)。”以色列的3D打印機(jī)生產(chǎn)商Objet公司首席執(zhí)行官大衛(wèi)·賴斯在接受《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志的專訪時(shí)表示：“突然間，設(shè)計(jì)變得更具革新和創(chuàng)造性。”

現(xiàn)在，設(shè)計(jì)師們可以用3D打印機(jī)做一些有趣的事情，比如修補(bǔ)一個(gè)破玩具，耐克、阿迪達(dá)斯等公司用它們來打印新的運(yùn)動(dòng)鞋模型，在福特、保時(shí)捷、摩托羅拉、諾基亞、惠普等公司的研發(fā)生產(chǎn)線上，也能看到它們的身影。

金濤最得意的一個(gè)作品是幾尊佛像。“那個(gè)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(fù)原，共有一佛二菩薩，頸飾項(xiàng)圈、手鐲、下垂的左腿，以及蓮座的細(xì)節(jié)都清晰可見。這是無盡藏非物質(zhì)文化與藝術(shù)遺產(chǎn)研究所要求打印的作品。

天龍山石窟以精煉、細(xì)膩而又富有感情的造型藝術(shù)而聞名于世，是中國佛教造像的經(jīng)典之一，被譽(yù)為天龍山式樣。在20世紀(jì)初被盜嚴(yán)重，僅1924年一年，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一空，甚至連窟頂?shù)母〉裆徎ê惋w天也不放過。

2010 年春天，無盡藏非物質(zhì)文化與藝術(shù)遺產(chǎn)研究所發(fā)起了《法相莊嚴(yán)——天龍山造像數(shù)字復(fù)原研究》，希望利用數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)殘損造像的虛擬復(fù)原和網(wǎng)絡(luò)展示，再現(xiàn)其本來面目。該所所長李慶華在項(xiàng)目進(jìn)行過程中認(rèn)識(shí)了金濤，于是打算輸出他們的研究成果。

“從3D掃描到3D打印，數(shù)字化保護(hù)的意義和邏輯就更明顯了。這會(huì)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。”李慶華在接受采訪時(shí)說。

他們選擇了天龍山石窟第 18 窟作為他們的第一次嘗試。為了獲得完整的 3D數(shù)據(jù)，李慶華帶著一個(gè)團(tuán)隊(duì)拿著一臺(tái) 3D掃描設(shè)備在洞里呆了整整 10 天。“3D 測繪是項(xiàng)大工程，一束細(xì)細(xì)的激光束，就像一個(gè)移動(dòng)的取景框，打到佛像上面，這種機(jī)器是手持的，佛像和洞窟的每個(gè)細(xì)節(jié)都必須細(xì)致地掃描一遍，不能有死角。掃描一塊四五十平方厘米的地方需要整整 20分鐘。”李慶華說。

洞窟掃描完成后的數(shù)據(jù)處理也是大工程，甚至一個(gè)佛像進(jìn)了電腦都會(huì)生成幾百萬個(gè)面，李慶華的電腦常常因?yàn)榇鎯?chǔ)了太多的3D數(shù)據(jù)而死機(jī)?；貋砗罄顟c華在工作室里埋頭苦干了十天，終于把數(shù)據(jù)拿到了金濤的辦公室。

“我清楚地記得，那時(shí)候快過年了，辦公室只有我們兩人在處理佛像。”金濤說。七八個(gè)小時(shí)后，他們掀開打印機(jī)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(xiàng)工作需要極致小心和耐心；干這件事時(shí)，他不禁會(huì)想到“在沙漠里考古的情形”。為了數(shù)據(jù)處理的方便，他們設(shè)定的打印厚度只有1.5毫米，第一次的打印成果就因?yàn)橛昧^猛作廢了。“捧著這塊三維佛像，就像捧著一塊極薄易碎的面具。”金濤說。

最終，刷上增強(qiáng)硬度的膠水后，這件“考古作品”正式完成。李慶華十分感慨：“原來寫天龍山報(bào)告的社科院專家李裕群，為了寫報(bào)告，在天龍山手工測繪，收集數(shù)據(jù)，呆了20多天，也沒看全。現(xiàn)在我可以把它放在桌上，從任意不同角度看。”因?yàn)槭前?：11大小復(fù)制的，打印出的成品遠(yuǎn)沒有電腦里的三維圖細(xì)節(jié)那么豐富，但李慶華說這種“把玩感”是以前無法想象的。#p#副標(biāo)題#e#

將建筑打印出來

  3D 打印的誕生，為瘋狂的設(shè)計(jì)師們找到了靈感的出口。

意大利發(fā)明家恩里科·迪尼（Enrico dini）發(fā)明了一臺(tái)巨大的 3D 打印機(jī)，這臺(tái)機(jī)器可以用沙子直接打印立體的建筑。有了這臺(tái)機(jī)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。

為了測試這臺(tái)大型打印機(jī)，恩里科·迪尼為諾曼·福斯特公司在阿布扎比建造的全球首個(gè)綠色烏托邦“馬斯達(dá)爾城（Masdar City）”，打印了一部分建筑的骨架外墻，結(jié)果證明完全可行。

現(xiàn)在，他正與諾曼·福斯特建筑設(shè)計(jì)公司以及阿爾塔太空公司合作，研究設(shè)計(jì)一種可以使用月球塵埃打印的3D打印機(jī)，屆時(shí)可以在月球上快速建造人類基地。

恩里科·迪尼告訴記者，這個(gè)打印機(jī)的靈感來源于麻省理工學(xué)院的那項(xiàng)三維打印技術(shù)。當(dāng)他看到C-corporation 的 3D 打印機(jī)在辦公室工作的場景時(shí)，他突然想：為什么不能用它來造房子呢？

在投入這個(gè)項(xiàng)目之前，恩里科·迪尼是一位土木工程師。在仔細(xì)閱讀快速成型的相關(guān)技術(shù)后，他認(rèn)為打印建筑結(jié)構(gòu)是完全可行的。“我讓我的數(shù)學(xué)家朋友們改進(jìn)軟件，然后自己設(shè)計(jì)機(jī)械電路圖、制造裝配、布線、測試等等。”

2004年11月，第一臺(tái)建筑打印機(jī)的概念機(jī)面世。經(jīng)過改進(jìn)，2007 年 4 月正式完工。同年，恩里科在倫敦成立了一家主營3D建筑打印的公司。

“傳統(tǒng)的打印機(jī)有個(gè)弱點(diǎn)，只能打出很薄很薄的一層，我把這個(gè)機(jī)器改進(jìn)了，使得大量的‘膠水’能落下來，打印出50 毫米厚的一層，然后再一層一層疊加起來。”恩里科說。

印刷過程由一層薄薄的沙子開始，印刷機(jī)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(jié)合并在印刷機(jī)對(duì)其施壓后變成巖石。之后再放上一層薄薄的沙子，重復(fù)以上的操作，巖石層就會(huì)越來越厚，最終印刷成設(shè)計(jì)中所需要的構(gòu)造物形狀。成品可以是一座雕塑或整個(gè)大教堂等等。

洞的蛋狀建筑結(jié)構(gòu)，恩里科管它叫“放射館”，這個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可以有力證明和測試這一開創(chuàng)性的施工技術(shù)。

“這個(gè)6米長、6米高的機(jī)器是我造過的最大的機(jī)器，用3D打印，你想造多大的東西，就得造多大的機(jī)器。這算是個(gè)缺點(diǎn)吧。”恩里科說。不過據(jù)他介紹，使用這臺(tái)機(jī)器印刷出來的建筑物比傳統(tǒng)方式要快四倍，原料成本只是普通水泥的1/2到1/3，生產(chǎn)出的廢料極少。

“因?yàn)槲也恍枰盟?，并且原料是沙子。我盡量使用當(dāng)?shù)氐牟牧希瑴p少運(yùn)輸成本，沙子到處都有，盡管也有一定的要求。我希望我去上海造房子時(shí)，上海能有我想要的沙子。”恩里科強(qiáng)調(diào)，用這臺(tái)打印機(jī)打印建筑，造出高迪式的彎曲結(jié)構(gòu)簡直易如反掌。

恩里科十分推崇建筑大師高迪的作品，他希望有生之年能用3D打印機(jī)完成高迪的未完成作品——位于西班牙巴塞羅那的“神圣家族大教堂”。

就像打印機(jī)逐步進(jìn)入辦公室和家庭的步驟一樣，3D打印還有很長的路要走。盡管現(xiàn)在3D打印機(jī)的成本不斷下降，最便宜的機(jī)器仍然在1萬美元以上。英國巴斯大學(xué)有一項(xiàng)新設(shè)計(jì)，這項(xiàng)新設(shè)計(jì)能用大約700美元制造一個(gè)3D打印機(jī)，用戶甚至可以用這臺(tái)機(jī)器制造另一臺(tái)3D打印機(jī)的塑料部件。

在那個(gè)名為“萬能制造機(jī)”的故事里，也有相同的情節(jié)。當(dāng)一臺(tái)3D打印機(jī)能夠制造另一臺(tái)3D打印機(jī)，這是多么引人遐想的美好未來。