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3D打印改变世界 未来将重塑人类生活
3D打印改变世界 未来将重塑人类生活
　　虽然我们对3D技术还停留在电影视觉层面，但未来若干年后，它可能会全面入侵我们的生活。　　如果要用一天来描述3D打印和我们的关系，那么它可能是这样的——　　早上起床，当你用3D打印牙刷刷牙时(哦，你的牙齿也可能是3D打印的)，3D食品打印机已经为你准备好了早餐用的面包或蛋糕。　　如果不想挤公交或地铁，你可能会选择骑自行车上班。一般说来，一辆自行车的零部件，需要由多个工厂制造生产，而后进行组装，但
　　虽然我们对3D技术还停留在电影视觉层面，但未来若干年后，它可能会全面入侵我们的生活。　　如果要用一天来描述3D打印和我们的关系，那么它可能是这样的——　　早上起床，当你用3D打印牙刷刷牙时(哦，你的牙齿也可能是3D打印的)，3D食品打印机已经为你准备好了早餐用的面包或蛋糕。　　如果不想挤公交或地铁，你可能会选择骑自行车上班。一般说来，一辆自行车的零部件，需要由多个工厂制造生产，而后进行组装，但这辆自行车却是用3D打印机一次成型打印出所需的零件，如车轮、轴承和车轴，而采用的尼龙材料，不仅坚固程度与钢铝材料不相上下，重量还减轻了至少一半以上。　　一路上这样的自行车已经引不起任何注意了——因为大街上风驰电掣的汽车，甚至头上掠过的飞机，都是3D打印的产物。　　这一天如果是某个朋友的生日，一个3D打印的缩小版人像可能是送他(她)的最好礼物。　　至于晚上的生日派对，完全用不着为穿哪一件礼服、会不会撞衫而烦恼，因为你完全可以根据你的设计，3D打印出一套完全符合你的礼服……　　如果要用一生来描述3D打印和我们的关系，那么它可能是这样的——　　在你还是孩子的时候，你已经玩厌了那些大商场里统一规格生产出来的玩具，例如恐龙的尾巴为什么不可以再长一点?白雪公主一定要是温和美丽的吗?打开电脑，修改几个数据，传送到某个3D打印平台，没几天，跟别人不一样的专属于你的玩具就会送货上门。　　当你长大成人，成家立业，却厌倦了钢筋水泥的都市公寓，终于找到一块山清水秀的地方，想盖一间属于自己的房子，但烦琐的细节、漫长的工期都可能让你觉得崩溃，最终，你可能会选择3D打印一幢别墅——它只需要几天时间，而费用只需传统建造方式的一半。　　当你步入老年，身体器官渐渐出现老化，比如胃或者肝脏，可能需要切除一部分，也可能需要移植，而因为3D生物打印技术的发展，可以打印出与你匹配的身体器官……　　这一切听起来有点不可思议?在杭州市3D产业联盟秘书长、先临三维科技股份有限公司副总经理黄贤清看来，不久的将来这就是真实的存在，况且，其中一部分已经成为现实。　　3D打印是什么?　　它是传统制造方式的一场变革　　3D打印到底是什么?　　对于这个学术性很强的问题，国务院总理李克强曾在今年8月专门召开了一次专题学习。这次被称为“国课第一课”的讲授者，是西安交通大学的卢秉恒教授。　　李克强总理听完讲座后认为，我国自然资源禀赋不足，人均占有量低于世界平均水平，如果能广泛应用3D打印技术，就可以减少资源能源消耗，有力推动发展方式转变。　　为什么会这么说?黄贤清说，这要从制造方式的变革说起。　　制造方式的发展经历了三个阶段。一种是等材制造，即我们通常说的“模具制造”，通过铸、锻、焊等方式制造产品，材料重量基本不变，但众所周知的是，开模费用较大。　　第二种是减材制造，即对材料进行切削加工，以达到设计形状，这会造成资源的浪费。　　相较于有着3000多年历史的“等材制造”和300多年的“减材制造”，距今只有30年的3D打印是一种“增材制造”，即通过技术，使粉末状金属或塑料或者其他可黏合材料，一点点累加，形成需要的形状。　　“玩具生产商或牙科医生在完成一个产品设计时，只要把模型、数据传输到电脑上，几个小时内就能打印出其设计的产品，反复修改后再投入到规模化的生产线制造，这种样品制作方式相比传统的模具制作极大地节约了时间和材料成本。”他说。　　这一技术起源于上世纪80年的“快速成型”技术，最初应用于航天、军用领域。直到1992年，美国的3D打印机制造商Stratasys卖出第一台商业化产品，此后，3D打印市场在北美和欧洲急剧增长，美国《时代》周刊将其列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命。　　从这些年的发展看，3D打印的应用领域也在不断拓展，工业制造、食品、建筑、生物医疗、文化创意等领域的应用案例不断涌现，如3D打印混凝土、无人飞机、手机、巧克力等。在欧美国家，一些知名的3D打印企业已经推出了工厂级别的3D打印平台，能够实现大规模的定制化制造。　　这块蛋糕有多大?　　最大潜力可能来自于个人消费领域　　对于3D打印产业的发展，国家层面已经给予足够的重视。　　据了解，国内已经有多个城市通过建设3D打印创新服务中心来推进工业转型升级。“目前全国共有两千余个县市，如果每个县市都建设一个3D打印创新服务中心，服务于当地工业企业和创客创业者，每个3D打印创新服务中心将产生千万级别的市场价值，那么单纯线下3D打印创新服务中心建设会有近千亿的市场。”黄贤清说。　　而在黄贤清看来，3D打印作为一个最新技术，虽然目前更多运用在工业制造领域，但最大的潜力是在个人消费领域，这个爆发点，他认为“不会用太久”。　　他的自信之一来源于公众对个性化产品的需求。“电商平台满足了大众基础的、对同质化产品的需求，而3D打印满足的，一定是个性化需求。”他肯定地说。　　从目前的行情来看，工业用3D打印机的售价至少百万元以上，而家用3D打印机只需要几千元。和当年互联网兴起的年代不一样，“每个人都完成了一定程度的财富积累，为满足个性化需求提供的物质保证。”因此，他认为3D打印在消费领域的普及速度，可能会超过互联网的普及速度。　　而互联网的普及及创新创业氛围的兴起，为普通人参与这场制造业的变革提供了可能。　　“理论上讲，只要你拥有3D打印设备，在任何地方，任何人都可以成为制造者或是创业者。可以说，3D打印实现了全民创新的通途。”　　先临三维目前正在做的战略举措之一，就是建立并完善面向大众的“3D客”数据平台。这是一个连接3D打印资源的平台，你可以上传产品数据，供别人下载打印;也可以展示打印好的产品，供人购买，等等。　　产业化之路还有多远?　　期待消费需求推动技术发展　　在先临三维的3D打印作品展示厅里，精美镂空的高跟鞋、五颜六色的儿童城堡、形态逼真的恐龙骨架……让人无法相信这是“打印”出来的。　　“从产业链来说，3D打印包含了软件、扫描、生产、打印、设备几个环节，”黄贤清说，目前对3D打印技术应用和发展起重要作用的，是耗材。　　据介绍，目前3D打印的耗材非常有限，现有市场上的耗材多为石膏、塑料、可黏结的粉末颗粒、光敏树脂、沙土等，制造精度、复杂性、强度和质感都达不到高要求，目前主要应用于模型、玩具等轻工业民用产品领域，离高精度“打印”还差得很远。　　这两年，随着可供打印使用的耗材不断拓展，3D打印也逐渐从样品制作向成品制作转变。2011年，钛合金和不锈钢材料的使用，使波音公司开始用这种技术直接打印飞机机翼。　　不过，黄贤清认为，材料技术不是问题。在他看来，需求是目前3D打印产业发展的最迫切问题，“3D打印产品的消费需求一定会推动材料革命，技术瓶颈一定会迎刃而解。”　　而需求需要政府和3D打印企业共同来推动，而最有效的方法是3D打印在教育领域的应用。据了解，明年春季学期开始，“3D打印集成系统教学课程”将大规模进入云南中小学课堂，以培养学生的创新思维和创意能力，而在浙江，萧山中学、杭州安吉路实验学校等也已经牵手先临三维将3D打印引进教学。　　“一头从学校培育3D打印产品的消费兴趣，另一方面教会企业3D打印的技术，当需求和技术对接上，也就迎来了爆发点。”黄贤清说。　　对于3D打印可能出现的道德伦理问题，黄贤清说，国外已经出台相关规定，比如不可以打印枪支，在生物领域，你只可以打印一个器官，但不可以打印整个人体。“随着3D打印产业的发展，相信我们国家很快也会出台类似的法律法规。”他说。
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深圳市东星卓越科技有限公司
深圳佳名兴电容有限公司
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从想象到现实
3d打印改变世界
3D打印、、互联网、、大、移动互联网等技术将逐步融合在一个个创新平台之上,以3D打印、人等新兴技术为核心的智能制造;将在传统产业的转型升级和结构性调整中
扮演十分重要的角色&
工业领域在未来仍将是3D打印最主要的市场。工业3D打印将变得平台化、智能化、系统化，3d打印已经应用于：1.工业企业新产品设计、试制及快速打印成形。2、个性化产品设计及快速打印制造;3、各种创意产品、、礼物、文物、游戏角色及模型等克隆复制;4、3D照相馆;5、人体器官、打印;6、模型制作;7、教育、科研;8、军事等行业的应用。
我国在3D打印技术领域目前也已经取得了一定的成果，上海航天设备制造总厂成功研制了国内首台双激光选区熔化3D打印设备;华曙高科开发了可定制化金属3D打印机;北京航空航天大学王华明团队在将激光熔融沉积技术应用于大型复杂金属构件的高效快速制造方面达到了国际领先水平。但是与发达国家相比，仍然存在较大的差距，尤其是大幅面3D打印设备和粉末材料研制方面。为此，我国政府顺应3D打印技术的发展潮流，制定了《国家增材制造发展推进计划》。《国家增材制造发展推进计划》的制定，为我国3D打印产业明确了发展目标，构建了宏伟蓝图，中国3D打印产业也迎来了行业热潮。将于-21日举办的郑州工业自动化展会将围绕最新的智能3D打印技术，充分展现3D打印对于未来产业效能升级的积极意义，引领中部智能制造业进化升级。
2016第12届中国郑州工业装备博览会暨智能制造及装备展览会(以下简称ZIF
2016)作为中西部最具价值的工业品牌展会，历经11届的行业资源沉淀，郑州工博会主办方秉承让客户通过会展做生意更便捷的办展理念，通过专业化、完善的观众邀约体系及多渠道点面结合的宣传推广造势，老客户80%的回头率大力支持，郑州工博会启动初期一大批老客户纷沓而至，其中3d打印作为展会特色展区已吸引到良益筑诚、吴江中瑞、雕梦空间等优质企业争先入驻，携手郑州工博会开拓中西部市场、展示企业品牌形象推广、提高市场交易!
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您可以试试：3D 打印也许能改变世界，只是没我们想得那么美几年前知道了 3D 打印，我还记得那个时候让我对这个技术印象深刻的一句话——“没有打不出，只有想不到”。是啊，多么吸引人的技术啊，多么自然而巧妙的想法啊，机械制造专业的我开始对专业课上的一些东西开始不屑，干嘛要学这些马上就要被淘汰的东西呢？就像 CAD 取代手工制图，Pro/Engineer, SolidWorks 之类的 3D 建模软件又逐步取代二维 CAD 绘图一样，我也幻想着日后机械制造可以告别沙尘漫天、机器轰鸣、铁水钢包、机床电钻……日后的制造将只需要人们在计算机前拖动鼠标绘制三维模型，然后优雅地点击“打印”，剩下的就是机器的事了。这也难怪，明明已经是 Intel i7 的时代了，课堂上讲的还是 8086 架构的 CPU——那时的我坚信铸锻焊机加工热处理这些看起来低端又原始的东西早晚要被淘汰的。各种新闻媒体让人们不断地看到新技术的能量：3D 打印造出了枪支，造出了飞机模型，造出了飞机部件，甚至造出了房子！听说以后还可以 3D 打印人体器官，器官移植再不用担心供体来源，也许长命百岁也不再是梦！面对着如此美好的未来，人们坚信，没有打不出，只有想不到。几年的科班训练还是让我在面对 3D 打印的时候保持了一定的冷静。我意识到，3D 打印是很好的技术，但要取代传统制造，它还有很长的路要走，或许永远也取代不了。3D 打印有很多优势，我每次做 presentation 的时候都要讲一遍：它能制造出传统制造方法难以制造或不能制造的复杂结构，增材制造的方式相比于传统的减材制造节省了材料，不需要费时又昂贵的模具，以前需要多道工序制造的产品通过 3D 打印可能一步成形……比如目前的芯片制造工艺包含了曝光 (lithography)、刻蚀 (etching)、氧化 (oxidation) 等一系列的工艺环节，而其中的每一个环节又包含了很多小的工艺环节，更麻烦的是，尘埃和微粒是生产芯片过程中的致命敌人，因此整个的生产环节必须在超净间里完成，而维持一个超净的环境成本又很高。一枚芯片往往是多层的，这意味着以上的过程需要被重复很多次，因此，制造芯片是一件耗时又费钱的事。还有，相信我，长时间工作在超净间里绝对不是什么愉快的体验。如果未来人们可以用 3D 打印制造芯片，那么制造周期就将会大大缩短，因为我们不再需要那么多的工艺环节，成本也可以大大地降低，因为我们将只需要一个很小的超净环境。顺便，制造芯片的过程也会愉快很多。当然，现在我们还是做不到的，那么未来我们实现了 3D 打印芯片 Intel 是不是就要倒闭了？也不一定。3D 打印要面对的第一个问题，是尺寸精度。还是上面的制造芯片的例子，人们现在已经掌握了 14 纳米的硅工艺，那么 3D 打印可以做到多少呢？我找得到的最好的 3D 打印机精度可以到 100 微米（1 微米 = 1000 纳米），Wikipedia 上说更好的可以达到 16 微米，但这显然不够好，即使不同 Intel 的工艺比，对比传统机械加工也完全没有优势，很多小型的机械加工厂对一些产品的尺寸精度要求也可以达到半个丝（1 个丝 = 10 微米）。我 PhD 的研究内容是高精度 3D 打印的控制算法，把材料熔化再堆积成形的 3D 打印是很难达到 10 微米以下的精度的，原因是材料在喷头处形成的液滴直径大概就有 10 微米，用直径 10 微米的液滴来达到 10 微米以下的精度几乎是不可能的。学术界有一些办法来解决这个问题，其中的一种叫做 Electrohydrodynamic-jet Printing，简称 E-jet Printing，它的原理是在喷头和打印平台之间施加一个受控的电场，材料中的电荷受到电场的驱动会在喷头尖端形成锥形 (Taylor Cone)，Taylor Cone 尖端的直径将远小于 10 微米，如果继续施加电压，那么尖端的材料将被沉积到平台上，形成一个小直径的材料液滴，通过这种方式可以实现高精度的 3D 打印。在我们的实验室里，可以实现 1 微米甚至 1 微米以下的精度，但由于打印过程本身的一些特性，我们并不能保证稳定的精度输出，这就是我 PhD 研究要做的工作，通过空间的迭代学习控制算法来试图提高打印的精度。在我研究的经验和所见范围来看，1 微米的精度几乎是目前能达到的最高精度，而从学术界到广泛的商业应用之间往往还有一个过程。因此，仅就芯片制造这一领域来说，短时间内想通过 3D 打印技术来挑战 Intel 是不太可能的，因为硅工艺也在一刻不停地飞速发展着。但是，并不是所有时候人们都需要 14 纳米工艺的芯片的，如果 3D 打印芯片可以成功，那么在集成度不太高的应用场合，3D 打印技术就可以大大地降低成本、缩短周期。3D 打印要面对的第二个问题， 是材料受限。显然，并不是所有的材料都能够 3D 打印出来，据我所知，目前常见的 3D 打印机是熔化高分子材料后再成形，也有一些 3D 打印机可以打印特定的金属材料。当然这里还有一个 3D 打印的定义问题，学术界一直存在着几个相关的名词，在不同的场合都曾经被叫作过 3D 打印，比如快速成形 (rapid prototyping)，增材制造 (additive manufacturing)，在我的印象中，并不存在一个广泛公认的 3D 打印的定义和范围，学术界内部交流似乎并不常用这个词，但科学家们除了做研究还要“推销”自己的想法 (sell ideas)，所以在传播自己的研究时会常常用到 3D 打印这个名字，而媒体上的 3D 打印包含的范围就更广。在这样的现状下，经常出现一些人说 3D 打印不能做什么，但是另一些人引用媒体的报道来反驳的情形，其实彼此的“3D 打印”并不是同一个定义。最夸张的，我曾经在知乎评论里看到有人说等到人类实现原子级别的 3D 打印的时候，现在的一切问题就都不是问题了吧。唔，至少我个人并不觉得人类实现那种技术的时候，它还会被叫作 3D 打印。3D 打印要面对和另一个问题，是产品的性能，特别是机械性能，这也是“没有打不出，只有想不到”这句话最大的问题。普通大众对制造的理解往往只是用一种特定的材料实现一个特定的外形，这让 3D 打印看起来很完美。对材料性能的理解，粗浅点的，觉得铁和木头有区别，铁和铁之间区别不大，或是铁合金和铁合金之间的区别在于铁和碳的比例，改变材料的性质只是改变合金中不同成分的比例。在机械制造业内的人看来，这当然不对。记得武侠小说里铸剑要把铁烧得通红然后淬火么？记得某手机发布会上的“奥式体”么？记得化学课上学过的金刚石和石磨都是碳单质么？记得足球烯和碳纳米管么？材料的微观结构对材料的性能影响很大，金属材料中有“金相”的概念，上面提到的“奥氏体”就是一种金相，它表征了晶体的微观结构。我本科毕业后就不再研究材料了，好多东西都记得不是很清楚了，但依然记得对材料的各种冷热处理可以很大程度上改变材料的性能，比如各种热处理，冷作硬化，表面处理等等。我仍然清楚地记得本科金属工艺实习的时候手工做的小锤子，因为没有经过热处理，想要敲钉子但硬度还没有钉子高，后来就只好用来敲核桃。而现有的 3D 打印技术，对材料微观结构的控制极其有限，对材料性能的控制也非常非常有限。新闻中说有人用 3D 打印打印出了手枪，但那只是实现了简易的结构和功能，几乎没有可靠性和耐用性可言。和上面提到的硅工艺类似，传统的材料科学和制造工艺也在一刻不停地发展，3D 打印想要完全取代它们，很难。这里再多说一点器官 3D 打印。我本科毕业设计就在做生物 3D 打印，当时我的指导老师第一次跟我说要用细胞打印肝脏的时候，我觉得这真是个伟大的想法，感觉自己在做一件酷得不得了的事情。当然，你不能指望一个本科生打印出一整个肝脏来，那打印个人造血管怎么样？唔，要求好像还是高了点，那么打印一个人工血管壁组织吧，一层内皮细胞、一层平滑肌细胞组成的双层组织。打印的材料呢，是干细胞，也就是“万能细胞”，干细胞具有分化成任意细胞的能力。可是把细胞一个一个堆起来它们就会自己长成组织了么？当然不会，所以要把细胞和特定的基质材料混合在一起，在 4 摄氏度的低温环境下打印成形，然后把干细胞培养起来，加入特定的生长因子，向内皮细胞和平滑肌细胞转化。听起来不难，是吧？可是一个学期下来，中间的艰辛真是数不胜数。细胞并不会按照我们的想法生长，有的时候也不会按我们预想的方向分化，搞不好还会全部死掉。当然，最后我的确在我的组织样品里找到了小片的内皮组织和平滑肌组织，但我觉得叫它们细胞团可能更合适。好吧，问题还没完，即使我顺利地得到了内皮组织和平滑肌组织，怎样控制它们按双层的膜结构生长呢？又怎样形成血管呢？如果你看过肝脏的血管网，你会对打印肝脏绝望的……打印像肝脏这样的复杂器官，和打印一个肝脏的模型比起来，只是看起来很美好啊。把不同的材料按三维坐标堆积起来，一个器官的模型就打印好了；可是把不同的细胞按照它们的位置堆积起来，我们并不能得到一个肝脏。3D 打印器官目前也有一些进展，比如打印膀胱和心肌组织，当然，和肝脏比，打印这些器官的难度就低得多了。总地来说，3D 打印器官并不是完全不可行，但这需要基础科学和生物技术的发展。3D 打印当然是很好的技术，但是技术不是用来迷信的。人类的制造技术发展到今天，没有哪一种制造技术可以单打独斗地解决所有问题，相信 3D 打印也不能。3D 打印和传统制造之间并不是你死我活的关系，没必要非要用一种去取代另一种。3D 打印可以是现有制造技术的一个非常好的补充和完善。同时，3D 打印更大的意义在于让更多的普通人可以更方便地设计和制造自己的产品而无需借助于工厂。建筑设计师们可以快速地打印模型来验证自己的设计，艺术家们可以更自由地创造艺术品，老师们可以更方便地把书本上的东西变成学生们看得见摸得着的模型，孩子们可以 DIY 自己的玩具……3D 打印也许真的可以改变世界，但或许不是以人们之前想象的那种方式。查看知乎原文同步各端记录
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