3D打印机是新一代造物神器？

在香港大片《十二生肖》中，成龙饰演的角色JC 佩戴专业扫描手套对十二生肖铜像进行扫描，他的同伴则在远方通过专业设备将所扫描的铜像完美地复原出来。这段剧情看似很科幻，其实影片中出现的专业设备现实生活中已经有了，那就是越来越热门的3D 打印机。尽管我们许多人都还没有见过3D 打印机，但是我们的好奇心已经被勾起来了。或许我们都想知道，究竟什么是3D 打印？它是何时诞生的？目前3D 打印能做些什么？将来3D 打印对我们的生活会有何种影响？带着这些问题，让我们一起来了解新奇的3D 打印技术。

3D 打印如同蚕织茧

什么是3D 打印？简单地说，3D 打印就像我们平时所用的打印一样，是把电脑中的文档打印出来。只不过，我们平常所用的打印机是把文字和图像打印在纸张或其他介质上，是一种平面的打印过程。而3D 打印是把电脑中的立体图像直接打印成一个真实的物品.

3D 打印机不用纸或墨，而是通过计算机辅助设计、远程数据传输、激光扫描、材料熔融等一系列技术，使塑料粒、金属粉、陶瓷粉等材料熔化，并按照3D电脑图像的结构，将材料一层层叠加起来，最终把电脑图像变成实物。简单地说，3D 打印的原理和蚕织茧有些类似，蚕吐出很细的丝，一层一层把自己包裹起来，就形成了一个“立体”的茧。虽然所用材料和工艺不一样，但3D 打印的基本原理都是根据要打印的物体形状，通过一层层地堆积而成一个立体的物品。

传统制造业生产时往往是用减法，就是把一些材料通过截断、裁剪、打磨等方法来获得制造物品所需的尺寸，制造的过程中免不了浪费原材料，还会带来一定程度的污染。然而，3D 打印物品运用的是加法，就是将粉末、液体、片状等细碎材料逐层堆积成一个物品，就好像一层层打印上去一样。因此，3D 打印又被专业人士称为“增材制造”。

就像普通打印机打印文字和图像需要有电脑文档一样，3D 打印也需要有相应的3D 文档。一般先在电脑中用专业的3D 设计软件进行产品建模，再将建成的3D 模型“分区”成逐层的截面，再转换为打印格式，输入到3D 打印机进行打印。听起来好像非常简单，实际上比较复杂，输入的图纸需要精确的参数才能提高成品精度，这也是为什么3D 打印目前还只是专业人士和发烧友才能玩的原因。

3D 打印技术的发展

1988 年，美国人斯科特·克朗普发明了一种新的3D打印技术———熔融沉积成型。这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件分层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积。每完成一层，工作台下降一个层厚，以进行叠加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型。该工艺适用于产品的概念建模及形状和功能测试的中等复杂程度的中小原型，但不适合制造大型零件。

1989 年，美国人德卡德发明了选择性激光烧结技术。它的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末），激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。这种技术的特点是原材料选材范围广泛，比如尼龙、腊、ABS、金属和陶瓷粉末等都可以作为原材料。

1992 年，美国人赫利塞思发明层片叠加制造技术。其原理是先将单面涂有热溶胶的薄片材料加热，热溶胶在加热状态下产生黏性，多张薄片材料便能粘接在一起。接着，机器上方的激光器按照电脑模型分层数据，用激光束将薄片切割成所制零件的内外轮廓。接着，再铺上新的一层薄片，通过热压装置将其与下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割。然后，不断重复这个过程，直至整个物品打印完成。

在1995 年之前，还没有3D 打印这个名称，那时比较为研究领域所接受的名称是“快速成型”。1995年，美国麻省理工学院机械工程系的两名大四学生吉姆和蒂姆的毕业论文选题是便捷的快速成型技术。两人经过多次探讨，结果想到利用当时已经普及的喷墨打印机。他们把打印机墨盒里面的墨水替换成胶水，用喷射出来的胶水来粘接粉末床上的粉末，结果可以打印出一些立体的物品。他们兴奋地将这种打印方法称作3D 打印，将他们改装的打印机称作3D 打印机。此后，“3D 打印”一词慢慢流行，所有的快速成型技术都归到3D 打印的麾下。

最初的3D 打印所用原料大多是塑料，而如今可用于打印的原料种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。科学家们甚至利用3D 打印机制造诸如皮肤、肌肉和血管片段等简单的活体组织，依据3D 打印技术的发展趋势，将来我们极有可能制造出人体器官。目前三维打印机的分辨率对大多数产品来说已经足够，不过，这些打印出来的物品在弯曲的表面可能会稍微粗糙一些，形似图像上的锯齿一样。目前获取“更高分辨率”的物品的方法，通常采用3D 打印机打印出稍大一点的物体，然后经过表面打磨来得到表面光滑的“高分辨率”物品。

可自我复制的3D 打印机

2005 年，英国巴恩大学的教授亚德里安·鲍耶提出RepRap 项目，它的目标是制造“自我复制机”。RepRap是英文replicating rapid prototyper 的缩写，意思是“快速复制原型”。其实，RepRap 打印机就是一台3D 打印“母机”。它具有一定程度的自我复制能力，能够打印出和自身结构相同的零件，用这些零件可以组装成和“母机”一模一样的“子机”，就像复印机所做的事情一样。

最初研究人员设计reprap 的目的就是为了让3D 打印机快速“繁殖”，从而普及3D 打印。比如，你购买了一台reprap 打印机，你可以在家里为你的亲朋好友打印出相同的打印机，你的亲朋好友又可以让他们的亲朋好友拥有一台相同的打印机。如此传递下去，很快很多人就都拥有了同样的3D 打印机。

这个打印机“自我复制”的程序是对公众开放的，大家都可以到网上去下载，人们只需购买相关的原材料就可以了。目前，reprap 打印机已经有了3 个版本：第一个版本叫“种子”，第二个版本叫“达尔文”，第三个版本叫“孟德尔”。这些名字都与生命的繁衍和进化有关，体现了研究人员希望不断复制和改善这些打印机的决心。

当然，reprap 打印机能做的事情不仅仅是复制自己，更为重要的是它可以让人们在家里打印自己所需要的物品。亚德里安相信，这就是3D 打印的最终趋势，只需要一台原型机就可以让全世界人人都可拥有3D 打印机。或许在几年之后，我们就可以拥有一台这样的打印机了。