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1、3D打印，没那么神奇 在人们对3D打印报以无限期盼时，也有些人时刻保持着冷静。连线杂志网站日前发表3D设计、工程和消遣软件公司Autodesk总裁兼CEO卡尔巴斯的一篇文章，从业内人士的角度阐述了3D打印领域的现状和前景。巴斯认为，虽然3D打印最近引起众多关注，但这项技术无法取代其他生产工艺，而且面临着材料、成本等方面的诸多限制，商业模式亟需改进。 而制造业大佬、鸿海董事长郭台铭也曾对3D打印口出“恶言”。他表示，3D打印绝不等于第三次工业革命，只是噱头而已，甚至说：“假如真的是，那我的郭字倒过来写。” 3D打印真是无所不能吗？将来的3D打印将会发展成什么样，谁也不能下一个定论，但是在现阶段，
2、3D打印并不是无所不能的，好像也是不争的事实。 神话一 3D打印将取代传统制造业 在3D打印的众多神话中，“取代传统制造业”唯恐是最“神”的一个了。有人认为，3D打印机的出现变更了制造行业，你不再须要浩大的工厂，也无需跟工会打交道，只需在你屏幕上点击一个键打印，就能重造了一个浩大的产业。 对于这一观点，中国3D打印技术产业联盟秘书长、亚洲制造业协会首席执行官罗军认为，这种看法是不符合实际的。任何商品的功能性都是由不同材料形成的，生活中我们须要许多商品，但我们每个家庭不行能都打算各种材料自己加工。假如我们须要的任何东西都靠自己打印，成本将大大超过大规模制造的同类商品。 不只是成本的问题，人们往往
3、还有一个误会，认为3D打印可以一下子打印出汽车或电视这样的电器。“其实，3D打印只能获得一个外观相像的模型。要想具有真正的功能，还是要将其内在的电子元器件和成千上万个零部件一个一个打印出来，再组装而成。而这个组装过程，还是须要在传统制造体系的车间、传送带上完成。”郭峤说。 同时，材料技术问题的制约，也无法使3D打印完全代替传统制造业。正在撰写中国第一本关于3D打印书籍的中国科学院自动化探讨所副探讨员吴怀宇告知记者，与传统切削加工技术相比，3D打印产品尺寸精度和表面质量相差较大，产品性能还达不到很多高端金属结构件的要求。 在他看来，目前的3D产品，从精度和强度上都有问题，所以制造出来的并不是最终
4、的工业级产品，而更适合作为产品设计的模型。 因为真正的工业级打印机，一台3D打印设备就在五六一百零一万美元的量级，而且金属粉末也很贵。同时，打印材料上也有须要技术突破的地方，比如打印金属构件的3D打印“墨汁”金属粉末。这些粉末并不是简洁的将金属磨成细粉状就可以，为了使金属粉末能烧融并且在0.1秒内凝聚成形，金属粉末中要添加许多化学物质，3D打印的金属粉末材料，事实上是一种化合物。假如要做出媲美传统工艺的金属构件，这个化合物的配方须要进行大量的探讨。 虽然金属是3D打印中技术难度最大的材料，但是想代替传统制造业，一般的材料也一样面临着问题。目前，以色列的Object是驾驭最多打印材料的公司。它已
5、经可以运用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料，两种材料的混搭运用也已经是现实。但是，这些材料种类与人们生活的大千世界里的材料相比，还相差甚远。 尽管，运用材料的范围会扩大，但不会囊括全部。每一个材料都有其自身化学特性，并不是全部材料都能实现液化、固化的转换，拥有这样条件的材料目前并不多。 在我国，3D打印最大的技术瓶颈也主要是材料。罗军告知记者，任何一件产品的功能性主要取决于材料。难以突破的主要因素在于，我国工业化起步较晚，产业基础薄弱。将来突破的关键在于市场运用增加以后，将倒逼我国材料产业的进步。 虽然阻力重重，但是3D打印正朝着多种材料的趋势发展，而设计软件却还没打算好登上这个竞
6、技场。 吴怀宇说，人们不能只关注3D打印机本身，帮助打印机实现最终工作的设计软件事实上特别重要。软件是3D打印的核心，它利用计算机来生成数字化的3D图纸模型，以便输出到3D打印机。正所谓“巧妇难为无米之炊”，缺少数字化软件支持的3D打印机将会变得毫无用处。 “而目前软件设计也是个问题。”吴怀宇说，当一个由多种材料组成，具有困难功能，而且设计上还包含上一百零一万精致又不同的设计曲面时，这个设计文件肯定会占用令人不可思议的内存，一般的计算机可能很难完成这样的任务。这就是为什么现代设计软件还不能精确描绘出由细胞、神经末梢和血管组成的有血有肉的人手具体模型的缘由。 神话二 3D打印机会走入每个家庭 对
7、大众而言，能够走入家庭的桌面级3D打印机好像更夺人眼球。不少人已经将其比为计算机界的个人电脑了。30年前，电子表格办公软件推动了PC机的普及。如今，一旦人们意识到，他们可以打印浴帘环之类的小东西，而无需再开车出门购买一些生活品时，3D打印就会成为主流。 不过，与家庭计算机不同，3D打印技术对运用者的设计实力有较高要求，因而对3D打印进家庭这一概念目前还不应太高期望。郭峤告知记者，虽然理论上3D打印能让每个人成为设计师，但是就目前而言还是须要运用者具有相当的机械与计算机学问，能够操作3D建模软件。 “一般来说，设计师利用CAD软件建立立体模型，再把数据传给3D打印机，打印机特有软件能读懂这些数据
8、并限制打印。”郭峤介绍，“这一流程对一般人来说还是比较困难的。因此，国外一些公司尝试把建模简化，让一般人有可能操作。不过，这一目标实现之路还很漫长。” 当然，目前一般人能够操作的3D打印还是有的。他介绍，国外一些公司设计的3D软件能在网页上干脆运行，顾客通过鼠标操作就能完成简洁的输出。它们通常是由几个固定图形组成，如正方形、圆形等基本结构，用户调整尺寸后打印输出，再把几个零部件成品搭起来就完成了。这些打印品有很大局限性，比如不规则形态就打印不出来，不过对一般用户来说这不失为一种体验3D打印的方式。 神话三 3D打印节约时间和材料 3D打印有两个别名：“快速成型”和“增材制造”。顾名思义，速度和
9、节约原料是3D打印的两大优势。不过，这两大优势与人们想象中不太一样。 以3D打印的制作过程来说，真的谈不上“快”。郭峤告知记者，“假如我们想做一个玩偶，根据传统工艺，注塑机工作几秒钟就能实现；而3D打印则须要好几个小时。不过，在制作之前的打算环节，传统工艺动辄须要几个星期来开模具，而3D打印只须要几个小时来设计。所以，3D打印的快体现在打算过程上，综合看来3D打印的确耗时更短。” 不过，对于比玩偶大得多的物品而言，状况就要困难多了。在3D打印界有个“幂定律”，说的是假如我们想要两倍大的东西，就要花费8倍的材料和8倍的时间，想要3倍大的东西，就要花27倍的材料和时间。这是不是说3D打印不适合体积
10、大的产品呢？ 清华高校激光快速成形中心林峰教授表示，由于体积是尺寸的3次方，幂定律的确影响制作时长。不过，更多状况下耗时取决于精度的要求，精度越高则打印越慢。“精确地讲，3D打印是一大类技术的统称，有些工艺可以做到很精准，这样当然耗时长。而精度低的工艺就要快得多了，它的成品还可以通过后期切削等方式来加工，达到更好的精度。因此，找到适合的工艺很重要，耗时并非简洁3次方。” 在节约材料方面，3D打印有别于传统减材制造带来材料奢侈，的确节约原材料。不过，郭峤提到，与我们想象的不同，3D打印所谓的“增材”也并不意味着完全不奢侈原料。比如，打印一个房子模型，一层层叠加，当打到房檐的突出部分怎么办？干脆打
11、印材料会掉下来。像现实中盖房子须要脚手架托起飞檐一样，打印时也须要这么一个支撑物，打印完成后再把它拆掉，这个支撑物大约会造成20%-30%的奢侈。而且在打印有许多较大空隙的塑料产品时，材料的奢侈是比较严峻的。中空的物体须要更多的支撑材料，这些材料会产生额外的废弃塑料粉末。尽管一些多余的支撑物材料可以回收，但是探讨发觉，平均只有40%的多余塑料粉末可以回收利用，而剩下的60%的则被倒入垃圾箱。 而另一种奢侈则更加隐秘。以一件玩具为例，一个是亚洲一家沿海工厂批量制造的，另一个则是美国一个小打印店打印的。这两个塑料玩具哪个更环保呢？考虑到两个玩具都是塑料制造的，每生产一公斤的产品，一台3D打印机的耗
12、电量至少是工厂注塑机的10倍。尽管名声不好，但是注塑机事实上特别节能，而且不产生任何原料奢侈。所以，假如3D打印成品的浪潮扩大的全球，个人创建品海量出现，那么究竟谁更不环保、更奢侈，将是一个须要考虑的问题。 神话四 3D打印市场已经厚积薄发了 3D打印这个词很“火”，但与之不成正比的是它的市场：去年全年，全球3D打印全行业销售量只有4.2万台，其中2万台还是由Stratasys一家售出的。市场培育严峻滞后是3D打印商业化的一大窘境。 以国内3D打印企业而言，郭峤告知记者，太尔时代去年在全球范围内卖出四五千台3D打印机，今年预料会增长一倍多，但是从消费级电器来讲，这一销量还是太少了。国外状况也大
13、体如此，因此“说3D打印井喷的时代还为时尚早，市场还须要长期地培育”。 在市场培育期，某些混乱难以避开。“我们的桌面3D打印机售价101101元人民币，而在网上，顾客可以找到五六千甚至3000元的打印机。由于3D打印行业是开源代码的，这些机器不须要研发就能攒出来。尽管存在着技术不是组装者研发所以难于改进的问题，但是并不阻碍这些企业赚到第一桶金。”郭峤说。 不过，对整个3D打印行业来说，“第一桶金”是远远不够的。Stratasys亚太与日本地区总经理Jonathan Jaglom认为，3D打印的瓶颈在于人们再投资的意识。“以Stratasys 为例，我们收入的30%会再被投入到新材料的研发中。现
14、在我们已经有130多种不同的新材料了，在我做这个行业20多年来，我们也看到不少公司很难有持续性的发展，这就是说你必需有一部分营收投入到再投资。” 神话五 3D打印范围不受限制 在去年的贺岁片十二生肖中有这么一幅场景：成龙戴着一副白手套，摸了一下国宝十二生肖的头像，就把头像数据扫描进了电脑。与此同时，相隔几公里之外，他的伙伴用一台柜状机器瞬间复制出一个一模一样的兽首。 虽略显夸张，但在我国最早从事3D打印专家之一、华中科技高校材料科学与工程学院副院长史玉升看来，这一场景用3D打印就能做到。不过，在电影中吸引人的桥段，到了现实中，却不免带来法律问题。比如，在艺术品保藏中，3D打印或许将让文物制造者
15、有了更好的工具。油画耗材的出现，只要做油画表面的精细扫描，轻易就能一比一打印出一件艺术品。随着技术发展，出现高仿赝品的可能性将越来越大。 不仅如此，3D打印枪支也已经出现了。美国一个名为“分布式防卫”的激进组织发布广告称，只要拥有一台电脑和一台3D打印机，只需几个小时就可以制造一支半自动枪。无需生产许可证，不须要接受背景调查，即使不懂枪支学问和制枪技术也能在家轻松拥有一支枪。 虽然，“分布式防卫组织”打印的武器还没有测试运用。但据美国“大众科学”网站消息，一位自称“HaveBlue”的网友在网站发文称自己最近胜利打印出真枪的部分组件，精确地说，HaveBlue并没有打印一把完整的手枪，他只是打
16、印出了AR-3D5自动步枪的机匣。 但是HaveBlue结合真枪其他部件制作成了一把真枪，还在一个农场进行了试枪。“6米远的地方都能瞄得很准，累计射击200余次，枪身依旧完好无损。”HaveBlue颇为骄傲地说。 枪械假如可以不受限制地被大范围打印，那么后果不可思议。美国步枪协会曾有一句名言：“假如枪支不合法，那么将只有罪犯才会有枪支。”将来，这句话有可能会变成“假如枪支不合法，那么罪犯将拥有3D打印机”。 而3D打印的问世，还涉及到盗版、版权等问题，开源性的图纸，导致很难对版权和学问权产进行有效爱护。一个设计师花费几年时间的辛苦工业设计，被远在地球另一端的人，只花费几分钟就简洁打印出来，并以
17、此牟利，这样的的事情将来很可能会发生。 当然，目前说3D打印可能牵涉到违法获得为时尚早，但是史玉升表示，缺乏行业标准是产业化发展体制上的障碍之一，“比如，我们用3D打印做出假牙，从试验室看与传统制造的假牙性能差不多，但是没有评判标准，医院还是不敢用。事实上，这是一个国际性问题，发达国家也只有部分3D领域的标准，没有总体规范。现在，我国起先重视这个问题，加紧探讨制定。” 神话六 3D打印可以制造人体器官 在BBC网站上的一段视频中，美国威克森林高校再生医学探讨所教授安东尼阿塔拉，为人们展示了一段科幻小说似的场景。在一台3D打印机的沙沙作响中，一块松软的人体组织被打印出来，安东尼随后还展示了他们当
18、天早些时候打印出来的人的肾脏。 据安东尼介绍，打印器官时，探讨人员首先从成年病人的骨髓和脂肪中提取出干细胞，通过采纳不同的成长因子，这些细胞能够被分化成不同类型的其他细胞；然后他们再将这些细胞转化成液滴，制成“生物墨水”。接下来注射器一层一层地将“生物墨水”喷涂到凝胶支架上，这样一层层重复喷涂，直到器官的三维结构完成。这样，最终就能打印出一个完整的器官。 但是在许多学者看来，打印器官，目前只能算是一个科学幻想。 “目前来说，用打印的方法获得人类器官，还仅仅只是停留在科学幻想的阶段。”北京高校医学部解剖学与组织胚胎学系教授于恩华告知记者。 同时，中国科学院北京基因组探讨所甄二真教授也认为：“这个
19、方向在将来是有可能的，但是假如说他现在就做出来了，肯定是有问题的。” 于恩华说，人体的干细胞的确有分化的实力，它就像一个发育不成熟的细胞，能够在肯定的养分和生成条件下，转化为肌肉细胞、神经细胞、肾细胞等人体各种细胞。但是不能说，因为干细胞有这种实力，通过打印就能获得一个有生命力的器官。 “就像人们已经驾驭了基因图谱，但是至今也无法合成生命一样。人类目前就连一个单细胞的生物，都没有胜利造出来过。”于恩华说，“驾驭了生命的构成结构，和创建一个有活性的机体，之间的差别就像天与地的距离那么远。”人们对生命的相识还很有限，生命绝不是细胞、血管加神经就能简洁复制的，其中的许多联系要比人们想象的困难得多。
20、甄二真告知记者，人体组织是特别困难的，由细胞、纤维组织、结缔组织、脂肪等构成。利用自体干细胞，就能培育出完整的肾脏，目前这是不行能的。因为这中间还有困难的过程。人造肾脏属于生物工程学的领域，但是要达到生物工程学的高度，须要完备的生物科学做支撑。 “但是人类现在所驾驭的学问，连生物科学的许多基础问题都没有解决。”甄二真说，比如有人说用自体干细胞就能造出器官，但是干细胞要首先在体外进行诱导分化，然后再将分化的细胞精确安放在器官的固定位置。而干细胞的体外诱导分化，以及精确排列分子的位置，就是目前学界还未攻克的难题。 此外，构成器官的像氨基酸、多糖甚至是看不见的组织间液等处于分子水平的物质该如何排列安放，也是目前无法解决的基础科学问题。而这些内容，还没有任何医学文献可以供应参考。 “即使这些问题都解决了，也只能说基础科学弄清晰了。要想制造出肾脏，还须要进行更长时间的探讨。”甄二真说，这就像弄清晰飞行原理和制造出能上天的宇宙飞船一样，它们之间的差距是巨大的。 第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页