3D打印机:“打”出个未来

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  爆炸、枪战、美女,每当提及007电影时,除了以上这些元素之外,观众想起最多的就是以他那辆豪华跑车为代表的先进装备。过去的2012年是007电影问世50周年,新片《空降危机》中,第一部影片当中出现的超帅座驾阿斯顿马丁跑车也会随着邦德回归银幕。只不过这一次007开的既不是老古董,也不是真正意义上的跑车,而是光靠“打印”从古旧的博物馆里穿越到现在的新玩意。这个“打”出来的究竟是什么呢?
  3D打印机的革命
  2012年11月20日,前《连线》杂志主编克里斯·安德森出现在清华大学的演讲台上:“在‘创客运动’的推动下,全球实现全民创造,掀起新一轮的工业革命,也就是数字制造和个人制造的结合。”
  安德森本人就是一名“创客”。2012年11月初,做了12年《连线》杂志主编的安德森突然宣布要离职创业,担任一家3D打印机公司的首席执行官。促使安德森下海的,是《连线》杂志最新一期的封面图片:梅克波特公司创始人布雷·佩蒂斯抱着他发明的3D打印机得意地说,“这个玩意儿将改变世界”。这不由得使人想起已故的苹果公司创始人乔布斯也曾抱着个人电脑,出现在杂志封面上。3D打印机究竟是什么东西?它真的会像个人电脑一样带来技术革命,改变我们的生活吗?
  在电影《碟中谍3》里,汤姆·克鲁斯饰演的伊森和同事们用一台机器在很短的时间里做出了一个逼真的头部面具。而这台机器就是一部3D打印机。如今,我们自己也可以很快打印出一个面具。在一家英国3D设计打印工作室,经过扫描后,你就可以打印自己的面部模型。根据体验人员的经验,扫描过后,系统会根据相关数据生成一个CAD打印数据文件,之后转移到生成机器上,就可以分层打印出来。
  分层技术是3D打印的基本原理。把要打印的物品进行三维扫描,或者作出三维模型,然后3D打印机会根据这些三维数据一层一层地打印。这些层叠加到一起就成为立体物体。3D打印机的油墨可以非常多样,从有机物到无机物,几乎所有材料都可以用来进行3D打印。你不需要思考如何制造一个3D产品,计算机软件帮你搞定一切。你只需要知道自己想要什么就够了。
  三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作,桌面打印机可以打印出小物品,而且,人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里;而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品,则需要更大的打印机和更大的放置空间。
  3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。
  与传统技术相比,三维打印技术还拥有如下优势:通过摒弃生产线而降低了成本;大幅减少了材料浪费;而且,它还可以制造出传统生产技术无法制造的外形,让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器;另外,在具有良好设计概念和设计过程的情况下,三维打印技术还可以简化生产制造过程,快速有效又廉价地生产出单个物品。
  三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计,这就意味着它们会非常笨重,并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中,原材料只为生产所需要的产品,当材料没有了生产限制后,就能以最优化的方式来实现其功能。因此,与机器制造出的零件相比,打印出来的产品的重量要轻60%,并且同样坚固。
  让打印机成为新动力
  其实3D打印并非最近几年才有的新鲜事物。1986年3月,美国人迈克尔·赫尔为自己发明的三维立体成型机申请了一项专利,这在当时引起了不小的轰动。当时的《早安美国》节目上,主持人颇具煽动性地描述说:“你只要有一个想法,在你的电脑上画出图纸,按下按键,就能够得到你要的那个模型。《科学》杂志的编辑说,这项技术正在改变美国的工业。”当时迈克尔预言,3D打印技术将会改变传统工业的生产方式。作为三维立体成型机发明者的迈克尔这样评价这项技术:“叫它3D打印机很合适。广义上讲,你可能会觉得3D打印机破坏了机械化工程制造业。”
  迈克尔没有想到,如今的3D打印和快速成型技术不仅冲击了传统工业,还渗透到了新兴领域。2012年11月13日,美国加利福尼亚州圣地亚哥,一家名为欧迦南莫的生物技术公司利用3D打印机制造出血管以及心肺部等脏器的碎片。他们的最终目标是打印出完整的生物器官,这样器官移植所面临的来源缺乏和排斥反应难题将迎刃而解。
  事实上,人们已经使用该技术打印出了灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等,有些人甚至使用该技术制造出了机械设备。比如,美国麻省理工学院的博士生彼得·施密特就打印出了一个类似于祖父辈使用的钟表的物品。在进行了几次尝试之后,他最终用打印机打印出了塑料钟表,将其挂在墙上,结果,钟开始滴答滴答地走动。
  近年来,3D打印机的价格正逐年降低。现在,你只要花上500美元左右,就可以买一台家用的3D打印机。2011年,全球家用3D打印机的用户将近2.4万人,这一数字是2010年的4倍。2012年11月初,美国《时代》杂志公布了2012年年度最佳发明,一款体积小巧的3D打印机名列榜单内。英国《金融时报》高度赞扬道:“3D打印机将像蒸汽机、内燃机和计算机一样,开创一个崭新的工业时代。”
  “只有想不到”
  美国《连线》杂志评论说:“只有想不到的,没有做不到的,埃舍尔的画作和电影《盗梦空间》里的场景也许会成为实体现实。”然而如同其他科学技术一样,3D打印机的未来果真没有烦恼吗?当3D打印机结合3D扫描仪时,知识产权问题将会特别突出。这种行为会比抄袭专利和版权要严重得多。
  2012年11月1日,美国犹他大学法律系的学生科迪·威尔逊在一次公开讨论时透露,他和他的朋友正在做一个手枪的图纸。他们把这张设计图叫做微机手枪,这张图可以在网络上自由传播,只要你有一台3D打印机,你就可以自己做出一把手枪来。3D打印机几乎可以打印出包括手枪在内的各种武器,这使得枪支管理变得更为艰难,也给社会安全带来了新的挑战。而这也正是任何一项科学技术都难逃的魔咒。
  三维打印技术的意义不仅在于改变资本和工作的分配模式,而且也在于它能改变知识产权的规则。该技术的出现使制造业的成功不再取决于生产规模,而取决于创意。然而,单靠创意也不够,模仿者和创新者都能轻而易举地在市场上快速推出新产品。因此,竞争优势的持续时间可能将前所未有地变得更短。
  一旦物品能用数字文件来描述,它们就会变得很容易复制和传播,当然,盗版也会变得更加猖獗,就像音乐工业出现的情况一样。当一个新玩具的草图或一双鞋的设计方案在网上流传时,其知识产权的拥有者会失去更多,因此,人们在知识产权领域进行的斗争会更加激烈。并且,随着开源软件、新的非商业模式的出现,三维打印技术需要比目前更加严谨还是更加宽松的法规还有待验证。
  詹姆斯·邦德的座驾其实就是用3D打印机制作出的电影道具,这项技术就像机器猫的口袋一样,只要你有足够的想象力,就可以从过去穿越到未来。或许未来的某一天,我们真的可以生活在打印出来的世界里。而一个“打”出来的未来究竟会是更加美好,还是增加新的烦恼?我们拭目以待。
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