打印“未来”？3D打印的前世今生

维也纳科技大学运用3D 打印技术打印出来的伦敦塔桥

如今，打开电脑，在搜索引擎中输入“3D打印”，相关话题和图片随处可见，也许3D打印的手枪在昨天还是新鲜事，但今天Google首页已被3D打印的食物和药物刷新。从琳琅满目的信息中，我们会发现两种相反论调，在一些欣喜的人看来，这项技术不断发展并走进日常生活，未来的消费者待在家中就能自制玩具、工具，是制造业划时代的“春天”。另一种观点则认为，近年来夺人眼球的3D打印技术实质上被媒体宣传与资本投入夸大了，其产品的精确度、安全性应该质疑，其所受到的巨大追捧在将来也必然会导致3D印刷产业股票泡沫的灰飞烟灭。对于当前媒体上如此针锋相对的唇枪舌战，我们到底应该相信谁？而这项所谓的高新技术到底又会为我们的生活带来什么？这需要从“3D打印”本身说起。

何为“3D打印”？

今天人们口中的“3D打印”其实是快速成型技术（英文RAPID PROTOTYPING，简称RP技术）中的一种，而之所以以“3D打印”命名，主要是由于朗朗上口和通俗易懂。快速成型意味着可以在无须准备任何模具、刀具和传统技术工人的情况下，直接接受电脑中3D软件的信息，快速制造出模型，这大大缩短了新产品的开发周期，降低了研发成本，并提高了成品质量。而“3D打印”作为公众口中RP技术的代名词，其制造方式也遵循RP系统的基本工作原理，即：打印机根据零件的形状，逐层“打印”一片片微小厚度的截面，再将它们依次黏结起来，得到所需制造的立体零件，就像我们叠起一摞医学CT照片可以得到一副完整的生物骨架一般。

实际上我们所说的“3D打印”是个广阔的范畴，对于一个国家未来的机械加工实力而言，工业级的“3D打印”具有划时代的意义。虽然“RP技术”里的“P”指prototype——雏形，但早已越来越多地参与到成品的零件生产当中，甚至在汽车、航空等工业领域中也频频发力。要知道，早在上世纪90年代中期，美国就将其引入F-22、F-35等先进战斗机的制造中。而公众对于“3D打印”超乎寻常的火热瞩目，大概始于2011年末，而引爆热度的，不是别人，正是美国总统奥巴马。2013年2月，奥巴马在国情咨文演讲中强调了3D打印技术的重要性，意图推动3D打印业的发展。在美国历史上，能够与此堪比的，恐怕只有美国前副总统戈尔早在1992年当参议员时提出并且一直鼓吹的“信息高速公路”了。奥巴马的咨文瞬间引爆了3D打印板块在金融市场上的表现，同时也让各国政经界将目光放在了这项技术上。足以见得3D打印技术在当下世界中的影响。

3D 打印机“增材”制造方式下正在打印的小雕像

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“3D打印”的才华闪烁

博伊斯曾说过“人人都是艺术家”，一方面是试图消解艺术与生活的差别，另一方面是降低艺术表现的技术难度，而3D打印正好解决了产品设计领域本来很难被降低的技术难度，也许今后我们可以加上一句：“人人都是设计师”。在之前，一位产品设计师要将创意变成成品需要说服投资人，联系合适的工厂，与技术工人反复沟通，之后才能进入模型制作阶段。但是有了3D打印机这一切烦心的障碍都清除了。因此最早吸引到一些极客、研究人员及创业者在3D打印技术的基础上进行各式各样的尝试。而当艺术、设计与3D打印技术相遇，碰撞出来的火花也绝不亚于其在制造业和普通民用产业所带来的震撼力。

美国南加州大学的Behrokh Khoshnevis教授应该算是一位建筑业的开拓者，他曾在TED的演讲中表示计划用超大的3D打印机来“打印”一栋房子，时间只需20个小时，而且不必担心“打印”出来的房子不结实，因为使用的材料的承重能力是标准混凝土的3倍。如果你希望房间更多更宽敞，还可以再增加几个“打印头”以提高效率。试想，在不久的将来，若你的房间和家具都是由自己设计、定制生产出来的，该作何感慨呢？

而在麻省理工学院，几位研究人员组成的 Formlabs 团队在众筹网站KickStarter上获得了超过290万美元的融资，打破了此前KickStarter的筹资纪录。这个主要专注于创意设计领域的强大团队希望在创意工作中，让设计师以及工程师能更快速地将他们的灵感通过实物体现出来。为此，他们专门开发了一套设计软件，可以将3D CAD中的文件导入，整个流程从最初创想到得到实物只需要一台打印机的工作时间。比如，这套软件可以将埃菲尔铁塔精确无误地按照比例轻而易举地打印出模型（图5），可以将古希腊雕塑通过扫描原物打印出各种比例、材质和颜色的复制品，也可以将一个五脏俱全的小物件以硬币般的体积呈现出来。如果是结构更复杂的产品，比如机器人，可以先分别打印各部分，再加上电子部件，最后进行组装。

3D 涂鸦笔在空中画出的独角兽

以上例子对于大多数人来说也许价格太高昂，这一点也正是3D技术目前进入大众日常生活的最大阻碍，不过这也将成为过去。众筹网站Kickstarter正在资助开发一款成本低廉的3D结构打印笔，又被叫做“3D涂鸦笔（3Doodler）”。它让“神笔马良”式的神话不再只是儿时的幻想，只要你能手绘出造型，笔尖流出的特殊“墨水”就会立刻被内置风扇冷却，凝固成塑料，呈现出相应的3D立体结构。我们可以看到，活灵活现的建筑物、恐龙、奔马、蜻蜓、眼镜以及“3Doodler”的立体造型（图8）能够在笔端悬空轻易完成。就像其发明者WobbleWorks公司在产品说明中所写的：“如果你会随意涂鸦，会用手指在空中描绘或者挥舞手指，你就会使用3D涂鸦笔。”而艺术界也许将重新考虑千百年来对绘画是“平面艺术”的定义，另在雕塑和绘画之间寻觅一个名词。目前，WobbleWorks公司已经为部分艺术家提供这种笔的样品，很多艺术家用其创造3D涂鸦后，通过etsy.com网站出售。而这种现实版“神笔”也有望在今年晚些时候上市，售价仅32美元。

更令人惊艳的还要数3D打印能将二维的世界绘画名作转化为现实的三维雕塑，这种雕塑绝不是以往那样将绘画中的物象元素加以模仿，创造出与其相像的实物，而是对绘画平面中的二维形状进行数据扫描和测量。这样一来，3D打印技术生产出来的绘画名作雕塑便渗透着绘画大师原本的艺术痕迹。英国艺术家卡特夫妇就利用3D打印技术将19世纪后印象派画家梵高的经典作品《向日葵》带出画框，在经过大量测量、建模和实验之后，一盆visijet-x树脂材料的“向日葵”新鲜出炉，之后艺术家再用铜将其翻模铸造，最终成就为一件名为《向梵高致敬》的高科技艺术品。这件栩栩如生的铜质雕塑巨细靡遗地反映出梵高充满动感的笔法及其眼中向日葵的模样。可以想象，如果采用卡特夫妇的做法，将所有的世界名画进行这种从平面到立体的转化，我们就能在承载着艺术家痕迹的3D实物中感受他们眼中的世界到底有多么奇妙，而它们能够量产的特性也将为艺术收藏增添一种新的方式。

3D 涂鸦笔在空中画出的蜻蜓

今年10月，在北京举办的“2013年中国国际独立设计师邀请展”上，展出有各国设计师及艺术家创作的多个3D打印作品，其中设计师黄思颖创作的《生命的礼赞》将科学与艺术结合，从婴儿的脐带血采样中抽出12位激素水平值作为参数，放进分形几何算法迭代公式中，通过3D打印技术生成每个新生儿独有的三维艺术形态。本刊就3D技术的现状等问题采访了这位创作者。

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卡特夫妇将梵高名作用3D 打印后再创作出的《向梵高致敬》

独立设计师黄思颖使用Mandelbulb 3D 的迭代算法生成的模型

艺术银行VS黄思颖

艺术银行=ART BANK 黄思颖=黄

ART BANK：你认为3D打印对设计和艺术产生了什么样的影响？

黄：我学习的是产品设计，所以很清楚质量监控这个环节。一个想法可能开始很好，但落实到工厂制作的时候，因为工人理解错误或者产品结构复杂无法铸模等原因，经常导致最终不能成型。但是3D打印可以完全“理解”你的想法，绕开铸模环节，直接打印一模一样的成品出来，不会有偏差。所以这项技术可以实现设计师和艺术家以前不能实现的一些想法。

ART BANK：现在3D打印的普及度如何？

黄：目前在国外普及度很高，许多作品已经不再强调使用了3D打印技术。但是在国内普及度还不够，一方面因为价格高、工艺难，另一方面更是由于缺乏完善的相关服务体系。但是艺术和高端设计并不受成本和工艺的限制，而且3D打印很难批量生产，都是单件定制的特点也正好符合艺术品和奢侈品的定位。

ART BANK：你身边的同行使用3D打印的多吗？

黄：有一些，但他们一般只是用3D打印来完成测试用的产品原型，因为这样比在电脑上看直观很多。批量生产的时候则会用其他相对低成本的技术。但首饰设计或者服装设计符合上面谈到的奢侈品概念，所以可能会直接使用3D打印出产品。现在这项技术的成本逐渐变低，今后可能会成为某些生产线上的主流。

ART BANK：有人质疑3D打印产品的实用性，比如打印建筑，真的足够结实吗？

黄：现在有越来越多的材料可用于3D打印，一些非常结实的材料——比如金属已经出现，我们还可以从头发丝中提取一种物质来增加材料的韧性和承重能力。另外现在可以打印食物，最新技术连药物都可以打印，3D打印机只需要扫描医生开具的处方二维码就能生产药物；还有可以同时打印两种材料的新型打印机。设计师可以根据产品的用途来自由选择、搭配最适合最耐用的材料。

ART BANK：3D打印的成本大概是多少呢？

黄：不同的技术成本计算方式也不一样，有的是按照复杂程度来计算，而像我这个作品《生命的礼赞》用的是尼龙烧结技术，这种技术的成本是按照体积大小计算，长宽高大致各18厘米的一个作品成本在20000元左右，如果再大一两厘米，价格可能就会翻番。不过随着技术进步，材料拓展，相信3D打印的成本会越来越低。

新象，还是虚火？

因为奥巴马的一句话，“3D打印”热得忘乎所以，日本家电巨头松下也传出计划用3D打印机来量产家电产品的消息。甚至有媒体将“3D打印”技术的革新意义喻为“第三次工业革命”。然而，它真的如此完美么？

台湾鸿海集团董事长郭台铭就曾表示，“3D打印”被冠上“第三次工业革命”的名号只是个噱头。他的理由就在于此项技术用于制作设计和工业模具还尚可，却因为成本等各方面原因无法进行大量生产。诸如此类对于“3D打印”的怀疑论调还有不少，比如“3D打印零件强度难以作为大型机械受力构件”、“3D金属打印零件表面还需进一步机械加工”、“3D打印工业化打印速度无法达到批量化生产标准”等等。

但同时，在这些将“3D打印火热之势”炮轰为“虚火”的言辞背后，我们应该清醒地认识到“3D打印”作为信息革命终结传统工业最后堡垒的冲锋号，仍然还需要时间去慢慢完善和发展；而在每次技术新象出现的初期，也必然会遭遇这种批判与怀疑，生产商并不具备艺术家和设计师敢于尝新的冒险精神。就像畅销书《3D打印：从想象到现实》的作者胡迪·利普森（Hod Lipson）和梅尔芭·库曼（Melba Kurman）所说的，过去几次改变世界的新科技出现时，一开始都是遭到一窝蜂追捧，直到大家发现困难重重、需要突破的地方仍然很多时，就会突然冷静，甚至冷漠下来，最后到了技术发展成熟阶段，才会广为世人接受。而3D打印也正在经历这样的标准过程。看来，3D打印还处在幼年期，会对未来会造成怎样的影响，世界可否诉诸打印？我们还要拭目以待。