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一個(gè)畢業(yè)于北京大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系，在中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所、計(jì)算中心和網(wǎng)絡(luò)中心工作過(guò)，在澳大利亞科工組織DMS、香港浸會(huì)學(xué)院數(shù)學(xué)系和中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心等處工作過(guò)，多次獲國(guó)家和中科院科技獎(jiǎng)并享受政府特殊津貼的退休老頭?，F(xiàn)在在【中國(guó)科普博覽】網(wǎng)“科學(xué)新語(yǔ)林”欄目里開(kāi)設(shè)一個(gè)《數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)》的個(gè)人專欄，愿和愛(ài)好數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的各界網(wǎng)友和青少年朋友，談?wù)剬?duì)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的看法、想法。
3D和4D打?。?）
張建中
2013年10月18日
7．3D打印技術(shù)在發(fā)展中遇到的一些負(fù)面作用和技術(shù)瓶頸
3D打印機(jī)帶來(lái)的變革不僅僅是正面的，還有負(fù)面的，不過(guò)不必太擔(dān)心，人類的發(fā)展總是伴隨著雙刃寶劍披荊斬浪沖刺前進(jìn)的。如果我們抱著全是消極的態(tài)度只“堵”不“疏”，那么社會(huì)與技術(shù)就不會(huì)發(fā)展，“人類一犯愁，上帝會(huì)發(fā)笑”，何必自我煩惱。
先讓我們看看3D打印技術(shù)帶來(lái)的負(fù)面作用：
安全隱患：前不久一個(gè)狂人大膽想象用3D打印機(jī)去制造槍械，著實(shí)讓人大大捏了一把冷汗。槍械機(jī)件的數(shù)碼模型是十分容易傳播的，也許一個(gè).STL文件帶上U盤就能讓萬(wàn)能制造機(jī)吞吐出極具殺傷性武器，這一點(diǎn)真希望3D打印機(jī)不要那么萬(wàn)能啊。
盜版問(wèn)題：萬(wàn)能的拷貝和復(fù)制功能讓靠智慧吃飯的人士再次擔(dān)憂，從信息共享時(shí)代就吃盡苦頭的創(chuàng)作人士找了好久才摸索到盈利機(jī)制，如今3D來(lái)了，新形勢(shì)下，人們將再次面臨新的版權(quán)問(wèn)題,不過(guò)也許對(duì)于電子錢包的發(fā)展是利好的－－因?yàn)椴噬珡?fù)印機(jī)解決不了的防偽問(wèn)題，3D打印輕而易舉就“打印”實(shí)現(xiàn)了。
資源消耗增加，加重環(huán)境問(wèn)題：環(huán)境保護(hù)者要特別頭痛了，在自由想像與創(chuàng)造欲望的驅(qū)動(dòng)下，隨心所欲地涂鴉將帶來(lái)災(zāi)難性的后果，耗材廠商要樂(lè)了，而模型設(shè)計(jì)軟件將分出與結(jié)構(gòu)優(yōu)化與耗材壓縮相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，盡可能減少材料使用但能強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。
道德與倫理：2D平面時(shí)代，偷拍、艷照已經(jīng)足夠令人恐慌，如今3D時(shí)代來(lái)臨，人們更應(yīng)當(dāng)做好屏蔽與自我保護(hù)，偷透掃（透視掃描）、偷拍、平面照片直接轉(zhuǎn)為3D等高科技的民用化將讓人們防不勝防－－透視掃描用于人體簡(jiǎn)直就是秒殺。
怪異變?cè)烊嘶蛉嗽烊顺霈F(xiàn)：人獸更加難辨、雌雄更加難分。醫(yī)學(xué)上的有益應(yīng)用，比如醫(yī)學(xué)修復(fù)、整形，骨植、義肢等等無(wú)疑能幫助人們擺脫疾病與殘疾的困擾。但邪惡的想象一定會(huì)讓人類生出惡魔的翅膀，如果用打印出的零件組合功能模塊，結(jié)合核心驅(qū)動(dòng)或智能芯片，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)人造人，從而以假亂真，真假難分？
藝術(shù)品收藏：3D打印技術(shù)讓文物制造者有了更好的工具。舉例說(shuō)：油畫(huà)耗材的出現(xiàn)，只要做油畫(huà)表面的精細(xì)掃描，輕易就能一比一打印出一件藝術(shù)品。有人也許從各種角度反駁這一擔(dān)憂，但這種可能性應(yīng)該被考慮到，也許在某一個(gè)角落，就已經(jīng)有人調(diào)好顏料，打算用電子商場(chǎng)買來(lái)的2D噴墨打印機(jī)逐層細(xì)打?qū)崿F(xiàn)以上所設(shè)想的仿制品。
下面再看影響和制約3D打印產(chǎn)業(yè)快速大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)因素，主要有以下三點(diǎn)：
一是材料的限制：目前3D打印耗材有限，多為石膏、塑料、可粘結(jié)的粉末顆粒、樹(shù)脂等，制造精度、復(fù)雜性、強(qiáng)度等難以達(dá)到較高要求，一般只能應(yīng)用于模型、玩具等產(chǎn)品領(lǐng)域。對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，如果液化打印則難以成型；采用粉末冶金方式，除高溫還需高壓，這些技術(shù)恐怕短期很難成熟。
二是價(jià)格成本的制約：當(dāng)前3D打印機(jī)價(jià)格高企，昂貴的設(shè)備只能提供有限的價(jià)值。即使3D打印機(jī)成本能夠降下來(lái)，但單個(gè)商品的制造成本依然得不到解決。使用3D打印機(jī)制造商品，其成本要遠(yuǎn)高于大型企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)后均攤到每一件商品的成本。而后者批量生產(chǎn)也比3D打印產(chǎn)品的制造速度要快得多。
三是3D打印技術(shù)產(chǎn)品性能缺陷暫時(shí)無(wú)法彌補(bǔ)：3D打印不適合直接制造高精度零件，后期仍需經(jīng)過(guò)人工處理。由于3D打印是材質(zhì)一層一層堆積成形，每一層都有厚度，這決定了它的精度難以企及傳統(tǒng)制造方法。提高制造精度需不斷降低每一層的厚度，難度提高的同時(shí)，制造時(shí)間也大幅延長(zhǎng)。即便層和層之間粘結(jié)再緊密，其產(chǎn)品性能也無(wú)法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄的零件相媲美。
8．3D打印技術(shù)發(fā)展的前景
3D打印的價(jià)值體現(xiàn)在想象力馳騁的各個(gè)領(lǐng)域，3D打印正讓“天馬行空”的想象轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳_踏實(shí)地”的可能，人們利用3D打印為自己所在的領(lǐng)域貼上了個(gè)性化的標(biāo)簽，并紛紛展示了如何3D打印馬鈴薯、巧克力、小鎮(zhèn)模型，甚至擴(kuò)展到用3D打印汽車和飛機(jī)。
科學(xué)家們正在利用3D打印機(jī)制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡(jiǎn)單的活體組織，將來(lái)有一天我們很有可能能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。想得再遠(yuǎn)一些，如果生物打印機(jī)可以使用病人自身的干細(xì)胞，那么器官移植后的排異反應(yīng)將會(huì)明顯減少。
不過(guò)，盡管3D打印有很多優(yōu)點(diǎn)，但它是否能完全取代目前的各種加工技術(shù)、很快在制造業(yè)中唱主角，從而得到量大面廣的應(yīng)用，還有一大段距離。原因很簡(jiǎn)單，盡管3D打印從出圖到出產(chǎn)品的過(guò)程堪稱“閃電”般迅速，在制造上可以實(shí)現(xiàn)“散地”生產(chǎn)而無(wú)須再集中于一個(gè)大工廠中進(jìn)行，但如果需要很大的產(chǎn)量，3D打印的速度還有待提高，尺度和規(guī)?？赡芤蔡?，所以即使單件甚至小批量的定制加工十分可行，也不意味著大批量生產(chǎn)就能行得通。3D打印作為一個(gè)新概念炒作一段時(shí)間，拉動(dòng)一些投資肯定沒(méi)問(wèn)題，但讓它馬上走進(jìn)我們的生活，在我們身邊每一個(gè)消費(fèi)品中都起到主導(dǎo)作用，肯定還有很大的難度。
3D打印技術(shù)雖然具有廣闊的發(fā)展前景，但目前還不可能大量地應(yīng)用于軍工制造領(lǐng)域。具體來(lái)看，3D打印又可看做堆積成形技術(shù)，每一層材料都有厚度，這就決定了目前它的精度還難以企及傳統(tǒng)的減材制造方法。并且打印材料也主要限定在塑料、樹(shù)脂、可粘結(jié)的粉末顆粒等等，打印出來(lái)物品的強(qiáng)度和硬度都差強(qiáng)人意。
從技術(shù)本身來(lái)說(shuō)，3D打印存在的上述缺陷或許將隨著技術(shù)的發(fā)展一一得到解決，而它衍生的倫理和安全問(wèn)題，才更加令人擔(dān)憂。對(duì)于恐怖分子和犯罪分子而言，“3D打印槍能射擊一次就夠了”。隨著3D打印機(jī)的普及，未來(lái)如果有人想要一把AK47，先在網(wǎng)上下載模型圖紙，然后用3D打印機(jī)打印配件進(jìn)行組裝，無(wú)需申請(qǐng)生產(chǎn)許可證，無(wú)需掌握制槍技術(shù)，即可輕松擁有一支突擊步槍。而且，由于槍支上沒(méi)有序列號(hào)，也沒(méi)有銷售途徑，塑料材質(zhì)的槍支還能逃過(guò)金屬監(jiān)測(cè)器的檢查，警方將很難追蹤到槍支究竟來(lái)自哪里。因此，如何建立一套有效的監(jiān)管機(jī)制，保證3D打印技術(shù)被用于“正途”，是我們?cè)诩涌彀l(fā)展該項(xiàng)技術(shù)的同時(shí)，必須預(yù)先解決的一個(gè)重要問(wèn)題。
3D打印行業(yè)的發(fā)展猶如其定義本身，始終凸顯著“創(chuàng)新突破”這一關(guān)鍵特質(zhì)。今后可能取得突破的領(lǐng)域有：
創(chuàng)新突破1：3D打印應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展延伸
3D打印的優(yōu)勢(shì)在2011年被充分應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，利用3D打印進(jìn)行生物組織直接打印的概念日益受到推崇。比較典型的包括Open3DP創(chuàng)新小組宣布3D打印在打印骨骼組織上的應(yīng)用獲得成功，利用3D打印技術(shù)制造人類骨骼組織的技術(shù)已經(jīng)成熟；哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一個(gè)研究小組則成功研制了一款可以實(shí)現(xiàn)生物細(xì)胞打印的設(shè)備；另外，3D打印人體器官的嘗試也正在研究中。
隨著3D打印材料的多樣化發(fā)展以及打印技術(shù)的革新，3D打印不僅在傳統(tǒng)的制造行業(yè)體現(xiàn)出非凡的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)其魅力更延伸至食品制造、服裝奢侈品、影視傳媒以及教育等多個(gè)與人們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域。
創(chuàng)新突破2：3D打印速度、尺寸及技術(shù)日新月異
創(chuàng)新突破3：設(shè)計(jì)平臺(tái)革新
新的制造方法需要新的一系列處理工藝配合，3D打印目前只能算初現(xiàn)一絲曙光，真正達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用并產(chǎn)生效益，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間發(fā)展和積累。
3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，是信息革命在攻克傳統(tǒng)工業(yè)的最后堡壘的終結(jié)的沖鋒號(hào)，因而引發(fā)了一系列的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域研究的新課題，激光粉末冶金，微沉積金相學(xué)，微觀淬火、鍛造，激光沖擊強(qiáng)化等一系列機(jī)械制造，冶金等領(lǐng)域的課題將會(huì)讓已經(jīng)暮氣沉沉的傳統(tǒng)冶金科學(xué)和制造科學(xué)領(lǐng)域重新充滿發(fā)展的動(dòng)力，在未來(lái)的數(shù)十年間，誰(shuí)在這些技術(shù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用化的實(shí)際成果，可能會(huì)影響和顛覆現(xiàn)有的制造工業(yè)的基本面貌。
3D打印之所以能引起全球的高度關(guān)注和技術(shù)熱潮，是因?yàn)樗_實(shí)能制造新的工業(yè)革命。3D打印能極大的降低制造業(yè)建立工廠的基本要求和投資額度，并且能引發(fā)新一輪的小型企業(yè)興旺和擴(kuò)張的潮流，在現(xiàn)有壟斷化、大規(guī)模超大規(guī)模化的工業(yè)模式下，3D打印以現(xiàn)代工業(yè)缺乏的創(chuàng)新和靈活的生產(chǎn)機(jī)制促進(jìn)大量的有競(jìng)爭(zhēng)力的小型企業(yè)的誕生，未來(lái)制造工業(yè)進(jìn)入的瓶頸將會(huì)大幅度降低，很多企業(yè)將可以重新將制造從現(xiàn)在的專業(yè)分工的OEM狀態(tài)解放出來(lái)，現(xiàn)在全球產(chǎn)品近似化、雷同化、“科技以換殼為本”等現(xiàn)象將會(huì)得到終止。中國(guó)在3D打印領(lǐng)域目前較為積極，但是這一技術(shù)正處于快速進(jìn)步的時(shí)代，更替時(shí)間短，每幾個(gè)月就會(huì)發(fā)生一次技術(shù)換代，逆水行舟，稍微有停頓就會(huì)落后，而且在取得一定成績(jī)以后還需要注意市場(chǎng)化，未來(lái)3D打印的設(shè)備市場(chǎng)廣大，耗材方面則更是驚人，可以達(dá)到數(shù)千億的水平，可以說(shuō)掌握了3D就可以統(tǒng)治世界。
3D打印對(duì)物體直接復(fù)制成型的特點(diǎn)，使其在單個(gè)或小批量模具和復(fù)雜零部件的生產(chǎn)中占得優(yōu)勢(shì)，然而，傳統(tǒng)工藝的成本和速度優(yōu)勢(shì)卻是3D打印技術(shù)無(wú)法比擬的。比如，傳統(tǒng)工藝只要開(kāi)好模具，便可以短時(shí)間實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而受制于材料等因素，3D打印技術(shù)只是理論上可行，現(xiàn)實(shí)中卻遇到重重阻礙。
3D打印技術(shù)概念已經(jīng)起伏了好幾次，每當(dāng)應(yīng)用往前突破一步，產(chǎn)業(yè)界、科技界就會(huì)興奮地討論未來(lái)的可能性，但試探一段后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題，熱度也便迅速降下來(lái)。
最近刺激產(chǎn)業(yè)憧憬的，是在航空航天和生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)利用激光燒結(jié)技術(shù)，做出了飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整理構(gòu)件，標(biāo)志著在3D打印在大型金屬構(gòu)件上取得重大突破。而在生物醫(yī)療方面，3D打印雖然受制于材料，但病理模型制作以及組織工程器官培育，已經(jīng)被看作該技術(shù)未來(lái)非常有前途的應(yīng)用。
3D打印的關(guān)鍵是設(shè)備，而關(guān)鍵的關(guān)鍵則是材料。3D打印技術(shù)可用的材料品種少、精度差、成本高昂，這些都限制著其產(chǎn)業(yè)化和相關(guān)研究的推進(jìn)。在歐美國(guó)家，航空航天、醫(yī)療、汽車和模具制造四大行業(yè)，3D打印技術(shù)已有較為成熟的應(yīng)用。今后，如果技術(shù)取得進(jìn)一步完善，材料品種增多，3D打印產(chǎn)業(yè)可能會(huì)有一個(gè)爆發(fā)性的增長(zhǎng)。
不過(guò)，3D打印技術(shù)是技術(shù)革新，還是技術(shù)革命，各界仍然有不同的觀點(diǎn)。
公眾關(guān)心的是能進(jìn)入家庭的3D打印機(jī)，該打印機(jī)主要是指“桌面級(jí)的3D打印機(jī)”，即愛(ài)好者使用的低端設(shè)備，這并不代表市場(chǎng)的主流，未來(lái)工業(yè)級(jí)打印是主要市場(chǎng)。與家庭電腦不同，3D打印技術(shù)對(duì)使用者的設(shè)計(jì)能力有較高要求，因而對(duì)“3D打印進(jìn)家庭”這一概念不應(yīng)有太高期望。
而軍工和健康醫(yī)療的投資較少考慮成本，為3D打印試驗(yàn)提供了可能。即使如此，3D打印技術(shù)也只能說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)制造方式有改變，是原有方式的補(bǔ)充，還稱不上有根本的革新。
大家熟知，在第一次工業(yè)革命中最偉大的發(fā)明是蒸汽機(jī)，它讓機(jī)器代替了手工，提高了生產(chǎn)效率,使商品極大豐富，從而讓英國(guó)率先進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代，并帶來(lái)了交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，增強(qiáng)了全球與歐洲的聯(lián)系，最終讓西方領(lǐng)先于東方。而目前，沒(méi)人可以證明，某個(gè)工廠能夠依靠3D打印技術(shù)規(guī)?；岣呱a(chǎn)力或是完成業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。3D打印最多的應(yīng)用依舊聚焦于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。而且對(duì)設(shè)計(jì)師而言，它也不過(guò)是個(gè)工具。
幸運(yùn)的是，今天我們處在一個(gè)技術(shù)大爆炸的時(shí)代，各種流行的技術(shù)都可能對(duì)人類的未來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響；不幸的是，今天我們處在一個(gè)信息大爆炸的時(shí)代，泛濫的信息既影響著我們的直覺(jué)，又左右著我們的判斷。所以，看似“高調(diào)”的技術(shù)，未必能和“蒸汽機(jī)”媲美，而那些默默發(fā)展的“低調(diào)”技術(shù)，沒(méi)準(zhǔn)恰恰是“蒸汽機(jī)”。
3D打印機(jī)帶來(lái)的變革不僅僅是正面的，還有負(fù)面的，不過(guò)不必太擔(dān)心，人類的發(fā)展總是伴隨著雙刃寶劍披荊斬浪沖刺前進(jìn)的。如果我們抱著全是消極的態(tài)度只“堵”不“疏”，那么社會(huì)與技術(shù)就不會(huì)發(fā)展，“人類一犯愁，上帝會(huì)發(fā)笑”，何必自我煩惱。
先讓我們看看3D打印技術(shù)帶來(lái)的負(fù)面作用：
安全隱患：前不久一個(gè)狂人大膽想象用3D打印機(jī)去制造槍械，著實(shí)讓人大大捏了一把冷汗。槍械機(jī)件的數(shù)碼模型是十分容易傳播的，也許一個(gè).STL文件帶上U盤就能讓萬(wàn)能制造機(jī)吞吐出極具殺傷性武器，這一點(diǎn)真希望3D打印機(jī)不要那么萬(wàn)能啊。
盜版問(wèn)題：萬(wàn)能的拷貝和復(fù)制功能讓靠智慧吃飯的人士再次擔(dān)憂，從信息共享時(shí)代就吃盡苦頭的創(chuàng)作人士找了好久才摸索到盈利機(jī)制，如今3D來(lái)了，新形勢(shì)下，人們將再次面臨新的版權(quán)問(wèn)題,不過(guò)也許對(duì)于電子錢包的發(fā)展是利好的－－因?yàn)椴噬珡?fù)印機(jī)解決不了的防偽問(wèn)題，3D打印輕而易舉就“打印”實(shí)現(xiàn)了。
資源消耗增加，加重環(huán)境問(wèn)題：環(huán)境保護(hù)者要特別頭痛了，在自由想像與創(chuàng)造欲望的驅(qū)動(dòng)下，隨心所欲地涂鴉將帶來(lái)災(zāi)難性的后果，耗材廠商要樂(lè)了，而模型設(shè)計(jì)軟件將分出與結(jié)構(gòu)優(yōu)化與耗材壓縮相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，盡可能減少材料使用但能強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。
道德與倫理：2D平面時(shí)代，偷拍、艷照已經(jīng)足夠令人恐慌，如今3D時(shí)代來(lái)臨，人們更應(yīng)當(dāng)做好屏蔽與自我保護(hù)，偷透掃（透視掃描）、偷拍、平面照片直接轉(zhuǎn)為3D等高科技的民用化將讓人們防不勝防－－透視掃描用于人體簡(jiǎn)直就是秒殺。
怪異變?cè)烊嘶蛉嗽烊顺霈F(xiàn)：人獸更加難辨、雌雄更加難分。醫(yī)學(xué)上的有益應(yīng)用，比如醫(yī)學(xué)修復(fù)、整形，骨植、義肢等等無(wú)疑能幫助人們擺脫疾病與殘疾的困擾。但邪惡的想象一定會(huì)讓人類生出惡魔的翅膀，如果用打印出的零件組合功能模塊，結(jié)合核心驅(qū)動(dòng)或智能芯片，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)人造人，從而以假亂真，真假難分？
藝術(shù)品收藏：3D打印技術(shù)讓文物制造者有了更好的工具。舉例說(shuō)：油畫(huà)耗材的出現(xiàn)，只要做油畫(huà)表面的精細(xì)掃描，輕易就能一比一打印出一件藝術(shù)品。有人也許從各種角度反駁這一擔(dān)憂，但這種可能性應(yīng)該被考慮到，也許在某一個(gè)角落，就已經(jīng)有人調(diào)好顏料，打算用電子商場(chǎng)買來(lái)的2D噴墨打印機(jī)逐層細(xì)打?qū)崿F(xiàn)以上所設(shè)想的仿制品。
下面再看影響和制約3D打印產(chǎn)業(yè)快速大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)因素，主要有以下三點(diǎn)：
一是材料的限制：目前3D打印耗材有限，多為石膏、塑料、可粘結(jié)的粉末顆粒、樹(shù)脂等，制造精度、復(fù)雜性、強(qiáng)度等難以達(dá)到較高要求，一般只能應(yīng)用于模型、玩具等產(chǎn)品領(lǐng)域。對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，如果液化打印則難以成型；采用粉末冶金方式，除高溫還需高壓，這些技術(shù)恐怕短期很難成熟。
二是價(jià)格成本的制約：當(dāng)前3D打印機(jī)價(jià)格高企，昂貴的設(shè)備只能提供有限的價(jià)值。即使3D打印機(jī)成本能夠降下來(lái)，但單個(gè)商品的制造成本依然得不到解決。使用3D打印機(jī)制造商品，其成本要遠(yuǎn)高于大型企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)后均攤到每一件商品的成本。而后者批量生產(chǎn)也比3D打印產(chǎn)品的制造速度要快得多。
三是3D打印技術(shù)產(chǎn)品性能缺陷暫時(shí)無(wú)法彌補(bǔ)：3D打印不適合直接制造高精度零件，后期仍需經(jīng)過(guò)人工處理。由于3D打印是材質(zhì)一層一層堆積成形，每一層都有厚度，這決定了它的精度難以企及傳統(tǒng)制造方法。提高制造精度需不斷降低每一層的厚度，難度提高的同時(shí)，制造時(shí)間也大幅延長(zhǎng)。即便層和層之間粘結(jié)再緊密，其產(chǎn)品性能也無(wú)法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄的零件相媲美。
8．3D打印技術(shù)發(fā)展的前景
3D打印的價(jià)值體現(xiàn)在想象力馳騁的各個(gè)領(lǐng)域，3D打印正讓“天馬行空”的想象轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳_踏實(shí)地”的可能，人們利用3D打印為自己所在的領(lǐng)域貼上了個(gè)性化的標(biāo)簽，并紛紛展示了如何3D打印馬鈴薯、巧克力、小鎮(zhèn)模型，甚至擴(kuò)展到用3D打印汽車和飛機(jī)。
科學(xué)家們正在利用3D打印機(jī)制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡(jiǎn)單的活體組織，將來(lái)有一天我們很有可能能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。想得再遠(yuǎn)一些，如果生物打印機(jī)可以使用病人自身的干細(xì)胞，那么器官移植后的排異反應(yīng)將會(huì)明顯減少。
不過(guò)，盡管3D打印有很多優(yōu)點(diǎn)，但它是否能完全取代目前的各種加工技術(shù)、很快在制造業(yè)中唱主角，從而得到量大面廣的應(yīng)用，還有一大段距離。原因很簡(jiǎn)單，盡管3D打印從出圖到出產(chǎn)品的過(guò)程堪稱“閃電”般迅速，在制造上可以實(shí)現(xiàn)“散地”生產(chǎn)而無(wú)須再集中于一個(gè)大工廠中進(jìn)行，但如果需要很大的產(chǎn)量，3D打印的速度還有待提高，尺度和規(guī)?？赡芤蔡?，所以即使單件甚至小批量的定制加工十分可行，也不意味著大批量生產(chǎn)就能行得通。3D打印作為一個(gè)新概念炒作一段時(shí)間，拉動(dòng)一些投資肯定沒(méi)問(wèn)題，但讓它馬上走進(jìn)我們的生活，在我們身邊每一個(gè)消費(fèi)品中都起到主導(dǎo)作用，肯定還有很大的難度。
3D打印技術(shù)雖然具有廣闊的發(fā)展前景，但目前還不可能大量地應(yīng)用于軍工制造領(lǐng)域。具體來(lái)看，3D打印又可看做堆積成形技術(shù)，每一層材料都有厚度，這就決定了目前它的精度還難以企及傳統(tǒng)的減材制造方法。并且打印材料也主要限定在塑料、樹(shù)脂、可粘結(jié)的粉末顆粒等等，打印出來(lái)物品的強(qiáng)度和硬度都差強(qiáng)人意。
從技術(shù)本身來(lái)說(shuō)，3D打印存在的上述缺陷或許將隨著技術(shù)的發(fā)展一一得到解決，而它衍生的倫理和安全問(wèn)題，才更加令人擔(dān)憂。對(duì)于恐怖分子和犯罪分子而言，“3D打印槍能射擊一次就夠了”。隨著3D打印機(jī)的普及，未來(lái)如果有人想要一把AK47，先在網(wǎng)上下載模型圖紙，然后用3D打印機(jī)打印配件進(jìn)行組裝，無(wú)需申請(qǐng)生產(chǎn)許可證，無(wú)需掌握制槍技術(shù)，即可輕松擁有一支突擊步槍。而且，由于槍支上沒(méi)有序列號(hào)，也沒(méi)有銷售途徑，塑料材質(zhì)的槍支還能逃過(guò)金屬監(jiān)測(cè)器的檢查，警方將很難追蹤到槍支究竟來(lái)自哪里。因此，如何建立一套有效的監(jiān)管機(jī)制，保證3D打印技術(shù)被用于“正途”，是我們?cè)诩涌彀l(fā)展該項(xiàng)技術(shù)的同時(shí)，必須預(yù)先解決的一個(gè)重要問(wèn)題。
3D打印行業(yè)的發(fā)展猶如其定義本身，始終凸顯著“創(chuàng)新突破”這一關(guān)鍵特質(zhì)。今后可能取得突破的領(lǐng)域有：
創(chuàng)新突破1：3D打印應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展延伸
3D打印的優(yōu)勢(shì)在2011年被充分應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，利用3D打印進(jìn)行生物組織直接打印的概念日益受到推崇。比較典型的包括Open3DP創(chuàng)新小組宣布3D打印在打印骨骼組織上的應(yīng)用獲得成功，利用3D打印技術(shù)制造人類骨骼組織的技術(shù)已經(jīng)成熟；哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一個(gè)研究小組則成功研制了一款可以實(shí)現(xiàn)生物細(xì)胞打印的設(shè)備；另外，3D打印人體器官的嘗試也正在研究中。
隨著3D打印材料的多樣化發(fā)展以及打印技術(shù)的革新，3D打印不僅在傳統(tǒng)的制造行業(yè)體現(xiàn)出非凡的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)其魅力更延伸至食品制造、服裝奢侈品、影視傳媒以及教育等多個(gè)與人們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域。
創(chuàng)新突破2：3D打印速度、尺寸及技術(shù)日新月異
創(chuàng)新突破3：設(shè)計(jì)平臺(tái)革新
新的制造方法需要新的一系列處理工藝配合，3D打印目前只能算初現(xiàn)一絲曙光，真正達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用并產(chǎn)生效益，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間發(fā)展和積累。
3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，是信息革命在攻克傳統(tǒng)工業(yè)的最后堡壘的終結(jié)的沖鋒號(hào)，因而引發(fā)了一系列的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域研究的新課題，激光粉末冶金，微沉積金相學(xué)，微觀淬火、鍛造，激光沖擊強(qiáng)化等一系列機(jī)械制造，冶金等領(lǐng)域的課題將會(huì)讓已經(jīng)暮氣沉沉的傳統(tǒng)冶金科學(xué)和制造科學(xué)領(lǐng)域重新充滿發(fā)展的動(dòng)力，在未來(lái)的數(shù)十年間，誰(shuí)在這些技術(shù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用化的實(shí)際成果，可能會(huì)影響和顛覆現(xiàn)有的制造工業(yè)的基本面貌。
3D打印之所以能引起全球的高度關(guān)注和技術(shù)熱潮，是因?yàn)樗_實(shí)能制造新的工業(yè)革命。3D打印能極大的降低制造業(yè)建立工廠的基本要求和投資額度，并且能引發(fā)新一輪的小型企業(yè)興旺和擴(kuò)張的潮流，在現(xiàn)有壟斷化、大規(guī)模超大規(guī)模化的工業(yè)模式下，3D打印以現(xiàn)代工業(yè)缺乏的創(chuàng)新和靈活的生產(chǎn)機(jī)制促進(jìn)大量的有競(jìng)爭(zhēng)力的小型企業(yè)的誕生，未來(lái)制造工業(yè)進(jìn)入的瓶頸將會(huì)大幅度降低，很多企業(yè)將可以重新將制造從現(xiàn)在的專業(yè)分工的OEM狀態(tài)解放出來(lái)，現(xiàn)在全球產(chǎn)品近似化、雷同化、“科技以換殼為本”等現(xiàn)象將會(huì)得到終止。中國(guó)在3D打印領(lǐng)域目前較為積極，但是這一技術(shù)正處于快速進(jìn)步的時(shí)代，更替時(shí)間短，每幾個(gè)月就會(huì)發(fā)生一次技術(shù)換代，逆水行舟，稍微有停頓就會(huì)落后，而且在取得一定成績(jī)以后還需要注意市場(chǎng)化，未來(lái)3D打印的設(shè)備市場(chǎng)廣大，耗材方面則更是驚人，可以達(dá)到數(shù)千億的水平，可以說(shuō)掌握了3D就可以統(tǒng)治世界。
3D打印對(duì)物體直接復(fù)制成型的特點(diǎn)，使其在單個(gè)或小批量模具和復(fù)雜零部件的生產(chǎn)中占得優(yōu)勢(shì)，然而，傳統(tǒng)工藝的成本和速度優(yōu)勢(shì)卻是3D打印技術(shù)無(wú)法比擬的。比如，傳統(tǒng)工藝只要開(kāi)好模具，便可以短時(shí)間實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而受制于材料等因素，3D打印技術(shù)只是理論上可行，現(xiàn)實(shí)中卻遇到重重阻礙。
3D打印技術(shù)概念已經(jīng)起伏了好幾次，每當(dāng)應(yīng)用往前突破一步，產(chǎn)業(yè)界、科技界就會(huì)興奮地討論未來(lái)的可能性，但試探一段后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題，熱度也便迅速降下來(lái)。
最近刺激產(chǎn)業(yè)憧憬的，是在航空航天和生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)利用激光燒結(jié)技術(shù)，做出了飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整理構(gòu)件，標(biāo)志著在3D打印在大型金屬構(gòu)件上取得重大突破。而在生物醫(yī)療方面，3D打印雖然受制于材料，但病理模型制作以及組織工程器官培育，已經(jīng)被看作該技術(shù)未來(lái)非常有前途的應(yīng)用。
3D打印的關(guān)鍵是設(shè)備，而關(guān)鍵的關(guān)鍵則是材料。3D打印技術(shù)可用的材料品種少、精度差、成本高昂，這些都限制著其產(chǎn)業(yè)化和相關(guān)研究的推進(jìn)。在歐美國(guó)家，航空航天、醫(yī)療、汽車和模具制造四大行業(yè)，3D打印技術(shù)已有較為成熟的應(yīng)用。今后，如果技術(shù)取得進(jìn)一步完善，材料品種增多，3D打印產(chǎn)業(yè)可能會(huì)有一個(gè)爆發(fā)性的增長(zhǎng)。
不過(guò)，3D打印技術(shù)是技術(shù)革新，還是技術(shù)革命，各界仍然有不同的觀點(diǎn)。
公眾關(guān)心的是能進(jìn)入家庭的3D打印機(jī)，該打印機(jī)主要是指“桌面級(jí)的3D打印機(jī)”，即愛(ài)好者使用的低端設(shè)備，這并不代表市場(chǎng)的主流，未來(lái)工業(yè)級(jí)打印是主要市場(chǎng)。與家庭電腦不同，3D打印技術(shù)對(duì)使用者的設(shè)計(jì)能力有較高要求，因而對(duì)“3D打印進(jìn)家庭”這一概念不應(yīng)有太高期望。
而軍工和健康醫(yī)療的投資較少考慮成本，為3D打印試驗(yàn)提供了可能。即使如此，3D打印技術(shù)也只能說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)制造方式有改變，是原有方式的補(bǔ)充，還稱不上有根本的革新。
大家熟知，在第一次工業(yè)革命中最偉大的發(fā)明是蒸汽機(jī)，它讓機(jī)器代替了手工，提高了生產(chǎn)效率,使商品極大豐富，從而讓英國(guó)率先進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代，并帶來(lái)了交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，增強(qiáng)了全球與歐洲的聯(lián)系，最終讓西方領(lǐng)先于東方。而目前，沒(méi)人可以證明，某個(gè)工廠能夠依靠3D打印技術(shù)規(guī)?；岣呱a(chǎn)力或是完成業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。3D打印最多的應(yīng)用依舊聚焦于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。而且對(duì)設(shè)計(jì)師而言，它也不過(guò)是個(gè)工具。
幸運(yùn)的是，今天我們處在一個(gè)技術(shù)大爆炸的時(shí)代，各種流行的技術(shù)都可能對(duì)人類的未來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響；不幸的是，今天我們處在一個(gè)信息大爆炸的時(shí)代，泛濫的信息既影響著我們的直覺(jué)，又左右著我們的判斷。所以，看似“高調(diào)”的技術(shù)，未必能和“蒸汽機(jī)”媲美，而那些默默發(fā)展的“低調(diào)”技術(shù)，沒(méi)準(zhǔn)恰恰是“蒸汽機(jī)”。