3D打印还在路上

衣服、鞋子、包包、珠宝首饰，或许有一天人的一身行头都可以通过3D技术打印实现

3D打印技术已在医疗临床、医学研究得到应用，未来，3D打印技术将能根据患者需要，模拟重建组织、器官修复治疗方案，这意味着可为患者提供个性化要求的医学服务。

据媒体报道，近日美国一家研究机构利用3D打印技术为一名男童安装了义肢。我国湖南省首家3D打印临床应用研究所也于日前挂牌成立。3D打印技术在医学领域的应用不断拓展。

近几年，3D打印渐成新潮，如打印食物、汽车、房子、航空用品等。随着被打印对象覆盖到多种行业，3D打印也被贴上了越发神奇的标签。

其实，3D打印是一种“快速成型”技术，可以将计算机中的三维图像直接“打印”制作成实物。它源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪90年代后逐渐发展，成为一项先进的制造技术，对制造企业的产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力等有积极的推动作用，其应用也延伸到医学、航空航天以及文化创意等领域，拥有很大的市场潜力。

但同时，有专家认为3D打印技术的主要魅力还是在解决高难度、复杂以及个性化设计需求上。由于受制于材料等因素，3D打印技术目前应用范围仍非常有限。

何为3D打印?

3D打印，即快速成型技术的一种，属于制造业中的增材制造，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。它的主要“打印材料”是塑料，辅有金属、陶瓷、砂等，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后用于一些产品的直接制造。

3D打印原理?

3D打印技术与激光成型技术基本上是一样的。简单来说，就是通过采用分层加工、迭加成型，逐层增加材料来生成3D实体。

所谓的“3D打印机”，参照了打印机的技术原理，其分层加工过程与喷墨打印机十分相似。

首先是运用计算机设计出所需零件的三维模型，然后再根据工艺需求，按照一定规律将该模型离散为一系列有序的单位，通过在Z向将其按照一定的厚度进行离散，把原来的三维CAD模型变成一系列的层片;然后再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，系统会自动生成数控代码;最后将一系列层片成型并自动将它们连接起来，得到一个三维物理实体。

3D打印并不是针式打印、喷墨打印、激光打印等打印技术的延伸，而是一种新型的“制造技术”。只不过，3D打印是软件通过电脑辅助设计技术完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上。

一台普通的3D打印机并不是打印完毕就能直接使用的神器，还需要后续的打磨、烧结、组装、切割等工艺。

3D打印特点?

可以量身定制产品。现有大规模生产方式追求的是生产成本的最低化，通过细化的劳动分工和规范化的作业流程，生产大量标准化产品，以获取规模效益，这一生产方式难以满足客户多元化的需求。3D打印技术使消费者能根据自己的需求，量身定制产品。这种方法速度快、成本低、环保，同时制作精美，合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。

能够降低生产成本。3D打印技术对于生产者来说，使用的材料几乎没有浪费，既节省成本，又能够实现产品生产本土化，减少运输需求。客户只需为“制图”付费，并在当地打印出需要的产品，减少了长途运输需求及温室气体排放。同时，对3D打印机而言，制造形状复杂的物品，并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。

减少零部件的组装，材料无限组合。传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起，而随着多材料3D打印技术的发展，可以将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。

精确的实体复制。扫描技术和3D打印技术可以共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率，通过扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的副本或优化原件。

3D打印环保优势?

节约原材料

在制造业里，“低碳排放”意味着一种更有效节能的设计生产方式，而低碳制造意味着降低整个产品生命周期的碳足迹，包括从产品设计到产品生产、部件组装、运输分配以及最终的报废处理。

3D打印可以使用多种类型的材料，尤其是打印金属时，相对于传统的制造技术具有更多的优势。几乎所有3D打印剩下的金属粉末都能回收利用。

相比之下，传统的金属制造过程(研磨、机械加工或铸型)更浪费，甚至在使用某些金属制造工艺中，废弃副产品中竟剩下90%的原材料。例如，制造一个1千克的飞机零件需要消耗多达15千克的金属原材料。

减少碳排放

企业供应链中化石燃料的缓慢燃烧有时比工厂的污染更具破坏性。全球超市巨头沃尔玛约80%的碳足迹就是由其庞大的全球供应链产生的。几乎所有人都依赖于这种全球供应链的流通。但如果3D打印技术实现了本土化，则免去了运输过程中的碳排放。

存储未销售和未使用的库存商品的仓库需要照明、加工或冷却，这一过程消耗电能。以数字化库存代替实际库存将会使供应链更加绿色环保。实际库存货物不仅需要运输，在等待销售的过程中也占用了大量的货架空间。

相反，3D打印的数字化库存或设计图纸成本相对较低，且易于储存和运输。

技术与理念，孰先孰后?

如果有两个同样大小的塑料玩具，一个是大规模生产的，一个是3D打印的，也许，很多人都会认为3D打印的塑料玩具比大规模生产的塑料玩具更环保。可是，事实是这样吗?

从第一眼看，似乎3D打印的塑料玩具对环境的污染更少，它是在发达国家的一家干净整洁、符合规定的打印店里制作出来的，安全标准达标。运输一个小小的联邦快递包裹留下的碳足迹远远小于运输几百个大纸箱。

3D打印似乎更清洁、更环保。但是，却有研究显示，制造两个玩具时，每制造一磅产品，一台3D打印机的耗电量至少是一台注塑机的10倍。

事实就是如此。3D打印制造对环境的益处十分微妙，以至于它对环境的危害与制造过程和原材料没有一点关系，它也可能会诱使人们浪费。就像数十年前，低成本激光打印机刚刚问世时，并没有立刻促成无纸化办公，反而是廉价而又可广泛应用的打印技术使人们开始随便打印，造成浪费。同样，如果有一天3D打印机也实现了普遍存在，易于使用的软件和唾手可得的机器有可能使人们忽视环保，使某些易受影响的人产生“非理性制作”，导致更多垃圾的产生。

所以，没有一项技术天生是环保的，重要的是如何使用它。3D打印技术在给环境带来希望的同时也带来了风险。人们需要意识到3D打印技术不是天生的绿色环保技术，意识到自身的行为有可能产生下游成本。只有这样，才能积极努力地打造并改善3D打印技术，开发更绿色环保的打印材料，给环境带来更多益处。

面临挑战

排放物或有安全隐患

许多3D打印机通过一种被称作“加热热塑性挤出与沉积”的过程来打印目标物体，但这个过程会排放直径不超过100纳米的超细粒子。

在工业环境下，这些粒子通常使用通风系统清除，但是目前在市场上作为单独设备出售的3D打印机并不配备任何通风系统或过滤设备。人如果吸入这些粒子后，这些粒子可能就会沉积在肺部或直接被血液吸收，从而潜在地对健康构成危害，导致包括心肺死亡、中风和哮喘等疾病。

耗电、耗时和原料并不环保

尽管3D打印过程精度很高，但不是所有的3D打印制造过程都是无废料、可循环的。任何产品的开采、制造和冷热加工过程都会对环境产生影响。3D打印技术也不例外。

大体而言，与传统的制造机器相比，在制造相同重量的零部件过程中，使用聚合物材料的3D打印机的耗电量至少是传统制造机器耗电量的10倍。工业规模3D打印机使用激光器(或者高温)凝固粉状聚合物，与注塑机的注压成型过程相比，多产生约65%的废弃塑料材料。

一些3D打印机需要使用热固性聚合物，这种材料不能回收，因为如果加热就会改变它的材料属性。3D打印机主要来自电力供应，一个大小约30厘米的形状不规则立体圆盘模型需要一台3D打印机工作28个小时;对比注塑机的工业级打印机，3D打印机使用热或激光融化塑料消耗估计有50至100倍，在打印同样重量成品时，3D打印机则比注塑耗费更多的电能。

除在整个制造过程中产生高能耗外，塑料的副作用还在于材料在打印过程中有时可重新使用，但大多因材料特性的损坏却无法回收，不得不直接丢弃。

为改善这一缺陷，国外一些技术公司已开始研发节能环保的3D打印材料，以弥补原材料使用塑料时对环境的影响，即用盐、水泥、木头等替代原有的热塑性塑料等。