3D打印革命終于到來了嗎？

導(dǎo)讀：3D打印汽車發(fā)動機、定制藥品、移植器官、食品,、時尚，現(xiàn)在甚至是一整條街的房子……3D打印“變現(xiàn)萬物”的承諾終于要實現(xiàn)了嗎,？

在 2012 年左右曾有人做過預(yù)測：每個家庭很快就會擁有一臺 3D 打印機,，我們可以用它來完成各種巧妙的任務(wù)。然而,，時至今日這一場景并沒有實現(xiàn),。但是，雖然家用 3D 打印機還沒有得以普及,，但這項技術(shù)已經(jīng)悄悄地以其他方式進入我們的生活,。據(jù)統(tǒng)計，全球超過 99%的定制助聽器現(xiàn)在都是用丙烯酸樹脂 3D 打印的,，并且這一方法已經(jīng)存在多年,。增材制造在牙科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如果沒有 3D 打印,，牙齒矯正器越來越多地取代傳統(tǒng)鋼絲牙套幾乎是不可能的,。阿迪達斯和耐克在他們的鞋子中也使用到了這項技術(shù)。越來越多的飛機和汽車上都有 3D 打印部件,。

△諾丁漢大學(xué)的實驗室技術(shù)人員

建筑3D打印

Nori 磚于 1887 年在蘭開夏郡的 Accrington 鎮(zhèn)首次燒制而成,，很快成為有史以來質(zhì)地最堅硬的磚塊。它的優(yōu)異性能源自于當?shù)卣惩恋幕瘜W(xué)特性,，使多座巨型建筑得以在世界各地拔地而起,，包括 1894 年的布萊克浦塔和 1930 年的紐約帝國大廈。近來,，一種新型的建筑模式引起了人們的關(guān)注,，它就是混凝土3D打印。在位于曼徹斯特以北 20 英里處小鎮(zhèn)的Charter Street項目中,，建筑公司計劃一塊廢棄土地上建造46套凈零碳住宅，從單居室公寓到四居室住宅，全部由低收入家庭或退伍軍人居住,。這些房屋將不是用磚塊建造,，而是用 3D 擠壓混凝土建造。住宅預(yù)計在 2023 年底完工,，屆時它將成為歐洲最大的打印建筑群,。

在 Accrington 小鎮(zhèn)出生和長大的 Scott Moon 說：“我的爺爺實際上曾經(jīng)在磚廠工作，他的公司Buildingfor Humanity是 Charter Street 項目的幕后資助者,。我小的時候,，他常常在晚上帶我去那里，我常常坐在叉車的后面,。所以,，祝福他，如果他現(xiàn)在能看到我們,，即將在阿克靈頓開辦混凝土打印廠,。”

增材制造現(xiàn)在正在成為一項真正成熟的技術(shù),，它不再是一項真正的新興技術(shù),，它被勞斯萊斯和通用電氣等公司廣泛應(yīng)用和實施。也許家用3D打印不會普及,，但3D打印已經(jīng)發(fā)展成為一個價值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè),。這并不夸張：據(jù)制造服務(wù)市場 Hubs 預(yù)測，到 2026 年,，3D打印市場的規(guī)模將增長近兩倍,，價值 445 億美元。建筑是增長領(lǐng)域之一,。2018 年,，一個法國家庭和他們的三個孩子成為第一個入住 3D 打印房屋的家庭。南特的四居室平房耗時 54 小時打印,，耗資 176,000 英鎊,，隨后更加復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)在荷蘭、美國和迪拜相繼出現(xiàn),。承重可打印混凝土的最新發(fā)展使 Accrington 項目成為可能,，該混凝土性能良好，但也具有成本效益,。

柏林 Harcourt Technologies (HTL) 的結(jié)構(gòu)工程師Marchant van den Heever 博士解釋說：“如果你有一臺位于房屋施工現(xiàn)場的可移動龍門架,，再加上一個材料輸送系統(tǒng)，隨后將混好的混凝土送入打印頭,。從本質(zhì)上講,，這就是一臺巨大的打印機,，它可以擠出混凝土，從而搭建出世界上最堅固的建筑結(jié)構(gòu),。3D打印的房屋可以被想象成一本書,，書中的每一頁都是一層混凝土，這些連續(xù)的層堆疊在一起,，形成了上層建筑,。”

△混凝土被分層“輸送”,。攝影：奈杰爾·伍德

早期的 3D 建筑項目通常具有帶棱紋的米其林人外觀,，但表面處理的復(fù)雜性正在快速提高，光滑的 3D 打印建筑現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)在Dezeen和Architectural Digest等網(wǎng)站的案例中,。但真正令 Buildingfor Humanity 和 HTL 等公司興奮的是新技術(shù)提供的潛在節(jié)約和效率,。Charter Street 的預(yù)計預(yù)算為 600 萬英鎊，與同類建筑相比,，估計成本降低了 25%,。它將使用可持續(xù)的、通�,？苫厥盏牟牧现瞥�,，他們希望將工地時間縮短一半——101 個工作日，而不是超過 12 個月,。

20 年前創(chuàng)立 Harcourt 并且首次涉足 3D 打印建筑的建筑師Justin Kinsella說：“對于一項新興技術(shù)來說,，從一開始就具有成本競爭力是聞所未聞的。我們很高興有人真的來到3D打印的房屋現(xiàn)場,，砰的一聲關(guān)上門,，墻壁沒有搖晃。踢墻,，那不動,。屋頂在那里。打開燈,，這就是證據(jù),，我想人們會被它震驚�,！�

3D 打印在 1950 年代首次出現(xiàn)在科幻小說中,，在 80 年代成為非常基本的現(xiàn)實,。今天的核心原則保持不變：一個對象是從頭開始逐層創(chuàng)建的,，因此是累加的。（想象一下沉積巖的形成,，真的非常非�,？�,。）這可以通過物理擠壓材料來完成，就像在 Accrington 的建筑項目中一樣,，或者它可以是計算機引導(dǎo)的激光束來熔化加工金屬,、塑料或其他材料的粉床，每層粉可以薄到人的頭發(fā),。增材制造的一大直接優(yōu)勢是您只打印需要的東西。這與CNC加工一塊金屬形成鮮明對比,，CNC往往會切掉大部分金屬,，然后將其浪費或需要回收利用。

不過,，早年間的3D 打印成本高,、速度慢且容易出錯。直到最近才開發(fā)出克服其中一些缺陷的技術(shù),。此外,，人們已經(jīng)清楚地認識到 3D 打印不會成為靈丹妙藥。

食品3D打印

十年前令人興奮的領(lǐng)域之一是 3D 打印食品的想法,。在這個未來的愿景中,，我們?nèi)绻�早餐想吃一個新鮮打印的面包，就可以在機器里放一些面團,，點擊幾個按鈕,，然后就可以“自制”出想要的食品。這種打印地新食品還將解決我們這個時代面臨的巨大挑戰(zhàn)之一,，要知道世界上生產(chǎn)的食物中有三分之一（約 13 億噸）被浪費了,。

正是這一統(tǒng)計數(shù)據(jù)讓 26 歲的Elzelindevan Doleweerd坐立不安并進入了食品3D打印領(lǐng)域，這位年輕的科學(xué)家畢業(yè)于荷蘭埃因霍溫科技大學(xué)工業(yè)設(shè)計專業(yè),。她開始試驗北歐最常見的變質(zhì)食物面包,、水果和蔬菜，看看將它們脫水并變成漂亮的形狀是否能讓它們重獲新生,。van Doleweerd于 2021 年在哥本哈根餐廳Alchemist的測試廚房進行了為期六個月的實驗,，該餐廳目前在全球 50 強榜單中排名第 18 位。

在 Alchemist 工作結(jié)束時,，vanDoleweerd 精制了一種甜菜根和胡蘿卜“tartelette”,，放在由殼聚糖制成的 3D 打印花瓣上，殼聚糖是一種來自貝類外皮的糖,，并飾有可食用的花朵,。它看起來令人驚嘆。vanDoleweerd 證實了3D打印可用于食品的生產(chǎn),，但尚未將其列入廚師的技能包里,，因為它在餐廳服務(wù)方面尚未成熟,。

對于現(xiàn)在被評為全球最佳素食餐廳的荷蘭Restaurant De NieuweWinkel食品實驗室工作的 van Doleweerd 來說，很難想象 3D 打印食品會很快成為主流,。她表示：“我認為這項技術(shù)非常專業(yè),。我們在食品和家庭烹飪方面看到的最新發(fā)展是，它不應(yīng)該花費那么多時間,，我們也不想投入那么多精力,。也許如果未來我們會迎來偉大的發(fā)展，比如當你起床時,，對你的打印機說一句請為我準備早餐,，不一會兒它就會為你獻上美味的早餐。這真是令人向往�,�,！”

汽車3D打印

黑格（Hague） 指出，3D 打印發(fā)展的熱點方向在于定制和輕量化設(shè)計：“你可以制作出其他任何方法都做不到的超級復(fù)雜的幾何形狀,�,！� 總部位于洛杉磯的Czinger公司是一家在生產(chǎn)中應(yīng)用3D打印技術(shù)的公司是汽車制造商。目前,，Czinger 僅提供一種型號地車—— 21C,，它是一款引人注目的車型：最高時速為 253英里/小時，0-60英里/小時的加速時間不到 2 秒,，一款價格為 200 萬美元的超級跑車,。汽車的零件使用 3D 打印制造已經(jīng)有了一段時間，尤其是原型零件,，但 21C無疑走得更遠,。BBC Top Gear 雜志的編輯 Jack Rix在他對 21C 的評論中寫道：“它根本不是一輛真正的汽車，它是數(shù)字設(shè)計和 3D 打印無限可能的演示者,�,！�

△21C 超級跑車的引擎，由 Kevin 和 Lukas Czinger 父子團隊 3D 打印完成,。攝影：Patrick Strattner/The Observer

Czinger 是其創(chuàng)始人父親凱文·辛格 (Kevin Czinger) 和他 28 歲的兒子盧卡斯 (Lukas) 的名字和愿景,。他們的公司擁有 150 多名員工，他們來自法拉利和 F1 團隊,，還有蘋果和 SpaceX,。

Lukas Czinger 曾表示：“我們都喜歡開車，我們都想制造一輛讓我們驚嘆不已的汽車,。它不同于以往的汽車,，擁有極致的下壓力，座椅位置，純粹的力量,。這就像在戰(zhàn)斗機的駕駛艙里,，但你不是在空中�,！�

△Czinger Vehicles 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Kevin 和 Lukas Czinger 父子在他們位于美國加利福尼亞州托倫斯的工廠里工作,。攝影：PatrickStrattner/The Observer

Czinger 為至少八個主流汽車品牌生產(chǎn)零件，目前他們命名的唯一一款車是阿斯頓馬丁,。Lukas Czinger 認為,，3D 打印部件可以更輕、更符合空氣動力學(xué)并且可能更堅固,，而且隨著汽車變得更省油,，所有這些發(fā)展都具有潛在的環(huán)境效益。他預(yù)測道：“在接下來的五年里,，你將開始在日常汽車上看到它。在接下來的 10 年里,，你基本上會看到它取代了大部分鑄造,、擠壓和沖壓。所以,，是的,，我完全相信這就是未來�,！�

Top Gear 的Rix表示 21C 是一款具有歷史意義的車輛,，將從根本上改變汽車行業(yè)：“每個汽車制造商都在不斷尋求改進包裝、減輕重量,、提高燃油效率,，同時也在想辦法以更低的成本制造更高質(zhì)量的汽車�,！盋zinger 聲稱自己一舉解決了所有這些問題,，所有新車采用3D 打印部件只是時間問題。

航空航天業(yè)的3D打印應(yīng)用

越來越多的證據(jù)表明,，3D 打印將改變世界,，然而也并非所有這些發(fā)展都會立即影響我們的生活。美國國家航空航天局和所有太空探索公司已經(jīng)在使用增材工藝制造火箭零件,，但他們也在調(diào)查一旦登陸月球或火星將會出現(xiàn)的挑戰(zhàn),。他們將無法隨身攜帶所有資源，因此他們必須找到建造和提供食物的方法：也許可以使用來自太陽的定向能量和他們在地面上找到的材料,。美國國家航空航天局資助了一個項目,，該項目正在研究回收宇航員在長途旅行中的尿液、糞便和呼吸物,，以制造用于 3D 打印的食物和塑料,。

△諾丁漢大學(xué)先進制造大樓

醫(yī)療3D打印

此外,，增材制造將很快觸及，甚至可能延伸我們所有人的生活,。美國史賽克公司使用 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的骨科植入物,，這是傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的。2022年在美國,，一名婦女用 3D 打印的活體組織植入物進行了耳朵重建,。同年夏天，在圣地亞哥的一次會議上展示了一個人體肺支架,，這可能是有史以來使用增材制造生產(chǎn)的最復(fù)雜的物體,。

諾丁漢大學(xué)的 Richard Hague 目前正在與 GSK 和 AstraZeneca 合作開發(fā) 3D 打印“生物藥丸”——一種為每位患者定制的藥丸中包含多種藥物，這將大大簡化需要服用的藥物和服用時間,，尤其是對于老年人人們,。黑格說：“藥物的認證和合規(guī)性是一個大問題，畢竟所有的藥物最終都是需要人們服用的,�,！�

總結(jié)

事實上，3D 打印技術(shù)最終的目的就是使生活更簡單或更美好,，且不會對消費者設(shè)置過高的門檻,。3D打印的革命也一直在悄無聲息地進行著，相信隨著技術(shù)的不斷更新迭代,，它在我們生活中的現(xiàn)實意義也會越加重要,。無論是房子、車子,，或是醫(yī)療,，這些觸手可及的日常需求也都會因3D打印而變得更加便捷化，我們期待著這一天地早點到來,。