3D打印革命終于到來了嗎？

導(dǎo)讀：3D打印汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、定制藥品、移植器官、食品、時(shí)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(shí)現(xiàn)了嗎？

在 2012 年左右曾有人做過預(yù)測(cè)：每個(gè)家庭很快就會(huì)擁有一臺(tái) 3D 打印機(jī)，我們可以用它來完成各種巧妙的任務(wù)。然而，時(shí)至今日這一場景并沒有實(shí)現(xiàn)。但是，雖然家用 3D 打印機(jī)還沒有得以普及，但這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)悄悄地以其他方式進(jìn)入我們的生活。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(dá)斯和耐克在他們的鞋子中也使用到了這項(xiàng)技術(shù)。越來越多的飛機(jī)和汽車上都有 3D 打印部件。

△諾丁漢大學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(jiān)硬的磚塊。它的優(yōu)異性能源自于當(dāng)?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(xiàng)目中，建筑公司計(jì)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(jì)在 2023 年底完工，屆時(shí)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(shí)際上曾經(jīng)在磚廠工作，他的公司Buildingfor Humanity是 Charter Street 項(xiàng)目的幕后資助者。我小的時(shí)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(xiàng)真正成熟的技術(shù)，它不再是一項(xiàng)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(shí)施。也許家用3D打印不會(huì)普及，但3D打印已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)價(jià)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(cè)，到 2026 年，3D打印市場的規(guī)模將增長近兩倍，價(jià)值 445 億美元。建筑是增長領(lǐng)域之一。2018 年，一個(gè)法國家庭和他們的三個(gè)孩子成為第一個(gè)入住 3D 打印房屋的家庭。南特的四居室平房耗時(shí) 54 小時(shí)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(xiàng)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(tái)位于房屋施工現(xiàn)場的可移動(dòng)龍門架，再加上一個(gè)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(tái)巨大的打印機(jī)，它可以擠出混凝土，從而搭建出世界上最堅(jiān)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(xiàng)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(jì)預(yù)算為 600 萬英鎊，與同類建筑相比，估計(jì)成本降低了 25%。它將使用可持續(xù)的、通常可回收的材料制成，他們希望將工地時(shí)間縮短一半——101 個(gè)工作日，而不是超過 12 個(gè)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(duì)于一項(xiàng)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(dòng)。屋頂在那里。打開燈，這就是證據(jù)，我想人們會(huì)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(shí)。今天的核心原則保持不變：一個(gè)對(duì)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�？臁＃┻@可以通過物理擠壓材料來完成，就像在 Accrington 的建筑項(xiàng)目中一樣，或者它可以是計(jì)算機(jī)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(shì)是您只打印需要的東西。這與CNC加工一塊金屬形成鮮明對(duì)比，CNC往往會(huì)切掉大部分金屬，然后將其浪費(fèi)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(cuò)。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(rèn)識(shí)到 3D 打印不會(huì)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(gè)未來的愿景中，我們?nèi)绻�早餐想吃一個(gè)新鮮打印的面包，就可以在機(jī)器里放一些面團(tuán)，點(diǎn)擊幾個(gè)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(gè)時(shí)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(fèi)了。

正是這一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)讓 26 歲的Elzelindevan Doleweerd坐立不安并進(jìn)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(jì)專業(yè)。她開始試驗(yàn)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(cè)試廚房進(jìn)行了為期六個(gè)月的實(shí)驗(yàn)，該餐廳目前在全球 50 強(qiáng)榜單中排名第 18 位。

在 Alchemist 工作結(jié)束時(shí)，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(shí)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?yàn)樗�在餐廳服務(wù)方面尚未成熟。

對(duì)于現(xiàn)在被評(píng)為全球最佳素食餐廳的荷蘭Restaurant De NieuweWinkel食品實(shí)驗(yàn)室工作的 van Doleweerd 來說，很難想象 3D 打印食品會(huì)很快成為主流。她表示：“我認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)非常專業(yè)。我們?cè)谑称泛图彝ヅ腼兎矫婵吹降淖钚掳l(fā)展是，它不應(yīng)該花費(fèi)那么多時(shí)間，我們也不想投入那么多精力。也許如果未來我們會(huì)迎來偉大的發(fā)展，比如當(dāng)你起床時(shí)，對(duì)你的打印機(jī)說一句請(qǐng)為我準(zhǔn)備早餐，不一會(huì)兒它就會(huì)為你獻(xiàn)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(diǎn)方向在于定制和輕量化設(shè)計(jì)：“你可以制作出其他任何方法都做不到的超級(jí)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(hào)地車—— 21C，它是一款引人注目的車型：最高時(shí)速為 253英里/小時(shí)，0-60英里/小時(shí)的加速時(shí)間不到 2 秒，一款價(jià)格為 200 萬美元的超級(jí)跑車。汽車的零件使用 3D 打印制造已經(jīng)有了一段時(shí)間，尤其是原型零件，但 21C無疑走得更遠(yuǎn)。BBC Top Gear 雜志的編輯 Jack Rix在他對(duì) 21C 的評(píng)論中寫道：“它根本不是一輛真正的汽車，它是數(shù)字設(shè)計(jì)和 3D 打印無限可能的演示者�！�

△21C 超級(jí)跑車的引擎，由 Kevin 和 Lukas Czinger 父子團(tuán)隊(duì) 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(tuán)隊(duì)，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(jī)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(gè)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(rèn)為，3D 打印部件可以更輕、更符合空氣動(dòng)力學(xué)并且可能更堅(jiān)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(cè)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(huì)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(gè)汽車制造商都在不斷尋求改進(jìn)包裝、減輕重量、提高燃油效率，同時(shí)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(shí)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(huì)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(huì)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?cè)诘孛嫔险业降牟牧稀Ｃ绹鴩�家航空航天局資助了一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)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(jìn)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(shí)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(jìn)行了耳朵重建。同年夏天，在圣地亞哥的一次會(huì)議上展示了一個(gè)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(shí)間，尤其是對(duì)于老年人人們。黑格說：“藥物的認(rèn)證和合規(guī)性是一個(gè)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(shí)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(huì)對(duì)消費(fèi)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(jìn)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(shí)意義也會(huì)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(huì)因3D打印而變得更加便捷化，我們期待著這一天地早點(diǎn)到來。