走出科幻電影的3D打印：真的“無所不能”？

文章來源：科普中國微平台

專訪中國科學院高級工程師陳賀能

如果你是科幻迷，《碟中諜4》電影中有個鏡頭興許你會記得：特工用3D打印技術在短時間內製作了一個和真人相貌一樣的面具。於是，略帶科幻色彩的3D打印技術給了人們無限的遐想空間：想結婚沒房子，打印一座別墅做新居吧；想買新車，蘭博基尼還是奔馳寶馬，看你喜好打印一個；在家裏還沒準會經常聽到這樣的話，“廚房裏沒肉了，你快打印兩斤出來！”……小編想到這就有點小激動，有了3D打印技術，未來生活似乎無限美好。

真的如此嗎？

美國《時代》周刊將增材製造列為“美國十大增長最快的工業”。如同蒸汽機、福特汽車流水引發的工業革命，3D打印是“一項將要改變世界的技術”。這個被譽為“能改變世界”的技術真面目到底是什麼樣？看完中國科學院高級工程師陳賀能的解讀，你也許會明白些。

1 3D打印只是個俗稱，真正的3D打印是什麼？

常見的打印機是二維打印，即在計算機控制下，通過兩個互相垂直的方向運動打印出一個平面圖形。

而“3D打印”中，“3D”就是“三維”的意思,直譯為“立體打印”。就像切麵包片一樣，任何一個物體都可以被切割為很多塊具有一定厚度（很薄）的平面（例如麵包片）。於是可以反過來想象，先將這個物體的很多個具有一定厚度的薄層按順序製作出來，然后就像把單獨製作的麵包片按順序重新組合變成麵包一樣，這個物體就被製造出來了。這就是“3D打印”的工作原理。先用計算機軟件將那個要被我們製作的物體（立體）“寫成”由很多薄層（平面）組成的疊加程序，然后把這個軟件拿來控制一個經過改造的“打印機”，把材料製成符合要求的各種平面，將這些薄平面按次序層層建造，疊加起來，這個物體就被造出來了。

所以“3D打印”是一個“俗稱”，是一系列快速製造原型物體的技術的總稱。例如蓋房子，原來建築工人總是要將地基鋪墊好，然后按照圖紙“一塊磚一塊磚地砌出”第一層，再逐層往上蓋，最后封頂。現在新的“3D打印”式蓋房子方法就將“一塊磚一塊磚地砌”改成“用水泥那樣的東西連續地澆築”，再逐層往上澆築便可。科學家把這種新式蓋房子的方法科學地稱之為“輪廓建造工藝”。

2 打印出來的東西，如食物、衣服、首飾跟實物一樣嗎？

理論上，對於很多物體來，用3D打印的概念將他們生製造出來是完全可能的，但由“概念”變成“現實”還要做很多探索和研究。事實上，各行各業的科學家或工程師們一直都在各自的領域裏探索3D打印的概念怎樣變成現實。我們要學習他們，學會大膽地展開想象、激發創意的同時又積極探索實現這些想象的方法。

據報導，美國太空總署(NASA)正在研究為宇航員打印食物。這種嘗試很有意義。其實不一定非要追求“與實物一樣”,只要研究出特殊的方法來製造特殊的（或者“更美味”“更方便於製造”的）食品，豈不更好嗎？

3 3D打印的人體假肢、骨骼、皮膚等人體組織構造，會不會出現生物排異反應？

不會。因為這些研究的基礎，是利用他個體的細胞或組織而不是其他人的細胞或組織來“打印”的。除非是異類材質（例如金屬構件），那當然要注意防止排異反應。

4 3D打印有什麼局限性？

從原理來看就會發現3D打印技術的局限性。所謂“逐層”打印，這一層到底多厚（多薄）為“合適”呢？太厚就粗糙，不美觀；太薄就非常慢，對批量稍大的製造帶來困難。各種原材料的製造也帶來新問題。例如製造金屬件，到底用多大顆粒度的金屬粉才合適？例如用多強功率加工才合適？加工工藝也不容易穩定。於是你會發現“重覆性差”的問題。大批量生一定要確保能重覆，以確保質量穩定。所以3D打印技術最適合製造一些“個性化”的“特殊零部件”。

5 3D打印技術能否走進普通人的家庭？

隨技術的不斷進步，可以想象，如果有臨時需要，或者如果又有必要，一些普通家庭的物品可以自行設計、自己按需製造了。這將不是非常遙遠的夢想。

6 中國3D打印自有技術的應用有哪些？

3D打印的概念用到不同的領域，便有它獨自的特點，只要能進行深入的探索研究解決這些特別的問題，那就是你的“自有”技術，或者是“訣竅”。例如“3D打印房子”的概念來自一位義大利籍的科學家，他到美國南加州大學潛心研究，提出“輪廓建造”的概念，也發明了獨特的工藝。我國也有相關企業的工程技術人員在實踐，概念並無新意，但技術會有自己的獨到之處。又如，我國航空工業的科學家和工程師努力拼搏，把3D打印的概念用在戰機關鍵部件的生上，也有自己的自有技術（訣竅），獲得重。總之，我們身邊司空見慣的東西（不但是實物，還有各種建造工藝與技術）其實不一定永遠都不可改變。你完全有可能改變它。我堅信，在“創新驅動、轉型發展”的新時期，我國還會有更多的青年人利用3D打印的概念大膽展開想象，發揮自己的創意，將不可能變為可能。

編輯：薛燕男