3D打印:寻找更多的行业应用

“你想过没有,如果在宇宙中，宇宙飞船的发动机出了故障:第三个齿轮松动了,螺帽遍寻无着,这时你该怎么办？ ” 阿诺尔德问道。

“我可以从2305种物品中找出一个新螺帽,专为应付这类特殊事件。”格里高尔说。

“果真如此？你得明白清单上并没有列入4英寸的硬铝螺帽!” 阿诺尔德反问道。

“这我就没戏了,你有何高招？”格里高尔问道。

于是阿诺尔德傲然走向一台机器，按下按钮，对它响亮而清楚地说，“我要硬铝螺帽,直径为4英寸。”机器发出低沉的轰鸣声，灯光闪烁，闸板缓缓打开，他们眼前赫然出现了一颗闪光发亮，已经制好的螺帽。

这是上个世纪中期，美国科幻作家罗伯特·希克利在其小说《万能制造机》中所描写的一段场景。在这部小说中，罗伯特·希克利虚构出一台万能制造机：这台机器可以制造任何东西。

也许，这是当时作者心中的一个梦想。不过，罗伯特·希克利无论如何也不会想到，他的这一梦想，在短短几十年后，就已经快成为现实。而将这一梦想转化为现实的就是3D打印技术。

就在两个月前，16名来自比利时鲁汶工程联合大学的工程师，在3周时间内设计并通过3D打印制作了一辆时速可达141公里的赛车，并驾驶这辆赛车参加了2012学生方程式赛车挑战赛。

而不久的将来，我们也许还会乘着3D打印出来的飞机在蓝天上飞行：据悉，欧洲飞机制造公司Airbus(空客)的设计师正计划从飞机零部件开始，在2050年前达成3D打印飞机的计划。这一计划耗资不菲，但相较于传统飞机制造，3D技术造就的飞机重量轻了65%，大幅缩减操作成本。该公司还称今年年底，空客会在A380客舱里先使用3D打印的行李架，而其生产的军用飞机“台风”式战斗机，此前已经使用了3D打印的空调系统。

还有一名自称“HaveBlue”的美国人称自己最近成功打印出手枪的部分组件，并结合真枪其他部件制作成一把枪。他曾在农场进行了试枪，累计射击200余次，枪身依然完好无损。

这听上去确实有些科幻色彩，不过的确是已经真实发生的事情。

3D打印：加速设计过程

那么，能够完成这些听上去十分神奇事情的3D打印技术，究竟是如何做到的呢？

3D打印并不是一个全新的技术，它的起源要追溯到上个世纪80年代。“其实3D打印是一种通俗的叫法，其学名是快速成型技术，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。”精唯信诚科技有限公司总经理邵波介绍说。

事实上，快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。

“它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。”邵波说。

邵波从几年前就开始关注3D打印技术，在他看来，这是一项可以给整个设计和制造产业带来改变的技术。“3D打印机应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。这也是这种打印机技术发展迅猛的主要原因之一。在消费电子业、工业设计、动漫行业和汽车制造业，3D打印已经变得越来越流行。”

杭州铭展网络科技有限公司号称是中国第一家3D打印服务公司。其公司创始人之一、技术总监金涛向记者介绍说，虽然从技术层面而言，3D打印和快速成型技术并没有本质的区别，但在细节方面还是略有不同。“3D打印更多的是概念上的进步。早期的快速成型设备笨重、体积很大，做一个东西耗费的时间相对也比较久。在大多数人的概念里快速成型设备是摆在工厂的生产设备，而3D打印机则是一台办公设备，可以放在办公室里。和快速成型相比，3D打印更注重和设计师的沟通。”

其实，金涛所说的更注重和设计师的沟通，通俗的解释就是能够让设计师的设想和创造在更短的时间内、用更低的成本得到验证和实现。“3D打印机加速设计过程的能力将会对制造产业产生巨大影响。”邵波说道。

事实上，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为主要矛盾。

在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计和快速工模具)的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力基础。制造业为满足日益变化的用户需求，要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品的开发速度和制造技术的柔性就十分关键。

而在传统的制造流程中，设计师设计出产品的三维图形后，需要拿到工厂进行开模，这个过程不仅周期比较长，而且成本也非常高。“至少需要一两个月的时间，每次开模的费用也在十几万人民币以上。而采用3D打印技术，可能用一周甚至更短的时间就可以完成。”邵波介绍说。

而且，很多设计需要反复几次的修改和模型验证，那么这个周期会相当长，所耗费的成本也十分高昂。

这样所导致的不良结果有两个。一是产品的问世速度会较慢。而对于如今的市场竞争而言，时间意味着一切。企业很有可能因为一两个月的时间滞后而在市场上处于全盘的被动。

另外一个可能就是设计师如果对所设计的产品信心不够强，那么很有可能会因为高昂的验证成本而放弃这一设计，使得很多有可能改变市场格局的设计胎死腹中。

而3D打印技术的成熟则可以帮助制造业很好地解决这些问题。“在新产品造型设计过程中，3D打印技术的应用为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用3D打印技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型(样件)，这不仅缩短了开发周期，而且降低了开发费用，也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。”上海电力学院计算机系陈宗民老师说。