在北京市計算中心的一間辦公室里，一臺灰色機(jī)器在黑暗中嗡嗡作響。這個差不多有辦公桌大小的家伙，看起來像個笨頭笨腦的舊式洗衣機(jī)。其中的工作臺和噴頭，就像我們看牙醫(yī)時張大嘴巴露出的牙齒，呆呆地沖向前方?？墒?，當(dāng)這個笨拙的“大嘴巴”合攏起來，只要輕輕按下“打印”鍵，過上一兩個小時，它就會像機(jī)器貓的神奇口袋那樣，吐出各式各樣的稀奇玩意兒：
同等比例的人體牙床，有12個齒輪的多邊儀器，柔軟的運(yùn)動鞋底，堅(jiān)硬的頭像雕像……如果你愿意，它甚至可以吐出一座原模原樣的迷你版“大覺寺”！
北京中華世紀(jì)壇數(shù)字博物館，觀眾在看3D立體雕刻打印機(jī)
這是一臺來自以色列的3D打印機(jī)。目前，這一技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了打印出一部分建筑外墻、味道堪比鮮肉的人造豬肉，甚至是人體毛細(xì)血管。這項(xiàng)只有25年歷史的技術(shù)也被英國的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》周刊評價為，將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)”。
“3D 打印機(jī)將來不是要取代某一個制造業(yè)，而是要取代幾乎所有的制造業(yè)。”作為世界首個公布3D打印機(jī)開源數(shù)據(jù)信息的科學(xué)家，英國工程學(xué)家阿德里安·鮑耶對中國青年報記者表示，“未來你想要什么，只需下載圖紙，按一下‘打印’鍵，就可以去喝咖啡聽音樂了，剩下的所有事，請統(tǒng)統(tǒng)交給打印機(jī)。”
要是所有模型都能用打印機(jī)打出來，那可就好了
雖然所學(xué)的專業(yè)是機(jī)械設(shè)計，工程師向磊卻能像個魔術(shù)師一樣，變出莊嚴(yán)肅穆的大雄寶殿、惟妙惟肖的無量壽佛……他只需要走到這臺價值100多萬元人民幣的3D打印機(jī)前，輕輕按下“開始”鍵。
不過在此之前，他還要繪出可供3D打印機(jī)識別的“圖紙”。這種存儲在電腦里的模型圖，展示了被打印物體的精確數(shù)據(jù)。如果想要做出一個實(shí)際中存在的物體，只需要通過一個長得像電吹風(fēng)機(jī)的掃描設(shè)備，就可以將其轉(zhuǎn)換成電腦屏幕上的模型圖。
接下來，再將“圖紙”發(fā)送到3D打印機(jī)上，就可以等待立體打印品的出爐了。這一過程依托的是美國發(fā)明家恰克·赫爾創(chuàng)立的“光固化快速成型術(shù)”。1986年，他提出可以通過逐層疊加薄層，利用紫外線固化后形成固體模型。
當(dāng)時恰克只有47歲。這位費(fèi)時費(fèi)力做模型的發(fā)明家，冒出這樣一個主意要是所有模型都能用打印機(jī)打出來，那可就好了！
如今，這已經(jīng)不是遙不可及的事。一旦接到指令，大嘴巴模樣的打印機(jī)就會立刻亮起光來，隔著透明罩的內(nèi)部工作臺上的UV燈放射出紫外線。與此同時，8個比繡花針針頭還小的打印噴頭來回移動，每個噴頭上面有60個小孔，像打水槍一樣向工作臺上噴射著一層又一層的液態(tài)打印材料，先進(jìn)的機(jī)器可以達(dá)到每層最薄的只有 0.025毫米。
這些打印材料裝在汽油桶大小的容器里，它們決定了成品的質(zhì)地。目前的3D打印技術(shù)大多使用的是樹脂、尼龍、塑料或者石膏材料。但實(shí)驗(yàn)室也傳出越來越多的成功案例，包括支持鈦、不銹鋼或沙土材料的打印技術(shù)。這么一來，打印飛機(jī)、汽車甚至是可以居住的房間，都不再遙遠(yuǎn)。
由于對光敏感，在紫外線燈照射下，剛剛噴上的液態(tài)樹脂會迅速固化，就這樣一層層累積變成固體。在原本已經(jīng)空著的部分，噴頭會噴上可溶于水的支撐材料。
就這樣來來回回一層層地累積，不斷下沉的工作臺上面會積出一個樹脂模型。這時候工程師回到這間小屋，從“大嘴巴”里取出這個模型，到隔壁的陽臺上用高壓水槍沖洗掉附著在模型上面的支撐材料，就這樣，不管圖紙上的模型有多復(fù)雜，3D打印機(jī)都能忠誠地打印出來。根據(jù)模型大小不同，整個過程大約會花掉兩到數(shù)十個小時。
未來3D打印技術(shù)就像傻瓜相機(jī)一樣，人人都會操作
為了讓更多人明白3D打印技術(shù)的原理，身為專利擁有者的赫爾還特意拍了一部短片。短片里的他還是黑白參差的頭發(fā)，坐在貼滿計劃書的書桌前，背后還有一個聽筒粗大的老式電話，嚴(yán)肅地說：“我們正在研發(fā)一種技術(shù)，能夠把你在電腦屏幕上看到的圖像迅速轉(zhuǎn)化成實(shí)體。”
跟北京市計算中心略顯笨重的3D打印機(jī)不同，赫爾的打印機(jī)如同一個咖啡機(jī)，白色的激光針頭像一支削尖了筆頭的鉛筆，對著裝滿藍(lán)色液體的杯子來回移動，發(fā)出滋滋的聲音，過不了一會兒，如同魔術(shù)一般，一個成型的立體小杯子從藍(lán)色液體里面浮出水面。
“等會兒，這短片拍攝于……25年前？！”在這則視頻短片底下寫著這樣一條留言。“原來3D打印在25年前就實(shí)現(xiàn)了？”
事實(shí)上，實(shí)現(xiàn)3D打印實(shí)體的技術(shù)還有許多。除了赫爾提出主流技術(shù)光固化快速成型術(shù)，還有熔融積沉成型術(shù)、選擇性激光燒結(jié)術(shù)等。只不過長久以來，由于成本高達(dá)數(shù)萬甚至數(shù)十萬美元，這項(xiàng)技術(shù)只是小范圍地運(yùn)用在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計上。
2004年，還在英國巴斯大學(xué)教書的阿德里安看到了這項(xiàng)研究。這位熱心人士趁著課余時間寫了篇文章，發(fā)表在巴斯大學(xué)的網(wǎng)站上，希望有人能夠普及推廣這項(xiàng)技術(shù)。
“我本來只是想告訴大家，這里有個好主意，結(jié)果我在學(xué)校路上遇到的每個人都對我說，為什么你不做呢？”阿德里安一邊沖著咖啡，一邊笑瞇瞇地告訴中國青年報記者， “后來我想了想，那我就來試試吧！”
在他的領(lǐng)導(dǎo)下，一項(xiàng)叫做Reprap的3D打印項(xiàng)目在2006年誕生。這個項(xiàng)目的含義就是“實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制打印”，設(shè)計者希望通過“自我復(fù)制打印”，讓世界上更多的人擁有3D打印的能力，“只要一個人買了一臺Reprap機(jī)器，它可以自我復(fù)制第二臺、第三臺甚至更多，送給這個人的朋友，最后大家都可以用得上 3D打印機(jī)”。
他用生物學(xué)家的名字稱呼自己的機(jī)器，第一代機(jī)器叫做“達(dá)爾文”，后來還有“孟德爾”和“赫胥黎”，“生物是一個自我復(fù)制繁殖的過程，我們也是”。
雖然阿德里安創(chuàng)辦了公司，但這個教書匠似乎并沒學(xué)會商人的精打細(xì)算。他花了好一會兒時間才聽明白關(guān)于銷售利潤的提問，然后遲疑地回答：“我們本來就沒有打算要賺錢！”
他說，應(yīng)該讓更多人接觸到3D打印這項(xiàng)技術(shù)，參與到這場變革中。阿德里安開源了3D打印機(jī)的數(shù)據(jù)，任何人都可以在他的網(wǎng)站上獲得相關(guān)信息。
現(xiàn)在，阿德里安的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相對低成本。相對于北京市計算中心購置的100多萬元人民幣大設(shè)備，他的設(shè)備只需要300美元（折合1892元人民幣）。盡管如此，他依然不滿意，因?yàn)槟壳敖M裝設(shè)備的技術(shù)只有專業(yè)人士才能做到，“以后的技術(shù)應(yīng)該像傻瓜相機(jī)一樣，人人都會”。
“好多人問我什么時候這些愿望能夠?qū)崿F(xiàn)，我和這地球上其他的70億人一樣想知道答案。”阿德里安說，“我已經(jīng)老了，我沒辦法也沒有精力繼續(xù)我的研究。可我發(fā)自內(nèi)心地相信，這項(xiàng)充滿生命力的技術(shù)，普及的那一天一定會到來。”
偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當(dāng)時那個年代都是難以預(yù)測的，3D打印機(jī)也是如此
阿德里安夢想實(shí)現(xiàn)的這一天，也許比想象中更近?，F(xiàn)在只要變換打印材料，就可以打印出不同材質(zhì)的東西，五花八門的成果層出不窮。
“如果你有設(shè)計圖，現(xiàn)在也有建筑打印機(jī)可以為你打印出一個小房間，只不過目前能實(shí)現(xiàn)的最大尺度只有5米左右，那房子估計有點(diǎn)窄。”阿德里安打趣地說。
頗為知名的3D建筑打印機(jī)是由意大利發(fā)明家恩里科·迪尼推出的，它有6米長、6米高，比一般的3D打印機(jī)都要大。“除非打出小部件然后拼接，否則3D打印機(jī)總要比所打設(shè)備更大，這是它的一個缺點(diǎn)。”迪尼說。
跟其他3D打印機(jī)基本原理一樣，它也是通過一層層累積打印材料，把電腦上的虛擬圖像變成固體實(shí)物。只不過建筑打印機(jī)打出的并不是只有0.025毫米的薄層液態(tài)材料，而是厚達(dá)50毫米的沙土，固定后可形成立體建筑。
迪尼打印建筑的過程并不需要混凝土，而是普通的沙土和特殊的無機(jī)粘結(jié)劑，通過噴頭逐層噴射混合，構(gòu)成堅(jiān)固的墻壁，建筑里的空間也噴滿了沙土，但沒有噴射粘結(jié)劑，所以當(dāng)混合過粘結(jié)劑的沙土構(gòu)成建筑形態(tài)后，這些沒有參與構(gòu)造的細(xì)沙會自動脫落，可以留給下一次建筑循環(huán)利用。
迪尼已試驗(yàn)打出了一部分建筑外墻。他還研究著如何把打印材料變成月球塵埃，一旦成功，今后人們就可以在月球上快速建造基地。
不過，到目前為止，3D打印依然是一項(xiàng)成本高昂的燒錢投資。按照北京市計算中心的打印規(guī)格，每1克的成品大概報價100元人民幣左右。懷抱著“打印房子”夢想的迪尼，早已經(jīng)被滾雪球似的債務(wù)問題纏身。
“偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當(dāng)時那個年代都是難以預(yù)測的，1750年的蒸汽機(jī)如此，1450年的印刷術(shù)如此，1950年的晶體管也是如此。”《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》評價道，“我們?nèi)匀粺o法預(yù)測，3D打印機(jī)將在漫長的時光里如何改變這個世界。”
阿德里安喜歡跟人這樣舉例：30年前，我想舉辦一個派對，需要印很多請柬，我只能去工廠，當(dāng)時打印機(jī)很有限，但是現(xiàn)在幾乎人人家里都有打印機(jī)，自己在家就能做請柬。當(dāng)3D打印機(jī)可以進(jìn)入普通人生活的時候，許多愿望就可以自己實(shí)現(xiàn)。
“在不久的未來，也許我們可以擁有一個沒有工廠、沒有商店的世界，大家都是設(shè)計師，人人都是制造商，只要身邊擺一臺3D打印機(jī)，你就可以得到你想要的東西。”阿德里安說。
