§3D打印重塑世界

《西遊記》是我們從小就耳熟能詳的故事，孫悟空七十二般變化的本事，我們都很向往。孫悟空大戰哪吒三太子的場景（圖1-1），你一定很熟悉。吳承恩在書中寫到“哪吒三太子與悟空各騁神威，鬥了個三十回合。那三太子六般兵器，變做千千萬萬；孫悟空金箍棒，變作萬萬千千。半空中似雨點流星，不分勝負。原來悟空手疾眼快，正在那混亂之時，他拔下一根毫毛，叫聲‘變！’就變做他的本相，手挺著棒，攆著哪吒；他的真身，卻一縱，趕至哪吒腦後，著左膊上一棒打來。哪吒正使法間，聽得棒頭風響，急躲閃時，不能措手，被他著了一下，負痛逃走；收了法，把六件兵器，依舊歸身，敗陣而回”。

這段故事我們都很熟悉，可是原材料“猴毛”變成生命體，在現實生活中，誰能做到呢？別急，3D打印可以幫助我們實現夢想。下麵是我們未來的生活，處處都離不開3D打印技術。

李平（假設名）一起床，就先來到了數字廚房，將昨天老媽給自己的食譜和原材料輸進了食品打印機，轉身去洗漱。再次來到廚房時，香噴噴、熱騰騰的糖油粑粑和豆漿已經按照老媽給的食譜打印出來了，好久沒吃過老家小吃的李平急不可待地將糖油粑粑塞進了自己的口中，燙的他直唆氣，可那來自兒時記憶的味道卻讓他舍不得把糖油粑粑吐出來。

吃完早餐，李平來到衣櫥換上製服，剛要出門，突然想起下班後還要去接女朋友看電影。他馬上轉身回到衣櫥旁，從抽屜中取出一條精致的領帶係上。這條領帶是李平和女朋友購買的，由知名設計師精心為他倆設計的個性化3D打印領帶，上麵有李平和女友的照片及誓言。

上班途中，他習慣性地拿出手機，瀏覽當天的信息。突然一條信息引起了他的注意，“中國發射的火星4號航天器已成功著陸並開始工作”。該航天器有一條特殊的機械手臂用於打印“火星牌3D打印機”，而打印出的“火星牌3D打印機”將利用火星上的物質來打印中國在火星上的空間站。火星4號航天器的這條特殊機械手臂恰恰正是由李平所在的“雲端技術公司”設計製造，並擁有全部知識產權。看到這兒，李平不由自主地想起當初研發時度過的緊張歲月。那時候，大家討論得最激烈、也是最有挑戰性的問題：如何有效利用火星物質，打印出3D打印機，然後打印出空間站所需的一切！李平清楚地記得，當自己的博士導師提出這個設想時，幾乎所有的人都一致反對，認為這簡直是不可能完成的任務，最後導師排除異議，表示願意承擔一切後果和費用，才得到公司的支持並派出一小部分科研人員進行研發，李平就是其中之一。在此之前，公司的設想是發射航天器到火星，把材料從地球帶過去建立空間站，但是這種做法需要同時發射許多航天器，風險大、成本高。

到公司後，李平開始一天的工作，李平所在的“雲端技術公司”主要研發和生產3D打印機，公司會根據客戶要求為其私人定製一切合法的東西。

快下班時，李平意外發現一封來自公司競爭對手——“宇宙3D打印公司”發來的郵件。原來“宇宙3D打印公司”與“雲端技術公司”都推出了款式和技術幾乎一致的私人定製手機，“宇宙3D打印公司”準備起訴，但是希望兩家公司能夠有和解的可能。

目前，隨著3D打印機日益普及，盜版現象越發猖獗。雖然中國相關法律法規對此有嚴格規定，但是在商業競爭中追究起來還是困難重重。行業內曾經的兩大巨頭“快捷3D打印”和“如家3D打印”就曾因專利問題對簿公堂，接下來是無休止的庭下調查和庭上對質，這兩家公司也無暇發展技術，結果雙雙被行業後起之秀趕超了。

李平把郵件內容和個人處理意見報告給上級之後，離開公司去接女朋友下班回家了。到家之後，李平把從網上買的食譜程序還有食材一股腦地放進數字廚房，跑到客廳跟女朋友一起看3D電影，直到一個緊急電話打破了兩人之間的愉快氛圍。電話是李平的爸爸打過來的，說李平的奶奶心髒出現嚴重問題，需要更換健康的心髒。後天李平爸爸帶著奶奶從老家過來，畢竟李平生活的地方是首都，醫院的儀器更先進，條件也更加便利。李平馬上給醫院打了電話，預約3D打印的心髒，並預約醫生做手術移植，很快將一切都安排好了。

李平看著牆上3D版全家福，每一個人臉上的笑容是如此栩栩如生。還記得照相的那天，其實就是一個月前過年的時候，奶奶還是那麽的健康，怎麽會一下子查出來心髒出了問題呢？不過還好，現在的醫學技術已經相當發達了，器官的移植也不需要到處去找匹配者，然後還要經曆痛苦的免疫排斥觀察期。

送完女朋友，李平躺在**拿出為女朋友準備的世界上獨一無二的戒指，這可是世界知名珠寶設計師的傑作，不過也是由社區打印店打印出來的。他想起他爸爸說，曾經向他媽媽求婚的時候，這樣一枚由世界知名設計師設計的戒指，那可是天價啊，而且還得等很久才能拿到，哪有現在這樣方便啊。想著想著，李平進入了夢鄉。

魯班在世

2014年4月，10幢3D打印建築在上海張江高新青浦園區內揭開神秘麵紗。這些建築的牆體是用建築垃圾製成的特殊“油墨”，依據電腦設計的圖紙和方案，經一台大型的3D打印機層層疊加噴繪而成（如圖1-2），據介紹，10幢小屋的建築過程僅花費24小時。

外媒2014年1月22日報道，“輪廓工藝”3D打印技術已經問世，該技術由美國航天局（NASA）出資與美國南加州大學合作研發。大約232平米的兩層樓，“輪廓工藝”3D打印技術24小時內就可以印出，隻需一個按鍵就可以操控機械打印出房子。“輪廓工藝”3D打印技術可以顯著節約建築成本和建築時間，假設人類移居月球或火星，該技術可以就地取材，“外星屋”則能批量且快速打印出來。

根據南加州大學教授比赫洛克·霍什內維斯（“輪廓工藝”項目負責人）介紹，“輪廓工藝”外形猶如一台懸停在建築物之上的橋式起重機，中間的橫梁是“打印頭”，兩邊是軌道，橫梁進行X軸和Y軸的打印工作，可以上下前後移動，將房子逐層的打印出來。

目前，基於設計圖的預先設計，以水泥混凝土為材料，高密度和高性能的混凝土由3D打印機噴嘴噴出，運用“輪廓工藝”3D打印技術一層層打印出裝飾、隔間和牆壁等，整座房屋的基本架構由機械手臂完成，電腦程序操控全程。根據相關介紹，“輪廓工藝”機器人打印的房屋非常節省建築材料。空心的牆壁可以打印出來，質量雖然更輕，但強度係數達到10000psi，也就是說每平方英寸可以支撐10000磅的壓力，節省了25%～30%的材料和20%～25%的資金，強度超過傳統房屋牆壁很多。利用3D打印機，“輪廓工藝”可以消耗更少的能源，節省45%～55%的人力，減少二氧化碳的排放，明顯降低了成本，顯著提高了效率，而且“輪廓工藝”最大的節儉是節省了人工。

據聯合國估計，2050年全球人口將達到史無前例的96億人，地球居住空間將更為擁擠，荷蘭非營利組織“火星一號”從20萬報名者中挑出1058人，參加移民火星訓練，預計將挑選出24位移民者，2024年分成6個梯次依序升空到火星居住。而人類未來若要移居其他星球，解決住宅問題可謂首要任務。

所以說，隨著人工成本價格日益猛增，以及機械工業大量耗費能源等缺點，3D打印技術一旦開始進入建築行業，必將帶來翻天覆地的變化。

汽車新生

隨著3D打印技術的進步，越來越多的機構和企業開始重視這項新興的技術。現在3D打印技術已經開始影響到我們的生產方式，在不久的將來，3D打印產品必定會如潮水般湧入我們的生活，3D打印技術也將重塑整個世界。

2011年3月，英國一位科學家設計出一款自行車，車輪、軸承和車軸由3D打印機一次成型打印出，其堅固程度與鋼鋁材料不相上下，更重要的是它可以騎；2011年9月，世界首輛3D打印機製造的汽車（見圖1-4）現身加拿大溫尼伯市……作為一個樂於接受新鮮事物的人，你是不是由衷地希望自己也擁有一輛這樣的自行車或汽車？現在，在中關村，你也可以利用3D打印實現自己任何千奇百怪的想法，雖然還隻是能夠打印一些小玩意兒，但毫無疑問，3D打印已經悄悄地向我們靠近了，或許就在不久的將來，你便可以擁有一輛自己設計、自己“打印”的汽車了。

隨著汽車業的不斷發展，中國、美國、日本以及歐洲等國家，都在不斷追趕，不斷創新，意圖在21世紀搶占汽車行業的製高點。為某汽車巨頭研發部門工作的王華（虛構），目前正麵臨著一項同時間博弈的研發工作。

為了趕在競爭對手之前推出新車，王華在近三個月內被折磨的筋疲力盡，不斷拿著汽車外形的修改圖進行調整，然後不斷地將其送往設計部門打造汽車模型，然後就是一兩天的揪心的等待，等待著打造出來的汽車模型，等待著相關人員的評價，最後再進一步地修改。然而在經過一個月的努力之後，因為某個修改後的形狀在鑄模的時候存在困難而耽誤了時間，從而導致整個研發的時間拖長，最終並沒有能夠在規定的時間內完成任務。王華作為主要的負責人，不可避免地承當了相當大的責任，並導致在以後的工作中信心大受打擊，不敢果斷地做出決定，最後丟失了工作。

如果在汽車的設計中采用3D打印技術，上麵的事情將不會發生。3D打印機能夠在設計方案提出後，就馬上將模型打印出來，然後再立刻進行修改。這樣的3D打印技術不僅節約了很多時間，還節省了人力資源。

教育奇藝

3D打印不僅能在飲食和醫學的舞台上大展神威，而且也能在與我們息息相關的其他領域大放異彩。傳統教育方式也將被3D打印技術改變。當前，教學工具和儀器一般由專門的教學設備生產廠商生產，供需溝通不暢，更新換代慢，滿足不了教師的要求和學生的需求。傳統課堂上，學生們隻能從老師的描述、板書或PPT展示上，通過文字、圖像和動畫認知所學習的對象，無法有直接的感官接觸。很多學生因為課程的枯燥，沒有興趣學習，考試也是靠死記硬背應付通過，之後很快忘記。3D打印做到了使每位教師可以根據自己的教學思路和方法，方便地打印自己上課想要展示給學生的模型，比如難以獲取的醫學解剖、文物古跡等模型，真正做到自己的授課方式完全由自己掌握，讓無聊的課堂變得生動起來。課堂上，學生們可以通過觸碰3D打印出的立體仿真模型，對所學的理論知識有更直觀的感應。學生們無需死記硬背，提起相關知識內容，模型便出現在腦海中，知識的吸收和消化將更快更深刻，知識從而變成了“常識”。3D打印技術為教與學提供了新的媒介，提高了教學的效率和質量。課程作業也可以用3D打印機來完成，讓學生們自己動手，將自己的想法實現，這將極大地調動起學生們的積極性，並能提高他們的動手能力和創新能力。對於年輕人，尤其是建築、汽車工程、藝術設計等專業的學生，他們有著數不清的的想法，他們迫不及待地想要將自己的作品以三維立體的形式展示給大家，與大家交流，得到大家的肯定，並獲得中肯的建議，以求進步。

不要認為3D打印技術不夠完善，將其應用於教學還不現實。其實，“夢想已經照進現實”了。目前，一些國家和組織已經開始探索3D打印在教育領域中的應用。2012年，英國教育部開展了一項為期一年的試驗項目，將3D打印技術試應用於數學、物理、計算機科學、工程和設計等課程中，推動教學創新。美國國防高級研究計劃局製作實驗和拓展項目計劃也已在美國高中推廣3D打印機。上海靜安區青少年活動中心“創意夢工廠”配置了3D打印機及配套的3D掃描儀，並且定期開設相關課程，免費為有興趣的學生教授三維設計和計算機輔助製造課程，並打印自己設計的產品。

2013年10月，全國首家3D打印體驗館在北京開業（如圖1-5），聽起來炫酷的3D打印技術將個性化的三維設計圖“打印成真”、“克隆”立體人像成為現實。一台手持3D掃描儀，僅有鞋盒大小，360度旋轉掃描顧客，猶如科幻片常見的一樣，照相者的立體數據顯示在電腦屏幕上。三維模型通過軟件處理，點擊打印，噴頭噴出材料，逐層擠壓堆積成型，“如假包換”的彩色人物塑像即被打印出。

醫學創新

3D打印技術可以打印出為病人量身定做的藥物。事實上3D打印在醫藥領域的應用已經往前走了一大步。請你想象一下，有一天你生病了，你把你的基因信息和病情輸入電腦，電腦根據你個人的情況為你製定一個獨一無二的藥方，然後將這個藥方交給3D打印機，這個神奇的機器就為你做出了你所需要的藥。你所想象的就是目前科學家正在努力實現的，並且取得了十足的進步。用3D打印機即時生產的藥物不但可以做到真正地對症下藥而且還能解決藥物浪費的問題。據世界衛生組織的數據顯示，全球有近60%的藥品因過期而浪費。與此同時，全球隻有40%的病人可以獲得診斷治療，超過50%的病人無法獲得有效治療。究其原因，藥品的產業鏈難逃其咎：藥品從廠商到病人手中需要經過大量環節，每增加一個環節，藥價便升高一次，大部分的重病患者都對如此高昂的費用望“藥”興歎。3D打印出的藥物，不僅能降低藥品的製作成本，還能將藥品的產業鏈縮短，使更多的患者能夠負擔得起藥費，接受更好的治療。

相比於打印食物和藥物這些成分複雜的東西，3D打印技術在醫學的其他領域已經實實在在走進了人們的生活。比如說骨科臨床，利用CAD設計軟件，根據每位患者特有的骨骼結構，設計出和患者最為契合的人造骨骼或義肢，通過3D打印機打印出來，就可以使用了。美國科學家用3D打印機直接造出一副塑料機械臂，給一位手臂殘疾的小女孩帶來了福音，帶上機械臂後，她基本能夠正常活動，這種量身定做的義肢，可以減少對她皮膚的磨損，減輕使用義肢時的痛苦。3D打印機在美國的許多牙科診所得到了更廣泛的應用。牙醫隻要學會3D打印機的操作，通過掃描牙齒，3D打印機可以很快製作出牙齒的模型，牙醫甚至還可以現場磨製假牙給病人換上（如圖1-6所示）。

將來聽力障礙者或許可以用到科學家研製的更為先進的助聽器，現在科學家們已經研製出一款3D仿生耳，能夠使人聽到正常人類耳朵聽力範圍之外的無線電頻率，不久後便會用於外科修複學。

科學家還能用3D打印機製造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織，如圖1-7所示。

某醫院的外科醫生李剛（虛構）遇到了一個不大不小的困難，他接診了一位5歲的小患者。這位小患者在一場無妄之災中被嚴重燒傷，其完好的皮膚麵積不超過30%，這在燒傷病例裏算是7級燒傷，是非常嚴重的，這一切對於才五歲的小朋友來說，真是有點難以承受。

小朋友不僅需要在無菌病房裏呆好幾個月來等待皮膚移植，還需要同疼痛做鬥爭。所以李剛醫生很是心疼，他很希望從小朋友身上取下完好的皮膚，在培養室內培育，使其生長得更快一些，這樣就能盡早地解除小朋友的痛苦。但是畢竟細胞的生長速度就擺在那裏，李醫生即使再這麽替小朋友感到揪心，也隻能無能為力了，因為這不在他的能力範圍之內。

有了3D打印機幫助的李剛醫生就不一樣了！

在將準備好的材料輸入打印機之後，很短的時間內就可以得到小朋友大塊的活性皮膚，然後將其移植到小朋友身上，由於該皮膚是由這位小朋友自身的皮膚細胞製造出來的，不存在異體排斥，所以小朋友移植皮膚的痛苦也不大。

目前能夠進行3D打印的人體部件主要有六種：外耳、腎髒、血管、骨頭、皮膚和牙齒，其中，外耳、骨頭、皮膚和牙齒的打印應用最為廣泛，這些同以前的應用技術相比，與病人本身契合的更緊密，病人的痛苦更小。

未來有一天，3D打印機能夠使用病人身上的幹細胞製造出腎髒、肝髒甚至心髒這樣的大型人體器官，這樣就會減少器官移植後的排異反應，人們再也不用擔心自己的親人因為等不上合適的器官而離開自己。

毋庸置疑，醫學將是未來3D打印機的重要應用領域。