在英國(guó)，技術(shù)人員通過(guò)掃描奧運(yùn)短跑運(yùn)動(dòng)員的腳和腳踝，把數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)幾步簡(jiǎn)單的計(jì)算后，技術(shù)人員就能夠3D打印出專屬每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的新鞋，這雙鞋符合運(yùn)動(dòng)員的體形、體重、步態(tài)和偏好。

　　在世界的另一端，美國(guó)國(guó)家航空航天局在亞利桑那州的沙漠中測(cè)試了一艘火星飛船，飛船甲板上裝有定制的3D打印金屬部件。這些部件大多形狀復(fù)雜，有許多曲線和鏤空，除了3D打印機(jī)，其他任何設(shè)備都生產(chǎn)不出來(lái)。

　　在日本，一位準(zhǔn)媽媽想要紀(jì)念其首次超聲波檢測(cè)，她的醫(yī)生編輯她的超聲圖像，并3D打印出栩栩如生的胎兒模型。結(jié)果，一個(gè)透明硬塑料(10170,-60.00,-0.59%)塊中就出現(xiàn)了一個(gè)前衛(wèi)的3D打印微小胎兒塑料模型。

　　這些制造奇跡不斷發(fā)生。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，人們將3D打印出活體組織、富含營(yíng)養(yǎng)的食品及完全組裝好的電子元件成品。

　　3D打印開(kāi)辟了新的前沿領(lǐng)域。隨著普通民眾也能夠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電動(dòng)工具，制造業(yè)和商業(yè)模式將發(fā)生巨大變革，知識(shí)產(chǎn)權(quán)法將徹底失效。

　　“我手里握著制造業(yè)的未來(lái)！”

　　有些人清楚地記得自己是在什么地方觀看的人類首次登月，還有些人對(duì)柏林墻轟然倒塌后幾周里的混亂狀況記憶猶新，我卻記得我第一次聽(tīng)到3D打印時(shí)的情景。

　　那是20世紀(jì)80年代末在一場(chǎng)乏味的制造工程研討會(huì)上。教室里很暖和，不幸的是教授的聲音低沉、單調(diào)而舒緩，我和同學(xué)們昏昏欲睡。

　　教室的門(mén)“砰”的一聲打開(kāi)，打破了這個(gè)下午講座上昏昏欲睡的平靜。一名陌生男子沖進(jìn)了教室，這位奇怪的闖入者聲稱他是庫(kù)比特系統(tǒng)公司的推銷員。我們以前從來(lái)沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)這家公司，而這家公司卻是當(dāng)時(shí)世界上僅有的銷售3D打印機(jī)的兩家公司之一。

　　這名一頭亂發(fā)的推銷員不斷地晃動(dòng)著一個(gè)塑料物體，并聲稱一場(chǎng)制造業(yè)革命正在醞釀之中。“我手里握著制造業(yè)的未來(lái)！”他大聲叫道，“這個(gè)塑料物體是由一種能夠‘打印’塑料的激光打印出來(lái)的。”

　　出于好奇，我和同學(xué)們湊過(guò)去想知道他為什么會(huì)來(lái)我們班上。我們的教授察覺(jué)到了我們的興趣，明智地將課堂交給了這位活躍的闖入者。后來(lái)我們才知道，庫(kù)比特推銷員是我們教授邀請(qǐng)的客座講師。

　　我們彼此低聲問(wèn)道：“他剛才是說(shuō)他用激光打印出了那個(gè)東西嗎？”我們?cè)噲D弄明白這一意想不到的表演是怎么發(fā)生的。

　　當(dāng)推銷員曝出另一條爆炸性消息時(shí)，我們變得更加困惑了。

　　他說(shuō)：“你們這里所看到的所有齒輪、把手、旋鈕都不是組裝出來(lái)的，它們都是按照一個(gè)個(gè)單獨(dú)的、預(yù)裝配的不同部件一起有序打印出來(lái)的。”

　　當(dāng)這位精力充沛的闖入者要愉快地結(jié)束他的演講時(shí)，教室里混亂的“嗡嗡”聲變得越來(lái)越大，他甩出了最后的數(shù)據(jù)觀點(diǎn)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而不是一個(gè)人，可以在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中充當(dāng)一雙“手”操控這臺(tái)神奇的機(jī)器。

　　庫(kù)比特系統(tǒng)公司推銷員笑著問(wèn)我們是否有問(wèn)題要問(wèn)，我們都精神起來(lái)，爭(zhēng)先恐后地向他發(fā)問(wèn)。

　　他說(shuō)他用激光“打印”出了所有的塑料部件，這是什么意思呢？什么樣的制造設(shè)備能夠?qū)⒉考淮涡陨a(chǎn)出來(lái)，而不需要進(jìn)行組裝呢？它能打印塑料以外的其他材料嗎？還有，當(dāng)然了，個(gè)人購(gòu)買(mǎi)這樣一臺(tái)設(shè)備要花多少錢(qián)？

　　傳統(tǒng)制造感覺(jué)瞬間過(guò)時(shí)。

　　我仍然記得那一天，這位客座講師的熱情演說(shuō)使我確信，這種神奇的設(shè)備確實(shí)會(huì)引發(fā)一場(chǎng)產(chǎn)品制造和設(shè)計(jì)的革命。我從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)物體的軟件設(shè)計(jì)與其實(shí)體表現(xiàn)之間聯(lián)系如此緊密。

　　那一天是20年前，我們預(yù)料的革命沒(méi)有如期迅速爆發(fā)。幾年后，庫(kù)比特系統(tǒng)公司停業(yè)了。如同許多開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)一樣，庫(kù)比特系統(tǒng)公司的3D打印工藝過(guò)于復(fù)雜和低效，機(jī)器設(shè)備昂貴，利潤(rùn)率敏感的制造企業(yè)難以接受。

　　但普通民眾能夠像編輯數(shù)碼照片一樣毫不費(fèi)力地撕裂、混合并打造實(shí)體物體，這只是時(shí)間問(wèn)題。

　　哈利·波特的魔杖復(fù)活了

　　如同童話故事里的魔杖，3D打印能讓我們掌控物理世界。3D打印賦予了普通人強(qiáng)大新穎的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工具，人們可以獲得專業(yè)設(shè)計(jì)師和制造業(yè)大企業(yè)所獨(dú)有的設(shè)計(jì)和制造能力。

　　在未來(lái)的3D打印世界里，無(wú)論何時(shí)何地，人們需要什么就可以打印什么。

　　當(dāng)然，技術(shù)雖然好，也要看人們?cè)鯓討?yīng)用。有人可能會(huì)用來(lái)制造武器或不受監(jiān)管地生產(chǎn)出甚至有毒的新藥。我們的環(huán)境也可能很快被滿足各種需求的打印塑料產(chǎn)品垃圾所充斥。生物打印帶來(lái)的倫理挑戰(zhàn)將比干細(xì)胞引發(fā)的爭(zhēng)議更復(fù)雜。黑市商人則會(huì)受到利益驅(qū)使，通過(guò)制造和銷售有故障的機(jī)器零件來(lái)快速賺取黑心利潤(rùn)，那些豆腐渣工程在關(guān)鍵時(shí)刻往往會(huì)出問(wèn)題。

　　大多數(shù)人第一次聽(tīng)到3D打印時(shí)，他們就想到了那些老式的、常見(jiàn)的桌面打印機(jī)。噴墨打印機(jī)和3D打印機(jī)最大的區(qū)別是維度問(wèn)題，桌面打印機(jī)是二維打印的，在平面紙張上噴涂彩色墨水，而3D打印機(jī)可以制造拿在手上的三維物體。

　　3D打印機(jī)依據(jù)計(jì)算機(jī)指令，通過(guò)層層堆積原材料制造產(chǎn)品。在人類歷史的大部分時(shí)間里，我們通過(guò)切割原料或通過(guò)模具成型制造新的實(shí)體物品。

　　3D打印的技術(shù)名稱是“增材制造”，這是對(duì)實(shí)際打印過(guò)程比較貼切的描述。3D打印獨(dú)特的制造技術(shù)讓我們能夠生產(chǎn)前所未有的各種形狀的物品。

　　3D打印不是一種新技術(shù)，3D打印機(jī)已在制造機(jī)加工車(chē)間默默地工作了幾十年。在過(guò)去的幾年里，由于受到計(jì)算能力、新型設(shè)計(jì)軟件、新材料、創(chuàng)新推動(dòng)及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)步的推動(dòng)，3D打印技術(shù)發(fā)展迅速。

　　計(jì)算機(jī)在3D打印過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，沒(méi)有計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，3D打印機(jī)就會(huì)癱瘓。3D打印機(jī)正常運(yùn)作的前提是要輸入一個(gè)設(shè)計(jì)好的電子藍(lán)圖或設(shè)計(jì)文件，它們負(fù)責(zé)告訴3D打印機(jī)在哪里放置原材料。事實(shí)上，沒(méi)有連接計(jì)算機(jī)及設(shè)計(jì)文件的3D打印機(jī)是沒(méi)有用處的，就像沒(méi)有存儲(chǔ)音樂(lè)的iPod。

　　3D打印過(guò)程如下：3D打印機(jī)在設(shè)計(jì)文件指令的導(dǎo)引下，先噴出固體粉末或熔融的液態(tài)材料，使其固化為一個(gè)特殊的平面薄層。第一層固化后，3D打印機(jī)打印頭返回，在第一層外部形成另一薄層。第二層固化后，打印頭再次返回，并在第二層外部形成另一薄層。如此往復(fù)，最終薄層累積成為三維物體。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　3D打印機(jī)不像傳統(tǒng)制造機(jī)器那樣通過(guò)切割或模具塑造制造物品。通過(guò)層層堆積形成實(shí)體物品的方法從物理的角度擴(kuò)大了數(shù)字概念的范圍。對(duì)于要求具有精確的內(nèi)部凹陷或互鎖部分的形狀設(shè)計(jì)， 3D打印機(jī)是首選的加工設(shè)備，它可以將這樣的設(shè)計(jì)在實(shí)體世界中實(shí)現(xiàn)。

　　3D打印部件和產(chǎn)品正在蔓延到日常生活中。你的汽車(chē)儀表盤(pán)的設(shè)計(jì)就借助了3D打印原型，確保各部件緊密地配合在一起。如果你戴助聽(tīng)器，3D打印可以使用光學(xué)掃描數(shù)據(jù)，捕捉你內(nèi)耳的精確形狀，實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)。

　　牙科診所借助X射線不到一個(gè)小時(shí)就可以打印定制的牙冠。在體內(nèi)安裝用鈦和陶瓷打印的假膝蓋已經(jīng)風(fēng)靡世界。如果你有幸乘坐波音公司[微博]的新型飛機(jī)---波音787夢(mèng)想飛機(jī)，你已經(jīng)將生命托付給至少32種3D打印的部件。

　　3D打印技術(shù)的秘密可以概括如下：就將復(fù)雜設(shè)計(jì)變成實(shí)體物品而言，3D打印機(jī)比其他生產(chǎn)模式(如人工生產(chǎn)或機(jī)器生產(chǎn))更精確、更通用，可以將一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)通過(guò)組合不同的原材料以過(guò)去不可能的方式制造成實(shí)物。

　　如今，一般家用3D打印機(jī)可以制造鞋盒大小的塑料物品。工業(yè)領(lǐng)域的3D打印機(jī)可以制造大到汽車(chē)、小到肉眼幾乎無(wú)法看到的針頭等物品。有些研究人員開(kāi)始嘗試用3D打印機(jī)打印小型房屋大小的混凝土結(jié)構(gòu)。而在微觀的角度，另外一些研究人員已經(jīng)打印出肉眼幾乎看不到細(xì)節(jié)的物體。

　　跨越虛擬世界和實(shí)體世界的鴻溝

　　20世紀(jì)90年代中期，電子商務(wù)和數(shù)字媒體還處于起步階段。在充滿奇妙預(yù)測(cè)的1995年暢銷書(shū)《數(shù)字化生存》中，作者尼古拉斯·尼葛洛龐帝預(yù)測(cè)道：“娛樂(lè)原子”正在消亡。在數(shù)字媒體粉墨登場(chǎng)的幾年前，尼葛洛龐帝準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了娛樂(lè)傳媒的實(shí)體形態(tài)(傳統(tǒng)的圖書(shū)出版、光碟租賃和大型電視網(wǎng)絡(luò))將面臨與恐龍同樣的命運(yùn)。

　　集中控制的大眾媒體和圖書(shū)出版的消亡只是開(kāi)始。20世紀(jì)末，信息開(kāi)始走向數(shù)字化。21世紀(jì)，虛擬世界將與實(shí)體世界更緊密地聯(lián)系在一起。

　　虛擬世界是一個(gè)可以在其中自由選擇的地方。在視頻游戲里，人物可以跨越建筑物、長(zhǎng)出新的手臂、變身成為不同的實(shí)體形狀。虛擬世界也很容易編輯和修訂。雖然改變一棵真樹(shù)的樹(shù)皮顏色是不可能的事，但在數(shù)碼照片中改變樹(shù)的顏色卻很簡(jiǎn)單。虛擬世界的行為可以被編程。如果實(shí)體對(duì)象的詳細(xì)信息可以通過(guò)設(shè)計(jì)文件捕捉，設(shè)計(jì)的數(shù)字“原料”就可以模塊化，由屏幕上微小的離散光點(diǎn)或像素構(gòu)成。

　　3D打印技術(shù)將跨越虛擬世界與實(shí)體世界的鴻溝。當(dāng)然，懷疑論者會(huì)立即指出，數(shù)字世界和實(shí)體世界已經(jīng)有了一些交匯點(diǎn)。畢竟設(shè)計(jì)和制造工藝已經(jīng)由計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)了數(shù)十年，現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)幾乎實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化(除了最后一步，即勞動(dòng)密集型裝配流水線)。

　　虛擬世界和實(shí)體世界的融合將是一個(gè)緩慢而微妙的過(guò)程，這一過(guò)程具有階段性。首先，我們要獲取實(shí)體物品的形狀；其次，我們上升到新階段，控制其材料組成；最后，我們要控制實(shí)體物品的行為。

　　制造現(xiàn)實(shí)中不可能的形態(tài)

　　3D打印機(jī)可以詳細(xì)闡釋數(shù)字化設(shè)計(jì)文件，帶我們到接近充滿豐富的創(chuàng)造力和自由的虛擬世界。如果你看動(dòng)畫(huà)片，顯然，屏幕上的畫(huà)面就是用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的：恐龍?jiān)诂F(xiàn)代化的地鐵站里漫步，狀如禿鷹的飛行機(jī)器戰(zhàn)士用致命激光掃射所經(jīng)之處。

　　如果影片在動(dòng)畫(huà)和現(xiàn)實(shí)之間來(lái)回切換，對(duì)觀眾來(lái)說(shuō)，在計(jì)算機(jī)繪制的充滿豐富想象的多彩世界和現(xiàn)實(shí)生活中顯然有一個(gè)明確的界限。欣賞3D打印的前景和風(fēng)險(xiǎn)的方法之一是思考掌控材料世界的鐵律。由于3D打印機(jī)分層形成物品，它們可以塑造過(guò)去只有在自然界存在的形狀，曲線、鏤空與復(fù)雜的內(nèi)腔制造將成為可能。

　　目前的挑戰(zhàn)是原子以不可預(yù)知的方式走到了一起。數(shù)字設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)屏幕上令人震驚，但理論上被制造出來(lái)后隨時(shí)會(huì)坍塌，因?yàn)樗荒芡黄浦亓筒牧舷拗?。相比之下，?shù)字世界讓我們放飛想象的翅膀，自由創(chuàng)造。數(shù)字世界急需制造出現(xiàn)實(shí)生活中不可能的形態(tài)。

　　在融合的第二階段，3D打印會(huì)給我們帶來(lái)對(duì)物質(zhì)構(gòu)成和材料構(gòu)成的精確控制。多材料3D打印機(jī)將為新產(chǎn)品的生產(chǎn)打開(kāi)大門(mén)，這種新產(chǎn)品由嚴(yán)格控制的原材料構(gòu)成，其整體性能將大于部分之和。

　　試想，在一個(gè)水彩調(diào)色盤(pán)中，將藍(lán)色和黃色混合，可以形成無(wú)數(shù)深淺不同的綠色。在自然界中，22種氨基酸以不同的方式組合，創(chuàng)造出可以形成驚人物種的蛋白質(zhì)。配備精確的設(shè)計(jì)文件的多材料3D打印機(jī)，可以將熟悉的原材料混合成全新的組合。

　　隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，我們將看到很多由當(dāng)前不可行的材料混合制成的物體。我們將看到可以自我修復(fù)的機(jī)器部件，或者看到可以將其長(zhǎng)度延伸近10倍的無(wú)線網(wǎng)格。醫(yī)療設(shè)備將對(duì)特定病人的血型作出回應(yīng)，或檢測(cè)其體溫變化。

　　控制材料組成的第二個(gè)渠道與第一個(gè)稍有不同。有一天3D打印機(jī)會(huì)制造出可控的材料。

　　在虛擬世界中，所有的信息無(wú)論多么復(fù)雜，最終都可歸結(jié)為它的本質(zhì)，那就是兩個(gè)基本單位：1或0；相反，實(shí)體物品由豐富的、非模塊化的螺旋結(jié)構(gòu)的原材料制成，它的基本單位是原子，不那么規(guī)則且難以控制。由于材料在實(shí)體世界具有多樣性，很難有意義地捕捉數(shù)字形式的“模擬”材料。結(jié)果是，模擬材料很難被精確地復(fù)制、控制和編程。

　　不兼容的原子是制造商的噩夢(mèng)。誠(chéng)然，3D打印機(jī)不能粉碎開(kāi)放的原子，使它們更具可塑性。但是，3D打印機(jī)可以做的是將一度不能兼容的原材料巧妙地結(jié)合在一起，打印成單一的物品。

　　“請(qǐng)把我的鞋子傳真過(guò)來(lái)”

　　當(dāng)我們毫不費(fèi)力地對(duì)實(shí)體和虛擬形態(tài)進(jìn)行移形，并且實(shí)體物品順利地在比特和原子間轉(zhuǎn)換時(shí)，最終的融合就到來(lái)了。在線文檔也可以以同樣的方式打印在紙上、掃描然后再打印，總有一天，實(shí)體物品會(huì)轉(zhuǎn)換為比特和原子然后再轉(zhuǎn)換回來(lái)。

　　在《數(shù)字化生存》一書(shū)中，尼葛洛龐帝提到，實(shí)體世界不容易轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。原子很重，運(yùn)費(fèi)較高。實(shí)體存儲(chǔ)占用空間。原子按照預(yù)先定義的方式牢牢結(jié)合在一起。

　　尼葛洛龐帝寫(xiě)道：“如果你制作毛衣或中餐，我們將它們轉(zhuǎn)換成比特需要很長(zhǎng)的時(shí)間。‘將我傳上去，斯科蒂！’雖然這是一個(gè)美好的夢(mèng)想，但幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)都不可能成真。在此之前你只能依賴聯(lián)邦快遞、自行車(chē)、運(yùn)動(dòng)鞋將你的原子從一個(gè)地方運(yùn)到另一個(gè)地方。”

　　可能有一天，3D打印機(jī)會(huì)成為最重要的傳真機(jī)。如果虛擬世界和實(shí)體世界真的不相互排斥，我們可以毫不費(fèi)力地將物品從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　現(xiàn)在，我們可以“傳真”簡(jiǎn)單的實(shí)體物品。我曾和一個(gè)同事(考古學(xué)教授)一起開(kāi)展一個(gè)研究項(xiàng)目，他從事幾千年前楔形文字的譯解研究。為了開(kāi)展研究，他經(jīng)常前往中東各國(guó)的考古遺址。

　　最近我的這位同事從國(guó)外歸來(lái)，一直為不能將珍貴信息帶回家困擾。古楔形文字是寶貴文物，發(fā)現(xiàn)者會(huì)及時(shí)交給所在國(guó)政府。考古學(xué)家們?cè)噲D通過(guò)拍照或精心刻畫(huà)字符的形狀捕捉一些信息，遺憾的是真實(shí)的東西不能帶回。

　　我和我的同事決定做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，看看我們能否將寶貴的楔形文字從一個(gè)地方傳真到另一個(gè)地方。我們認(rèn)為可以用CT掃描他收集的幾個(gè)楔形文字，然后將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)文件，并通過(guò)3D打印機(jī)創(chuàng)建楔形文字的副本。

　　我們認(rèn)為如果實(shí)驗(yàn)成功，下次我同事去國(guó)外時(shí)可以說(shuō)服地方當(dāng)局讓他用CT掃描當(dāng)?shù)氐膶氋F文物，然后他可以將設(shè)計(jì)信息發(fā)送到附近(或遠(yuǎn)處)的3D打印機(jī)上與其他人分享。他可以為文物所屬國(guó)家提供寶貴的保存服務(wù)，因?yàn)樗麄円部梢源鎯?chǔ)楔形文字CT掃描件和3D打印副本的數(shù)據(jù)。

　　我們發(fā)現(xiàn)，“傳真”楔形文字相當(dāng)簡(jiǎn)單：首先，我們將CT掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)文件；其次，我們3D打印出楔形文字的不同尺寸、不同材料的復(fù)制品。

　　最重要的是，在楔形文字傳真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們獲得了一個(gè)意想不到的收獲，即CT掃描可以捕捉楔形文字字樣的外部和內(nèi)部。幾百年前，研究人員就已經(jīng)了解到許多楔形文字以鏤空的方式書(shū)寫(xiě)，但到現(xiàn)在為止，看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的唯一方法是打碎它。CT掃描和3D打印楔形文字副本的一個(gè)好處是，你可以愉快地將復(fù)制品敲碎讀出內(nèi)部書(shū)寫(xiě)的內(nèi)容。