3D打印革命终于到来了吗？

导读：3D打印汽车发动机、定制药品、移植器官、食品、时尚，现在甚至是一整条街的房子……3D打印“变现万物”的承诺终于要实现了吗？

在 2012 年左右曾有人做过预测：每个家庭很快就会拥有一台 3D 打印机，我们可以用它来完成各种巧妙的任务。然而，时至今日这一场景并没有实现。但是，虽然家用 3D 打印机还没有得以普及，但这项技术已经悄悄地以其他方式进入我们的生活。据统计，全球超过 99%的定制助听器现在都是用丙烯酸树脂 3D 打印的，并且这一方法已经存在多年。增材制造在牙科领域得到广泛应用。如果没有 3D 打印，牙齿矫正器越来越多地取代传统钢丝牙套几乎是不可能的。阿迪达斯和耐克在他们的鞋子中也使用到了这项技术。越来越多的飞机和汽车上都有 3D 打印部件。

△诺丁汉大学的实验室技术人员

建筑3D打印

Nori 砖于 1887 年在兰开夏郡的 Accrington 镇首次烧制而成，很快成为有史以来质地最坚硬的砖块。它的优异性能源自于当地粘土的化学特性，使多座巨型建筑得以在世界各地拔地而起，包括 1894 年的布莱克浦塔和 1930 年的纽约帝国大厦。近来，一种新型的建筑模式引起了人们的关注，它就是混凝土3D打印。在位于曼彻斯特以北 20 英里处小镇的Charter Street项目中，建筑公司计划一块废弃土地上建造46套净零碳住宅，从单居室公寓到四居室住宅，全部由低收入家庭或退伍军人居住。这些房屋将不是用砖块建造，而是用 3D 挤压混凝土建造。住宅预计在 2023 年底完工，届时它将成为欧洲最大的打印建筑群。

在 Accrington 小镇出生和长大的 Scott Moon 说：“我的爷爷实际上曾经在砖厂工作，他的公司Buildingfor Humanity是 Charter Street 项目的幕后资助者。我小的时候，他常常在晚上带我去那里，我常常坐在叉车的后面。所以，祝福他，如果他现在能看到我们，即将在阿克灵顿开办混凝土打印厂。”

增材制造现在正在成为一项真正成熟的技术，它不再是一项真正的新兴技术，它被劳斯莱斯和通用电气等公司广泛应用和实施。也许家用3D打印不会普及，但3D打印已经发展成为一个价值数十亿美元的产业。这并不夸张：据制造服务市场 Hubs 预测，到 2026 年，3D打印市场的规模将增长近两倍，价值 445 亿美元。建筑是增长领域之一。2018 年，一个法国家庭和他们的三个孩子成为第一个入住 3D 打印房屋的家庭。南特的四居室平房耗时 54 小时打印，耗资 176,000 英镑，随后更加复杂的建筑结构在荷兰、美国和迪拜相继出现。承重可打印混凝土的最新发展使 Accrington 项目成为可能，该混凝土性能良好，但也具有成本效益。

柏林 Harcourt Technologies (HTL) 的结构工程师Marchant van den Heever 博士解释说：“如果你有一台位于房屋施工现场的可移动龙门架，再加上一个材料输送系统，随后将混好的混凝土送入打印头。从本质上讲，这就是一台巨大的打印机，它可以挤出混凝土，从而搭建出世界上最坚固的建筑结构。3D打印的房屋可以被想象成一本书，书中的每一页都是一层混凝土，这些连续的层堆叠在一起，形成了上层建筑。”

△混凝土被分层“输送”。摄影：奈杰尔·伍德

早期的 3D 建筑项目通常具有带棱纹的米其林人外观，但表面处理的复杂性正在快速提高，光滑的 3D 打印建筑现在经常出现在Dezeen和Architectural Digest等网站的案例中。但真正令 Buildingfor Humanity 和 HTL 等公司兴奋的是新技术提供的潜在节约和效率。Charter Street 的预计预算为 600 万英镑，与同类建筑相比，估计成本降低了 25%。它将使用可持续的、通常可回收的材料制成，他们希望将工地时间缩短一半——101 个工作日，而不是超过 12 个月。

20 年前创立 Harcourt 并且首次涉足 3D 打印建筑的建筑师Justin Kinsella说：“对于一项新兴技术来说，从一开始就具有成本竞争力是闻所未闻的。我们很高兴有人真的来到3D打印的房屋现场，砰的一声关上门，墙壁没有摇晃。踢墙，那不动。屋顶在那里。打开灯，这就是证据，我想人们会被它震惊。”

3D 打印在 1950 年代首次出现在科幻小说中，在 80 年代成为非常基本的现实。今天的核心原则保持不变：一个对象是从头开始逐层创建的，因此是累加的。（想象一下沉积岩的形成，真的非常非常快。）这可以通过物理挤压材料来完成，就像在 Accrington 的建筑项目中一样，或者它可以是计算机引导的激光束来熔化加工金属、塑料或其他材料的粉床，每层粉可以薄到人的头发。增材制造的一大直接优势是您只打印需要的东西。这与CNC加工一块金属形成鲜明对比，CNC往往会切掉大部分金属，然后将其浪费或需要回收利用。

不过，早年间的3D 打印成本高、速度慢且容易出错。直到最近才开发出克服其中一些缺陷的技术。此外，人们已经清楚地认识到 3D 打印不会成为灵丹妙药。

食品3D打印

十年前令人兴奋的领域之一是 3D 打印食品的想法。在这个未来的愿景中，我们如果早餐想吃一个新鲜打印的面包，就可以在机器里放一些面团，点击几个按钮，然后就可以“自制”出想要的食品。这种打印地新食品还将解决我们这个时代面临的巨大挑战之一，要知道世界上生产的食物中有三分之一（约 13 亿吨）被浪费了。

正是这一统计数据让 26 岁的Elzelindevan Doleweerd坐立不安并进入了食品3D打印领域，这位年轻的科学家毕业于荷兰埃因霍温科技大学工业设计专业。她开始试验北欧最常见的变质食物面包、水果和蔬菜，看看将它们脱水并变成漂亮的形状是否能让它们重获新生。van Doleweerd于 2021 年在哥本哈根餐厅Alchemist的测试厨房进行了为期六个月的实验，该餐厅目前在全球 50 强榜单中排名第 18 位。

在 Alchemist 工作结束时，vanDoleweerd 精制了一种甜菜根和胡萝卜“tartelette”，放在由壳聚糖制成的 3D 打印花瓣上，壳聚糖是一种来自贝类外皮的糖，并饰有可食用的花朵。它看起来令人惊叹。vanDoleweerd 证实了3D打印可用于食品的生产，但尚未将其列入厨师的技能包里，因为它在餐厅服务方面尚未成熟。

对于现在被评为全球最佳素食餐厅的荷兰Restaurant De NieuweWinkel食品实验室工作的 van Doleweerd 来说，很难想象 3D 打印食品会很快成为主流。她表示：“我认为这项技术非常专业。我们在食品和家庭烹饪方面看到的最新发展是，它不应该花费那么多时间，我们也不想投入那么多精力。也许如果未来我们会迎来伟大的发展，比如当你起床时，对你的打印机说一句请为我准备早餐，不一会儿它就会为你献上美味的早餐。这真是令人向往啊！”

汽车3D打印

黑格（Hague） 指出，3D 打印发展的热点方向在于定制和轻量化设计：“你可以制作出其他任何方法都做不到的超级复杂的几何形状。” 总部位于洛杉矶的Czinger公司是一家在生产中应用3D打印技术的公司是汽车制造商。目前，Czinger 仅提供一种型号地车—— 21C，它是一款引人注目的车型：最高时速为 253英里/小时，0-60英里/小时的加速时间不到 2 秒，一款价格为 200 万美元的超级跑车。汽车的零件使用 3D 打印制造已经有了一段时间，尤其是原型零件，但 21C无疑走得更远。BBC Top Gear 杂志的编辑 Jack Rix在他对 21C 的评论中写道：“它根本不是一辆真正的汽车，它是数字设计和 3D 打印无限可能的演示者。”

△21C 超级跑车的引擎，由 Kevin 和 Lukas Czinger 父子团队 3D 打印完成。摄影：Patrick Strattner/The Observer

Czinger 是其创始人父亲凯文·辛格 (Kevin Czinger) 和他 28 岁的儿子卢卡斯 (Lukas) 的名字和愿景。他们的公司拥有 150 多名员工，他们来自法拉利和 F1 团队，还有苹果和 SpaceX。

Lukas Czinger 曾表示：“我们都喜欢开车，我们都想制造一辆让我们惊叹不已的汽车。它不同于以往的汽车，拥有极致的下压力，座椅位置，纯粹的力量。这就像在战斗机的驾驶舱里，但你不是在空中。”

△Czinger Vehicles 的联合创始人 Kevin 和 Lukas Czinger 父子在他们位于美国加利福尼亚州托伦斯的工厂里工作。摄影：PatrickStrattner/The Observer

Czinger 为至少八个主流汽车品牌生产零件，目前他们命名的唯一一款车是阿斯顿马丁。Lukas Czinger 认为，3D 打印部件可以更轻、更符合空气动力学并且可能更坚固，而且随着汽车变得更省油，所有这些发展都具有潜在的环境效益。他预测道：“在接下来的五年里，你将开始在日常汽车上看到它。在接下来的 10 年里，你基本上会看到它取代了大部分铸造、挤压和冲压。所以，是的，我完全相信这就是未来。”

Top Gear 的Rix表示 21C 是一款具有历史意义的车辆，将从根本上改变汽车行业：“每个汽车制造商都在不断寻求改进包装、减轻重量、提高燃油效率，同时也在想办法以更低的成本制造更高质量的汽车。”Czinger 声称自己一举解决了所有这些问题，所有新车采用3D 打印部件只是时间问题。

航空航天业的3D打印应用

越来越多的证据表明，3D 打印将改变世界，然而也并非所有这些发展都会立即影响我们的生活。美国国家航空航天局和所有太空探索公司已经在使用增材工艺制造火箭零件，但他们也在调查一旦登陆月球或火星将会出现的挑战。他们将无法随身携带所有资源，因此他们必须找到建造和提供食物的方法：也许可以使用来自太阳的定向能量和他们在地面上找到的材料。美国国家航空航天局资助了一个项目，该项目正在研究回收宇航员在长途旅行中的尿液、粪便和呼吸物，以制造用于 3D 打印的食物和塑料。

△诺丁汉大学先进制造大楼

医疗3D打印

此外，增材制造将很快触及，甚至可能延伸我们所有人的生活。美国史赛克公司使用 3D 打印技术生产复杂的骨科植入物，这是传统方法无法实现的。2022年在美国，一名妇女用 3D 打印的活体组织植入物进行了耳朵重建。同年夏天，在圣地亚哥的一次会议上展示了一个人体肺支架，这可能是有史以来使用增材制造生产的最复杂的物体。

诺丁汉大学的 Richard Hague 目前正在与 GSK 和 AstraZeneca 合作开发 3D 打印“生物药丸”——一种为每位患者定制的药丸中包含多种药物，这将大大简化需要服用的药物和服用时间，尤其是对于老年人人们。黑格说：“药物的认证和合规性是一个大问题，毕竟所有的药物最终都是需要人们服用的。”

总结

事实上，3D 打印技术最终的目的就是使生活更简单或更美好，且不会对消费者设置过高的门槛。3D打印的革命也一直在悄无声息地进行着，相信随着技术的不断更新迭代，它在我们生活中的现实意义也会越加重要。无论是房子、车子，或是医疗，这些触手可及的日常需求也都会因3D打印而变得更加便捷化，我们期待着这一天地早点到来。