3D列印技術這35年：從做個模型到製造業的未來
1983年，美國發明家Chuck Hall發明了世界上第一台3D印表機，採用立體光刻技術，但這一技術由於機器龐大和費用高昂，市場並沒有很快接受這個概念。但隨著更加便宜的3D列印技術（熔絲製造和選擇性激光燒結技術）被研發出來，在90年代有多個3D列印公司被創立，這項技術才有了更多的人力和資源來支持其的發展。
35年前，3D列印只能夠列印簡單模型，而現在3D列印出來的人工關節，在2012年國內就有患者裝上了，而家用的3D印表機在淘寶上也可以隨意購買。越來越普及的3D列印技術卻一直停留在模型和少數產品的製作階段，如果要進一步打開市場，3D列印需要進入製造業，給傳統的製造方式帶來一場方式上的革新。
不同於傳統的製造業，3D列印的優勢在於：不需要花大量的時間來製造生產磨具，產品從設計到生產周期短，可以造出傳統製造業造不出的複雜結構，對於原材料消耗小等。但相對於傳統的製造業，3D列印最後成品依舊面對著材料強度物理性能不達標，產品外觀不光滑，實際生產時間較長，成本高等缺陷。
今天我們就著3D列印的三個大板塊：金屬列印，塑料列印，陶瓷玻璃列印， 來分析一下3D列印這項科技目前的發展現狀和在製造業前景。
金屬列印：點「粉」成「金」
金屬列印目前主要以直接金屬激光燒結（DMSL）為主，通過用激光融化金屬顆粒來成型。在列印的時候激光掃過一層金屬粉末，激光高溫融化需要融化的粉末，形成2D圖像。當這一層金屬冷卻成型之後，機器鋪上另外一層顆粒，重複之前過程，最後形成3D形狀。
直接金屬激光燒結部件
直接金屬激光燒結技術能夠列印出來較為複雜的結構，而且隨著金屬納米粉末製造技術的成熟，這一技術能實現較好的外觀和物理性能。但是由於這一技術的生產時間相對傳統的CNN金屬切割成型技術過長，而且納米金屬粉末的成本很高，目前還停留在模型製作的階段。
塑料列印：百花齊放
塑料3D列印從30年前研發出來的熔絲製造（FFF/FDM），已經發展成多種固態，液態粉末態的列印形式了。除了固體狀態下的熔絲製造，還有粉末狀態下的選擇性激光燒結（SLS）和液態光定型製造（CLIP）等各種技術
熔絲製造（FFF/FDM）是最常見的3D列印技術，通過融化塑料絲，移動列印頭來構造一層2D圖像，然後一層一層搭成3D形狀。利用這項技術的3D印表機因為佔地面積不大，操作方便簡單，已經非常普及。同時由於這項技術發展多年，市場上的各種塑料都有為這一技術做熔絲，所以這一項技術在材料方面有很大的選擇空間。
熔絲製造多彩的熔絲原材料（圖片來源WWW.DELL.COM）
然而，熔絲製造的缺陷在於最後成品並不美觀，表面會留下塑料絲融化過的痕迹，需要通過後期加工磨砂拋光才能讓表面光滑。 同時該技術由於在列印垂直和橫向方向的內部結構和材料密度不一樣，產品的物理各向異性特別明顯，不適合用於列印要承受較大重量的部件。不過由於這項技術的方便快捷以及材料多的特點，已經在生產支具，做產品模型中被較為廣泛的應用。
熔絲製造（圖片來源：視覺中國）
選擇性激光燒結（SLS）的技術原理和直接金屬激光燒結技術非常相似，主要通過用激光融化塑料顆粒來成型。和金屬的激光燒結技術一樣，塑料選擇性激光燒結也需要大型機器和專業人員來操作。同時相比金屬的激光燒結可以達到納米級別的顆粒，塑料並沒有納米級別的顆粒，這也限制了產品最後表面的光滑性和美觀性。
不過這一技術由於不需要額外支撐材料，可以列印出非常複雜的結構。這一技術另一大優點是原材料較為便宜，答應時間較短，有成為大批量生產主力軍的潛力。
選擇性激光燒結部件 （來源：stratasysdirect.com）
液態光定型製造（CLIP）是利用液態的原始材料在光照的驅動下固化成型來製造的。通過投影技術在液態材料與空氣的接觸面上投影需要列印的2D圖像，在固化之後將列印好的圖像向上移動，列印下一層。 該技術的優點在於液態材料可以形成光滑的表面，列印出來的成品美觀。
液態光定型製造（CLIP）跑鞋 （來源：carbon3d.com）
目前擁有這一項技術的公司Carbon3D已經通過這一技術和阿迪達斯聯合生產出了一款跑鞋的超輕超彈中底，各位有錢的大佬們有興趣可以考慮一下。
陶瓷玻璃列印：目前並不成熟
由於陶瓷的高熔點，陶瓷的3D列印技術目前還沒有商業化的推廣，陶瓷的3D答應也停留在一個基礎的熔絲製造階段。但是，麻省理工大學的的「黑科技製造廠」媒體實驗室（Media Lab）已經做出了玻璃3D列印的藝術品燈罩。該項技術熔絲的直徑目前還又有有效的減小，列印出來的成品表面還是會非常凹凸。
3D列印技術能替代製造業么，未來還能為我們做什麼？
在小範圍內，Carbon3D和阿迪達斯的合作已經充分證明了3D列印的好處，它的從設計到出產品時間短，能構造相對複雜的結構。金屬3D列印在美觀和物理性能方面已經接近傳統工業屆要求，但生產時間長，價格高。塑料3D列印由於發展之間長，較為成熟，被應用得較為廣泛，但是其主要問題還是成品美觀不行，物理性能不達標。
陶瓷3D列印技術還處在較為基礎的階段，需要不斷的研發。這些成本，技術和性能的問題不解決，在廣義程度上3D列印離製造業還有距離。
目前已經有一些人開始試驗3D列印的水泥房子，不需要砌磚，不需要人工，只需要一塊空地。這項技術目前還處在「隔壁家小強搗鼓出來了「的階段，沒有被較為廣泛的推廣。不過想想不打地基的房子是不是會有被風吹走的危險呢？
實際上已經有多家實驗室開始利用3D列印能製造複雜精確結構的優點開始列印器官：瑞士聯邦理工大學的一組研究團隊就研究出了3D列印的心臟。該心臟只要模擬血流的流動，就可以像正常心臟一樣搏動。但是由於塑料還是比不過天生的肌肉，目前這個心臟只能存活45分鐘的時間，短暫的曇花一現。可以想像到，未來3D列印將在器官製造上有大作為，也許可以解決器官短缺的問題。（本文首發鈦媒體，作者/黃竹皮，編輯/項歐）
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