文/华琪 编辑/彭朋 转载于外滩画报：http://www.bundpic.com
从外观上看，3D 打印机和普通的复印机并无大的不同。3D 打印的原理很简单，它首先将物品转化为3D 数据，然后再逐层分切打印，打印时，3D 打印机用粉末而非纸张进行打印。粉末会一层层地被特殊的胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，并一层层叠加，像做蛋糕那样创建三维实体，最终一个完整的物品就会在粉末槽成型。
美国科幻作家罗伯特·希克利曾经写过一个“万能制造机”的故事，故事里的人们带着一台“万能制造机”飞往太空。这是一台奇特的大机器，机身上杂乱地安装着刻度盘、小灯和各种指示表。故事的主角之一阿诺尔德站在机器前，按下按钮，对它响亮而清楚地说：“我要硬铝螺帽，直径为4英寸。”接到指令，机器发出低沉的轰鸣声，灯光闪烁，闸板缓缓打开，眼前赫然出现了一颗闪光发亮已经制好的螺帽。接着，这台机器就像神奇的阿拉丁神灯，为他们送来了活蹦乱跳的大虾、矿泉水、手表和沙拉酱。
尽管，“想要什么就生产什么”的现实还远没有科幻小说描述的那般轻松随意，但现在，通过3D打印技术生产小零件、食物、自行车、建筑甚至人的皮肤、肾脏等都已不再是天方夜谭，称之为“万能制造机”并不为过。
3D打印到底有多神奇？与普通的打印有什么不同？4月初，《外滩画报》记者赶赴杭州，探访中国第一家3D打印服务公司。3D 打印的原理很简单，首先 3D 打印机将物品转化为 3D 数据，然后再逐层分切，针对分切的每一层构建，分层打印。打印时，粉末会一层层地被特殊的胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，一层层叠加，像做蛋糕那样创建三维实体，最终一个完整的物品就会在粉末槽里成型。
这种技术的优点在于它不需要一家工厂来运作，小件物品可以直接由小型 3D打印机打印制作；而稍大的物品，比如自行车车架、汽车板、飞机零件、建筑零件等，则需要更大的3D打印机和更大的空间。
《经济学人》杂志评价说：“伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1750 年的蒸汽机如此，1450年的印刷术如此，1950 年的晶体管也是
如此。而今，我们仍然无法预测，3D 打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。”
像做蛋糕那样生产物品
杭州铭展网络科技有限公司是中国第一家 3D 打印服务公司。4 月初，在地处杭州的铭展网络公司办公室，记者看到，那里摆放着两台3D打印机以及一台专门用于烘干的设备。从外观上看，这两台机器和普通的复印机并无大的不同，唯一的不同是它们打印时不用纸而是粉末。
机器的上半部分是个半透明的罩子，有一排控制按钮。掀起罩子，左边立着四盒不同颜色的墨水，右边的工作区摆放着平平整整一叠“白纸”。然而，轻轻用手一碰，那叠“纸”上却轻易地留下了凹痕——原来那并不是纸，却是粉末。公司的技术总监金涛告诉记者，那是研磨得很细的石膏粉末。
工作时，这些粉末会一层层地被液态连接体也就是特殊的胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，一层层叠加，像做蛋糕那样创建三维实体，一个完整的物品就会在粉末槽里成型。打印完成后，工作人员要处理掉物品周围沾满的粉末，再涂上增强硬度的胶水。金涛开玩笑说，“就像考古一样。”
说话间，金涛在电脑中输入一组通过3D软件生成的模型数据，连接至打印机。那是一个镂空毛线团的模型。电脑将这个10厘米高的毛线团以0.1毫米为基准分为了1000层，每一层的界面数据都不一样。再将这组数据传送给打印机。
响应信号声过后，透过那个半透明的罩子，记者清晰地看见机器工作的场景：来回移动的金属杆上有喷头，在铺好的粉末材料上，一层一层按照电脑的截面轮廓信息，有选择性地喷射特殊胶水使粉末粘结。一个水渍样的毛线团底部截面轮廓清晰可见。通过逐层的叠加，毛线团的立体轮廓逐渐显现出来。金涛告诉记者，打印这样一个 10 厘米高的物体，大约需要5小时。记者看到，在公司的展示厅里，摆放着栩栩如生的运动鞋、造型奇特的概念自行车、各式建筑模型及魔兽世界游戏人物模型等，这些都是那两台3D打印机的作品。
据金涛介绍，目前支持3D打印的材料很多。简单说，不同公司生产的3D打印机会支持不同的材料，树脂、尼龙、石膏、塑料这些都是普遍使用的材料，随着业界研发的不断进步，支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现。
“技术的发展和那些粉末很有关系，未来的趋势是越来越细，强度越来越高。材料越细，每一层就更薄，做出来的东西精度就越高。现在无论使用什么牌子的3D打印机，最薄的厚度约为0.025毫米。如果想完美地展现头发丝还是很困难的，但是做小零件、模型等绰绰有余。” 金涛表示。
其实3D打印的概念早在几十年前就已提出。上世纪 70 年代，随着 3D 计算机辅助设计的兴起，设计师能在电脑软件中看到虚拟的三维物体，但要将这些物体用粘土、木头或是金属做成模型则是一个缓慢而费钱的过程。哪怕是制作一个鞋的鞋底模型，也会消耗 Timberland（美国著名的鞋业公司）一周的时间，费用大概为1200美元。
于是，“快速成型”机应运而生，这就是3D打印机的前身。
在这个过程中，麻省理工学院的一项发明扮演了重要的角色。1994年，几名来自麻省理工学院的科研和技术专家发明了一种名为三维打印（Three Dimensional Printing，简称“3DP”）的技术，并申请了专利。这种技术成型的速度快，设备价格便宜，操作起来更容易，虽然精度不够高但做概念产品或模型绰绰有余。1997年
为了将3DP技术推向市场，Z-corporation公司正式成立。Z-corporation也是最先提出把3D打印机当成办公用品的3D打印机生产厂商，这也是唯一一家可以支持彩
色打印的公司。
据金涛介绍，“快速成型”也不止一种技术，但它们的原理都是截面的叠加不同之处只是每一层材料的凝结方式。有的材料是固体粉末，用液体粘合剂成型有的材料是液态的，用激光截面扫描成型“3D打印和快速成型从技术上来说没有太大区别，3D打印更多的是概念上的进步。原先的快速成型设备笨重、体积很大做一个东西耗费的时间相对也比较久。在人们的概念里快速成型设备是摆在工厂的生产设备，而3D打印机则是一台办公设备可以放在办公室里。和快速成型相比，3D打印更注重和设计师的沟通。”金涛表示。
和设计师沟通的打印机
读大学时，金涛的研究方向主要是计算机图形学。在香港大学从事图形图像研究时，金涛接触到3D打印的概念，他十分看好这项技术的前景，于是放弃在香港大学读博士的机会，回到杭州参与创办了这家面向公众的3D打印服务公司。一开始，他们设想公司的主要业务是“打印魔兽世界”的人物角色模型。金涛是一个魔兽迷，看到国外有网站可以打印自己心爱的角色模型，他也很想在中国大陆也搞一个。他们花重金买来了设备，但这项业务因为迟迟没有得到暴雪公司的版权授权，在进行了一段时间后不得不搁浅。
就在他思考公司出路时，一个偶然的机会，金涛在国外发现一家名为Shapeways 的公司。这家公司提供在线的 3D 打印服务，网民们不仅可以像钢铁侠中的男主角制造战衣那样，在屏幕上折叠、翻转、修改自己的虚拟设计 ；还可以将这些构想的虚拟的东西制造出来变成现实，并送到眼前。网站上展示的设计稀奇古怪，有钟表、珠宝、神奇的魔方等，有人用这项服务给自己弄了个抽象雕塑，还有人做了自己居住城市的微缩模型。材料从不锈钢到玻璃、塑料和沙石，顾客包括个人和商店老板，很多商店老板定制珠宝饰品、礼品和小配件等在店里销售。
Shapeways 的一名高管在公司刚开业时曾告诉媒体 ：“我们的网友在业余时间里非常富有创造性，他们往 YouTube上传视频片段、在社交网络里摆弄Profiles、撰写各种博客。现在我们可以将他们自己的想法变成现实。”
Shapeways 最先由荷兰公司飞利浦提供启动资金，现在已经从飞利浦分离出来，成为一家独立的公司。
金涛觉得，这样的商业模式能最好地利用群众的创造力，也能最大地发挥 3D打印机的价值。受此启发，他们将公司变成中国第一家3D打印服务公司，只要用户提供3D数据，选择建造材料，他们就可以将其设计变成实体。“我们的客户很多，微软在这里打印过他们的新产品模型，建筑事务所、中国美院建筑系，还有一些
工艺品公司、设计公司、文物研究所等，都在这里打印过。”金涛说。
如今这样的3D服务公司在世界各地蓬勃发展。除了最有名的 shapeways，3D 打印机的生产厂商之一 3D Systems也设立了一家合资公司 Mqast，这家公司支持用铝和不锈钢来打印。
如今全球最大最贵的3D打印机，可以用激光烧结直接制造复杂的塑料、金属和合金元件。在消费电子业、航空业和汽车制造业，3D打印已经变得越来越流行。它们不光可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件，而且可以用不同方法来制造，比如单个制作喷气式飞机上的空气动力导管，而不再需要很多不同的元件来组装它。
就像早年的激光打印机，一些3D打印机已经走入艺术家和动手爱好者们的工作间。美国人杰·勒农为了让自己的一台1907年生产的老式流线型汽车继续行驶，购买了一台 3D 打印机。通过 3D 打印机，他将没法再买到的元件扫描进电脑，或者用草图设计一个丢失的元件，打印出附件，在车上试验检测设计是否合理。多亏了3D打印机，他的这辆老爷车如今已能继续行驶。
3D 打印机加速设计过程的能力将会对产业产生巨大影响。“现在工程师可以这样做：有了想法，打印出来，拿着它和别人分享，然后修改并再打印一个。”以
色列的3D打印机生产商Objet公司首席执行官大卫·赖斯在接受《经济学人》杂志的专访时表示：“突然间，设计变得更具革新和创造性。”
现在，设计师们可以用3D打印机做一些有趣的事情，比如修补一个破玩具，耐克、阿迪达斯等公司用它们来打印新的运动鞋模型，在福特、保时捷、摩托罗拉、
诺基亚、惠普等公司的研发生产线上，也能看到它们的身影。
将古迹带回家
金涛最得意的一个作品是几尊佛像。“那个作品光打印就花了两天，打印好了又处理了两天”。
那几尊佛像是天龙山石窟第 18 窟西壁的完整复原，共有一佛二菩萨，颈饰项圈、手镯、下垂的左腿，以及莲座的细节都清晰可见。这是无尽藏非物质文化与艺
术遗产研究所要求打印的作品。
天龙山石窟以精炼、细腻而又富有感情的造型艺术而闻名于世，是中国佛教造像的经典之一，被誉为天龙山式样。在20世纪初被盗严重，仅1924年一年，天龙山流失海外的佛像就有150多件，这些残件至今仍流落在海外。较小的佛像被整体盗走，大部分洞窟的头像几乎被割盗一空，甚至连窟顶的浮雕莲花和飞天也不放过。
2010 年春天，无尽藏非物质文化与艺术遗产研究所发起了《法相庄严——天龙山造像数字复原研究》，希望利用数字技术，实现残损造像的虚拟复原和网络展示，再现其本来面目。该所所长李庆华在项目进行过程中认识了金涛，于是打算输出他们的研究成果。
“从3D扫描到3D打印，数字化保护的意义和逻辑就更明显了。这会颠覆以前考古的田野考察的工作方式，人们可以把古迹放在办公桌上来研究。”李庆华在接受《外滩画报》采访时说。
他们选择了天龙山石窟第 18 窟作为他们的第一次尝试。为了获得完整的 3D数据，李庆华带着一个团队拿着一台 3D扫描设备在洞里呆了整整 10 天。“3D 测绘是项大工程，一束细细的激光束，就像一个移动的取景框，打到佛像上面，这种机器是手持的，佛像和洞窟的每个细节都必须细致地扫描一遍，不能有死角。扫描一块四五十平方厘米的地方需要整整 20分钟。”李庆华说。
洞窟扫描完成后的数据处理也是大工程，甚至一个佛像进了电脑都会生成几百万个面，李庆华的电脑常常因为存储了太多的3D数据而死机。回来后李庆华在工作室里埋头苦干了十天，终于把数据拿到了金涛的办公室。
“我清楚地记得，那时候快过年了，办公室只有我们两人在处理佛像。”金涛说。七八个小时后，他们掀开打印机的盖子，看到了成品。李庆华小心翼翼地拿毛笔刷去佛像周围的粉末，这项工作需要极致小心和耐心；干这件事时，他不禁会想到“在沙漠里考古的情形”。为了数据处理的方便，他们设定的打印厚度只有1.5毫米，第一次的打印成果就因为用力过猛作废了。“捧着这块三维佛像，就像捧着一块极薄易碎的面具。”金涛说。
最终，刷上增强硬度的胶水后，这件“考古作品”正式完成。李庆华十分感慨：“原来写天龙山报告的社科院专家李裕群，为了写报告，在天龙山手工测绘，收集数据，呆了20多天，也没看全。现在我可以把它放在桌上，从任意不同角度看。”因为是按1：11大小复制的，打印出的成品远没有电脑里的三维图细节那么丰富，但李庆
华说这种“把玩感”是以前无法想象的。
将建筑打印出来
3D 打印的诞生，为疯狂的设计师们找到了灵感的出口。
意大利发明家恩里科·迪尼（Enrico dini）发明了一台巨大的 3D 打印机，这台机器可以用沙子直接打印立体的建筑。有了这台机器，未来不搭脚手架，不需要工人，人们就能完成造房子的事情。
为了测试这台大型打印机，恩里科·迪尼为诺曼·福斯特公司在阿布扎比建造的全球首个绿色乌托邦“马斯达尔城（Masdar City）”，打印了一部分建筑的骨架外墙，结果证明完全可行。
现在，他正与诺曼·福斯特建筑设计公司以及阿尔塔太空公司合作，研究设计一种可以使用月球尘埃打印的3D打印机，届时可以在月球上快速建造人类基地。
恩里科·迪尼告诉《外滩画报》记者，这个打印机的灵感来源于麻省理工学院的那项三维打印技术。当他看到C-corporation 的 3D 打印机在办公室工作的场景时，他突然想：为什么不能用它来造房子呢？
在投入这个项目之前，恩里科·迪尼是一位土木工程师。在仔细阅读快速成型的相关技术后，他认为打印建筑结构是完全可行的。“我让我的数学家朋友们改进
软件，然后自己设计机械电路图、制造装配、布线、测试等等。”
2004年11月，第一台建筑打印机的概念机面世。经过改进，2007 年 4 月正式完工。同年，恩里科在伦敦成立了一家主营3D建筑打印的公司。
“传统的打印机有个弱点，只能打出很薄很薄的一层，我把这个机器改进了，使得大量的‘胶水’能落下来，打印出50 毫米厚的一层，然后再一层一层叠加起来。”恩里科说。
印刷过程由一层薄薄的沙子开始，印刷机从喷嘴处喷出以镁为主要原料的粘合胶，这些粘合胶跟沙子结合并在印刷机对其施压后变成岩石。之后再放上一层薄薄的沙子，重复以上的操作，岩石层就会越来越厚，最终印刷成设计中所需要的构造物形状。成品可以是一座雕塑或整个大教堂等等。已经做成的实验品是一只布满空洞的蛋状建筑结构，恩里科管它叫“放射馆”，这个复杂的结构可以有力证明和测试这一开创性的施工技术。
“这个 6 米长、6 米高的机器是我造过的最大的机器，用3D打印，你想造多大的东西，就得造多大的机器。这算是个缺点吧。”恩里科说。不过据他介绍，使用这台机器印刷出来的建筑物比传统方式要快四倍，原料成本只是普通水泥的1/2到1/3，生产出的废料极少。
“因为我不需要用水泥，并且原料是沙子。我尽量使用当地的材料，减少运输成本，沙子到处都有，尽管也有一定的要求。我希望我去上海造房子时，上海能有我想要的沙子。”恩里科强调，用这台打印机打印建筑，造出高迪式的弯曲结构简直易如反掌。
恩里科十分推崇建筑大师高迪的作品，他希望有生之年能用3D打印机完成高迪的未完成作品——位于西班牙巴塞罗那的“神圣家族大教堂”。
就像打印机逐步进入办公室和家庭的步骤一样，3D打印还有很长的路要走。尽管现在3D打印机的成本不断下降，最便宜的机器仍然在1万美元以上。英国巴斯大学有一项新设计，这项新设计能用大约700美元制造一个3D打印机，用户甚至可以用这台机器制造另一台3D打印机的塑料部件。
在那个名为“万能制造机”的故事里，也有相同的情节。当一台3D打印机能够制造另一台3D打印机，这是多么引人遐想的美好未来。
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在设计制造阶段，新的技术诞生意味着很多传统技术工程师或者设计师所学的功能技术软件或者工序遭到淘汰，这个是一个很残忍，但是又不得不去面对的现实。随着科学技术的发展，从设计到制造生产的周期和流程都越来越短，记得大学的时候刚开始学习一个3D软件，第二年出来了更傻瓜更好用的软件，在一定程度上一些傻瓜级的软件已经足够大部分设计师之用了，其实那不叫傻瓜，叫做人性化设计的软件，设计师不再需要学习大量繁复的软件菜单和功能，而是利用人的一些最基本的能力可以自己很快速的掌握软件操作并且进行专业级的设计表达，比如说渲染。3D的制造技术在国外已经有些年了，在丹麦的时候有个世界级的工业制造设备展，我都去看过了，很多技术真是很让人惊叹的，比如有一个技术可以一次成型一整条可以联动的自行车链条。欧洲的很多大师级的设计师和设计工作室很喜欢利用这些最新的制造技术发挥设计才能，比如拉古路夫，做有机形态的家居设计等等。制造技术的进步为很多设计提供了可能，作为产品设计师非常有必要去多接触和了解一些科学制造领域新鲜的资讯，对于我们进行一些设计定位的可行性考核有很重要的价值。
Gijs Bakker
Piao 飘 -Paper Chair 
