3D打印，到底是咋回事儿？
3D打印的本质是降维制造。
D代表维度。三维打印只是一个通俗的说法。二维打印叫平面打印，而三维打印的说法，并不能完全解释三维打印的意义。像喷墨打印机喷出的粉末黏成一个立体图案，这个叫三维打印。而我们这个叫增材制造，也叫快速成型，还可以叫分层制造，更加科学的叫法是离散堆积。先把数学模型离散了，然后在物理环境下堆积起来。中间的过程，只需按下一个打印按钮，定义好是什么，打印出来的就是什么。
这个“离散堆积”的基本制造方式是分层制造、降维制造。就是在计算机里把复杂的、三维成型的问题，简化成一个个二维的问题。用人工分层很复杂，例如脊椎的模型，里面的组织结构要人去算的话，很难，对于计算机就比较简单。在三维空间里，任何复杂的二维图形都能做出来，然后再堆积起来。
——林峰
日前，富士康董事长郭台铭呛声3D打印根本是个噱头，之后，畅销书《3D打印：从想象到现实》的作者胡迪•利普森与梅尔芭•库曼到访北京，表达“把3D打印用于大量生产不合适，富士康应该研究机器人生产而非3D打印”的观点。与此同时，美国两家代表性3D打印公司3D Systems和Stratsys，在最近一年中持续遭到资金热捧。连美国太空总署NASA都说要用3D打印技术在月球上打印一个太空基地。
关于3D打印的消息纷纷扰扰，那么，3D打印到底怎么回事儿？日前，本报记者对清华大学机械工程系教授、博士生导师林峰进行了专访。
3D打印有多玄乎
山西晚报：日前媒体报道3D打印机能打印枪支了，还能连发6发子弹。后来又听说英国为一脸部残疾的男子打印出半张脸，美国为一位小朋友打印了一只耳朵。这是真的吗？
林峰：“打印一只耳朵，打印半张脸”，这只是打出了一个样子。我们也做过“耳朵”，但这并不是一个真的耳朵。现在的技术，要达到真的，还有点难度。
山西晚报：您是说，是赋予这个“打印耳朵”一个有机的组织，但比如血液能否顺利流淌等还是有些难度？
林峰：对。这个比较难，但打印样子没问题。可以打印枪支，但跟以前的枪不一样，是特殊设计的。它是根据材料和打印机制造方式的特点，专门设计的一种结构形式。能打几发子弹，多了也不行，而且它里面有些东西，像弹簧、撞针等要求强度较高的，需要一些金属部件，也不是完全都打印出来。
3D可以打印细胞
山西晚报：这说明目前3D打印技术的应用还只停留在机械制造领域，尚无法进入生命科学领域？
林峰：细胞是可以打印的。
山西晚报：细胞可以打印？真令人意外！
林峰：这个2002年国外就有报道。当时有人用喷墨打印机，把墨取出来换上液态细胞，也能打印出来。
山西晚报：打印出来的细胞是活的吗？
林峰：是活的。
山西晚报：意思是拿我们自身的活细胞作为材料，然后打印？这有什么意义？
林峰：我们实验室，打印细胞最初的想法是为了修复组织。比如，肝脏衰竭一般都是急性的，只要能度过一段时间，肝脏就能再生。但许多时候，细胞还没有来得及生长，就已经彻底衰竭了。所以，就想先打印一个肝脏的小组织出来，需要时放到体内，它能暂时代替肝脏的部分功能，这样就能等肝脏自动恢复。目前，我们已经把这些细胞提取出来，但细胞都是独立的，我们还不能把细胞之间的关系控制起来，密度也不够。
3D也能打印医用支架
山西晚报：那在制造出一个组织和器官之前，3D打印在生物应用方面有什么意义？
林峰：人身上都有变异的细胞，有些时候它们会变成癌，有些时候不会。怎么来控制？动物实验和人体的切片都是静态的，看不见细胞变化的过程。我们和肿瘤医院合作，他们希望在体外构造一个细胞结构，一边是普通细胞，一边是癌细胞，在中间放一个变异细胞，来观察细胞的变化。如果说这个模型建好的话，就可以在体外观察，看到底受什么影响导致癌症发病的过程。
在做出真正的器官之前，我们可以把体外的细胞模型做出来。
山西晚报：细胞在体外怎么生存呢？
林峰：要给细胞创造一个输送养分的环境。营养交换有一定距离，超过的话细胞就死了，所以需要特殊的微孔的结构，让营养从孔洞过去，孔洞之间的丝，距离不超过600微米。以前这种微结构很难做到，应用三维打印就比较容易。
我们像冻豆腐一样制孔，做出来的支架大孔里面还有小孔，材料成分少，可降解，孔隙率和强度都很高。这样的支架技术，我们实验室在做，是世界上独一家。这个微孔结构，我们还用它来做组织工程支架。
山西晚报：这个组织工程支架有什么作为？
林峰：我们和第四军医大合作，在动物实验上，做了100多只兔子、60多只狗的桡骨和大断骨缺损修复。技术已经做得不错了，还没有用到临床。
一台打印机啥都能做吗
山西晚报：我有个疑问，相信也是很多人的疑问，比如我有一台3D打印机，它是只能打印名片盒呢？还是也能打印马桶？
林峰：任何产品都能用一台机器打印出来，只是使用材料不一样。
山西晚报：那么我只要有数据模型，随后给打印机放不同的材料就行了？
林峰：一种设备就使用固定的一些材料。比如说这种原料是丝材，再换一种比如说粉末的，这台机器可能就操作不了。因为整个工艺、设备、材料是密切相关的。
山西晚报：就是说，用打印名片盒的打印机，也能打印马桶，只是这个马桶的材质，不是陶瓷的，不一定能用。
林峰：对。材料决定工艺。
它会颠覆传统制造业吗
山西晚报：很多人担心，随着3D打印机的普及，可以使用的材料越来越丰富，传统制造业会被颠覆。
林峰：不可能。传统制造业也在和先进的数字化技术结合，三维打印更多是帮助传统制造业的发展。比如汽车发动机内部，气缸外面要加冷却水套，冷却水套还要做得均匀，但气缸周围是一个封闭的管路，传统铸造方式要将好几套模具拼在一起，组装起来，位置组合就不够精确。用三维打印，可以直接做出一整套来。你说这是对传统产业的替代呢，还是帮助？也许以前专门做模具的这道工序会被替代，但是整个制造行业的技术是提高了。
三维打印技术还加快了开发。还是以汽车发动机为例，它的缸体，传统制造方式开发时间需要五六个月，花费一百万元以上。三维打印，两周就可以制造出来。传统的生产技术制造的模具，改的话，费用很高。现在，需要改，马上再做一个。
山西晚报：3D打印机做出来的东西，成本是不是低得多？
林峰：看什么情况。一般来说，单件的、小批量的生产，3D打印相对便宜。大批量生产需要模具，模具的费用很高，但是做得越多，成本就越低。
生活中定制的东西会越来越多
山西晚报：这种技术把创新的门槛放低了，有新的想法很快就可以做出来，成本很低。它对我们的日常生活会产生什么影响呢？
林峰：每个人的细胞都可以提取出来，在体外培养。医疗方式，有可能因此改变。每个人以后都会有许多自己定制的东西，比如说定制鞋子。学生想做个飞机模型、老师要做个教具等等，总之越来越多定制的东西会进入生活。这种打印设备会进入家庭，需要做什么，下载一个模型就能做出来。
山西晚报：这会带来许多商机。
林峰：对，谁先看到它的市场需求，谁就能发挥得更好。像很多人创业，创建一家企业，要生产、还要管理，相对来说成本就会比较高，但以后我可以设计出来产品直接卖数据就行，谁家里有这样的设备，都能自己打印。
山西晚报：将来淘宝上或许不仅仅卖实物，也会卖数据。如果有人买到数据后，重复使用或转卖，怎样来保护原创者的利益？
林峰：数据模型放到网上，一下载，大部分设备都能制作。这就要保证怎么只能在付过费的设备上制作，而且只能做一次或者两次后这个数据就失效了，还想再用就得再下载、再付费，这样，数据的价格就会降下来。这个政府是可以从应用和技术角度控制的。
3D打印竟然是一项老技术
山西晚报：3D打印是一项新技术吗？它发端于什么时候？
林峰：基本上现有的三维打印工艺，在美国，1982年起就直接以产品的形式出现了。现在全球最大的两家三维打印的公司3D Systems Corporation和Stratsys，都是那个年代出现的。那个时候技术就成熟了，后来在金属打印方面，也诞生了一些公司。
山西晚报：为什么这个概念最近火了？
林峰：十年前在制造业里，大家已经关注三维打印。清华大学第一台设备是1994年做出来的。到了2000年左右，这个行业遇到了瓶颈。
大家为什么突然感兴趣呢？一个原因是美国政府重视它，另外还有一本书讲第三次工业革命，推动了大家的认识。实际上我觉得，是3D打印的应用被挖掘出来了。以前大多数是搞研究的在做，而后是在制造业做一些设计的验证，再后来搞艺术的人发挥了它的用处。例如一个欧洲的灯具公司，它们的产品，设计理念完全来自复杂的数学模型。这些无规则的艺术品是用电脑算出数据，再连接上打印机进行打印的。这对大家是一个启发,原来有技术可以做这样的事情。
ND打印是趋势
山西晚报：听说国外4D打印已有不俗表现，说打印出来的产品可以随着时间变化自由组装。这是怎么回事儿？
林峰：四维打印随着时间会有一些变化。像以前有个“记忆合金”，就是先打印好，然后随着时间、温度改变，它会图案变形，变形以后会有一种新的结构，这个就叫4D打印。现在出现的4D打印、5D打印甚至ND打印都挺好的，这说明三维打印给了大家一个想象的空间，给了一个可能性。
接下来大家要的，是一个开放的、活的东西，这个东西通过环境的变化还能有确定的改变，比如，把心肌细胞这种跳动的细胞，打印在模型上面，做一个小的机械装置，这个就是我们研究的一个方向。
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