3D打印還在路上
據媒體報道，近日美國一家研究機構利用3D打印技術為一名男童安裝了義肢。我國湖南省首家3D打印臨床應用研究所也于日前掛牌成立。3D打印技術在醫學領域的應用不斷拓展。
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近幾年，3D打印漸成新潮，如打印食物、汽車、房子、航空用品等。隨著被打印對象覆蓋到多種行業，3D打印也被貼上了越發神奇的標簽。
其實，3D打印是一種“快速成型”技術，可以將計算機中的三維圖像直接“打印”制作成實物。它源自100多年前美國研究的照相雕塑和地貌成形技術，上世紀90年代后逐漸發展，成為一項先進的制造技術，對制造企業的產品創新、縮短新產品開發周期、提高產品競爭力等有積極的推動作用，其應用也延伸到醫學、航空航天以及文化創意等領域，擁有很大的市場潛力。
但同時，有專家認為3D打印技術的主要魅力還是在解決高難度、復雜以及個性化設計需求上。由于受制于材料等因素，3D打印技術目前應用范圍仍非常有限。
何為3D打印？
3D打印，即快速成型技術的一種，屬于制造業中的增材制造，以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體。它的主要“打印材料”是塑料，輔有金屬、陶瓷、砂等，常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后用于一些產品的直接制造。
原理
3D打印技術與激光成型技術基本上是一樣的。簡單來說，就是通過采用分層加工、迭加成型，逐層增加材料來生成3D實體。
所謂的“3D打印機”，參照了打印機的技術原理，其分層加工過程與噴墨打印機十分相似。
首先是運用計算機設計出所需零件的三維模型，然后再根據工藝需求，按照一定規律將該模型離散為一系列有序的單位，通過在Z向將其按照一定的厚度進行離散，把原來的三維CAD模型變成一系列的層片；然后再根據每個層片的輪廓信息，輸入加工參數，系統會自動生成數控代碼；最后將一系列層片成型并自動將它們連接起來，得到一個三維物理實體。
3D打印并不是針式打印、噴墨打印、激光打印等打印技術的延伸，而是一種新型的“制造技術”。只不過，3D打印是軟件通過電腦輔助設計技術完成一系列數字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上。
一臺普通的3D打印機并不是打印完畢就能直接使用的神器，還需要后續的打磨、燒結、組裝、切割等工藝。
特點
可以量身定制產品。現有大規模生產方式追求的是生產成本的最低化，通過細化的勞動分工和規范化的作業流程，生產大量標準化產品，以獲取規模效益，這一生產方式難以滿足客戶多元化的需求。3D打印技術使消費者能根據自己的需求，量身定制產品。這種方法速度快、成本低、環保，同時制作精美，合乎設計者的要求，同時又能節省大量材料。
能夠降低生產成本。3D打印技術對于生產者來說，使用的材料幾乎沒有浪費，既節省成本，又能夠實現產品生產本土化，減少運輸需求。客戶只需為“制圖”付費，并在當地打印出需要的產品，減少了長途運輸需求及溫室氣體排放。同時，對3D打印機而言，制造形狀復雜的物品，并不比打印一個簡單的方塊消耗更多的時間、技能或成本。
減少零部件的組裝，材料無限組合。傳統的制造機器在切割或模具成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起，而隨著多材料3D打印技術的發展，可以將不同原材料融合在一起。以前無法混合的原料混合后將形成新的材料，這些材料色調種類繁多，具有獨特的屬性或功能。
精確的實體復制。掃描技術和3D打印技術可以共同提高實體世界和數字世界之間形態轉換的分辨率，通過掃描、編輯和復制實體對象，創建精確的副本或優化原件。
環保優勢
節約原材料
在制造業里，“低碳排放”意味著一種更有效節能的設計生產方式，而低碳制造意味著降低整個產品生命周期的碳足跡，包括從產品設計到產品生產、部件組裝、運輸分配以及最終的報廢處理。
3D打印可以使用多種類型的材料，尤其是打印金屬時，相對于傳統的制造技術具有更多的優勢。幾乎所有3D打印剩下的金屬粉末都能回收利用。
相比之下，傳統的金屬制造過程（研磨、機械加工或鑄型）更浪費，甚至在使用某些金屬制造工藝中，廢棄副產品中竟剩下90%的原材料。例如，制造一個1千克的飛機零件需要消耗多達15千克的金屬原材料。
減少碳排放
企業供應鏈中化石燃料的緩慢燃燒有時比工廠的污染更具破壞性。全球超市巨頭沃爾瑪約80%的碳足跡就是由其龐大的全球供應鏈產生的。幾乎所有人都依賴于這種全球供應鏈的流通。但如果3D打印技術實現了本土化，則免去了運輸過程中的碳排放。
存儲未銷售和未使用的庫存商品的倉庫需要照明、加工或冷卻，這一過程消耗電能。以數字化庫存代替實際庫存將會使供應鏈更加綠色環保。實際庫存貨物不僅需要運輸，在等待銷售的過程中也占用了大量的貨架空間。
相反，3D打印的數字化庫存或設計圖紙成本相對較低，且易于儲存和運輸。
零下一度
技術與理念，孰先孰后？
如果有兩個同樣大小的塑料玩具，一個是大規模生產的，一個是3D打印的，也許，很多人都會認為3D打印的塑料玩具比大規模生產的塑料玩具更環保。可是，事實是這樣嗎？
從第一眼看，似乎3D打印的塑料玩具對環境的污染更少，它是在發達國家的一家干凈整潔、符合規定的打印店里制作出來的，安全標準達標。運輸一個小小的聯邦快遞包裹留下的碳足跡遠遠小于運輸幾百個大紙箱。
3D打印似乎更清潔、更環保。但是，卻有研究顯示，制造兩個玩具時，每制造一磅產品，一臺3D打印機的耗電量至少是一臺注塑機的10倍。
事實就是如此。3D打印制造對環境的益處十分微妙，以至于它對環境的危害與制造過程和原材料沒有一點關系，它也可能會誘使人們浪費。就像數十年前，低成本激光打印機剛剛問世時，并沒有立刻促成無紙化辦公，反而是廉價而又可廣泛應用的打印技術使人們開始隨便打印，造成浪費。同樣，如果有一天3D打印機也實現了普遍存在，易于使用的軟件和唾手可得的機器有可能使人們忽視環保，使某些易受影響的人產生“非理性制作”，導致更多垃圾的產生。
所以，沒有一項技術天生是環保的，重要的是如何使用它。3D打印技術在給環境帶來希望的同時也帶來了風險。人們需要意識到3D打印技術不是天生的綠色環保技術，意識到自身的行為有可能產生下游成本。只有這樣，才能積極努力地打造并改善3D打印技術，開發更綠色環保的打印材料，給環境帶來更多益處。
面臨挑戰
排放物或有安全隱患
許多3D打印機通過一種被稱作“加熱熱塑性擠出與沉積”的過程來打印目標物體，但這個過程會排放直徑不超過100納米的超細粒子。
在工業環境下，這些粒子通常使用通風系統清除，但是目前在市場上作為單獨設備出售的3D打印機并不配備任何通風系統或過濾設備。人如果吸入這些粒子后，這些粒子可能就會沉積在肺部或直接被血液吸收，從而潛在地對健康構成危害，導致包括心肺死亡、中風和哮喘等疾病。
耗電、耗時和原料并不環保
盡管3D打印過程精度很高，但不是所有的3D打印制造過程都是無廢料、可循環的。任何產品的開采、制造和冷熱加工過程都會對環境產生影響。3D打印技術也不例外。
大體而言，與傳統的制造機器相比，在制造相同重量的零部件過程中，使用聚合物材料的3D打印機的耗電量至少是傳統制造機器耗電量的10倍。工業規模3D打印機使用激光器（或者高溫）凝固粉狀聚合物，與注塑機的注壓成型過程相比，多產生約65%的廢棄塑料材料。
一些3D打印機需要使用熱固性聚合物，這種材料不能回收，因為如果加熱就會改變它的材料屬性。3D打印機主要來自電力供應，一個大小約30厘米的形狀不規則立體圓盤模型需要一臺3D打印機工作28個小時；對比注塑機的工業級打印機，3D打印機使用熱或激光融化塑料消耗估計有50至100倍，在打印同樣重量成品時，3D打印機則比注塑耗費更多的電能。
除在整個制造過程中產生高能耗外，塑料的副作用還在于材料在打印過程中有時可重新使用，但大多因材料特性的損壞卻無法回收，不得不直接丟棄。
為改善這一缺陷，國外一些技術公司已開始研發節能環保的3D打印材料，以彌補原材料使用塑料時對環境的影響，即用鹽、水泥、木頭等替代原有的熱塑性塑料等。
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