3D打印个性化造物时代——探索颠覆性技术带来的机遇

手机为何是平的？汽车为何是方的？房子的墙壁又为何总是直板板的？

显然，上述设计都有不尽人意之处。在画纸上，我们力求设计出弧线形手机，握在手中仿佛是掌心的延伸。

我们也努力探索流线型汽车，希望驰骋时减少空气阻力。我们甚至可以想见，未来的房屋不再四四方方，而能融入更多曲线以及采光通风的设计。

局限着我们的，并非人类的想象力，而是制造和建筑技术。

手机是平的，因为机器目前只能打印平面的电路板。汽车是方的，因为制造流线型车体比较昂贵。

同样的，你能天马行空地设计房屋，但关键在于，手中材料如水泥木板，是否允许你打造出理想的弧线？

如果科技能助你突破上述局限，想到什么就创造什么，你会否觉得如获神助，宛若一位鬼斧神工的造物主？

欢迎来到个性化的造物时代。

这并非科幻小说情节，近年兴起的3D打印术，旨在突破传统制造和建筑方式的局限，缩短理想和现实的距离。

本期《大特写》，记者带你走近3D打印，了解这类颠覆性技术能为企业创造的机遇和奇遇。

北京的琉璃厂街住着许多刻章师傅，游客到此一游，常会订做印章作为纪念品。

刻章师傅一般上先在玉石底部绘制设计图，接着拿出雕刻刀，将四四方方的玉石左削右割，现场雕刻出精美印章。

这种制造技术采用的是“减法”。换句话说，玉石的大小和形状已固定，要改变它，只能从中削减和割除材料。

3D打印，也称三维打印，或增材制造（additive manufacturing），则反其道而行，采用“加法”。

形象地说，它如同自然界一颗种子的成长，先长出树根，再生出树茎，最后才冒出绿叶，层层递进，没有丝毫浪费。

3D打印运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体，在工业设计、建筑工程、航空航天、牙科和医药界都有广泛用途。

今年5月，位于南洋理工大学的新加坡3D打印研究中心（Singapore Centre for 3D Printing，简称SC3DP）正式推介，将领导我国在3D打印科技上的发展。

贸工部长易华仁在推介仪式上致辞时表示，3D打印业的全球营收，到了2020年预料将超过210亿元。他鼓励中小企业到SC3DP寻求研究合作，取得在3D打印技术方面的支援。

拥有15年历史的美甲院Exquisite Nails，就是搭上这趟顺风车的其中一家中小企业。

夫妻档朱江宏（39岁）和曾婷婷（39岁）去年中起与SC3DP合作，探索如何以3D打印科技制造美甲艺术品。

在研究人员帮助下，他们如今能在一两小时内，打印出立体蝶翼的五彩蝴蝶，可直接镶嵌在顾客的指甲上。

这个只有拇指般大小的塑料艺术品，看似貌不惊人，却蕴含中小企业对3D打印的期待。

朱江宏说：“很多人质疑，这样的产品是否存在需求。但对我们而言，首先要做的是挑战界限、跳脱框框，之后再考虑怎样的产品适合市场。”

“要先走在别人之前，才能有退一步思考的空间。”

工程师出身的朱江宏，与具有艺术细胞的曾婷婷，婚后携手创业，多年来以各自的专长相辅相成。

朱江宏巧妙地提出，3D打印技术很大程度上也是工程学与设计学的结合，“要由画家先打破框框，再由工程师来实践”。

最初与SC3DP合作，夫妻俩原本只想打印出完整的立体花朵，以节省美甲师的时间，无须每次一个花瓣一个花瓣地粘。

但他们意外发现，这样的设计要求对3D打印术而言易如反掌。他们惊喜之余，决心继续迈进，以更复杂的设计挑战科技极限。

目前，夫妻俩正与研究人员探索不同类型的3D打印机，以找出最符合商业效应的打印方式，预计今年12月完成这阶段的工作。

新加坡3D打印研究中心执行主任蔡志楷博士受访时说，企业对3D打印科技兴趣浓厚，SC3DP几乎每天都迎来一家有意合作的企业。

SC3DP目前已与约10家中小企业展开合作，蔡志楷博士表示，3D打印有助解决企业的人力问题。

以Exquisite Nails为例，朱江宏坦言，手艺好的美甲师难请，而且薪水不低，介于三四千元之间。他望了一眼妻子，开玩笑说：“我甚至得把一位（美甲师）娶进门。”

朱江宏也表示，当初决定涉足3D打印，是因为观察到我国美甲业以服务为主，几乎没有本土品牌的美甲产品。

夫妻俩认为，用3D打印机生产美甲艺术品，不仅产品质量统一、方便为顾客定制不同设计，也有助美甲院实现转型，不再只是纯粹的服务业，进而提升我国美甲业的整体水平。

谈到这里，蔡志楷博士突然灵机一动地对夫妻俩说：“你们还可以考虑设立网上产品目录，让人们无论身在何地，都能通过网站订购你们的美甲艺术品。”

3D打印，无疑是一项颠覆性（disruptive）科技。蔡志楷博士说：“颠覆性，意味着这类科技不仅是服务你现有的需求，而是为你开拓新领域，为生意开拓新客源，为企业创造新的成长机会。”

“下一个科学怪人，可能出自3D打印。”

说这话的蔡志楷博士，90年代在德国读博时，对3D打印产生兴趣，是我国最早钻研该技术的科学家之一。

他预测，3D打印在未来五到10年内，将成为主流的生产模式。

“3D打印开创了新机会。以前不可能的，现在成了可能。我相信我们看到的只是冰山一角，3D打印还能制造出许多我们意想不到的东西。”

他笑说，人们试图打印各种怪东西，几个月前，就有人尝试打印犀牛角，因为一个犀牛角在黑市的售价可高达30万美元。

“随着越来越多公司认识3D打印的潜力并投入研发，创新的步伐相信会大幅加速。”

但蔡志楷博士指出，3D打印的强项不在于大量生产，因为它的速度仍不及传统制造技术。

以塑料为例，传统的注射制模（injection moulding）方式，能在短短几秒就制造成千上万个塑料产品。

他说：“3D打印较适用于制造产量有限，但须量身定做的产品，如膝盖植入体、助听器等医疗科技产品。”

“3D打印也适用于航空航天业，因为你不需要制造上万架飞机，或许你只需要二三十架，但你希望它们都能有不同的设计。”

创立于2007年的T32牙科中心，三年前成为东南亚首家引进3D打印科技的植牙中心。

当时，它斥资约40万元购买3D断层扫描仪、3D打印机、3D植牙计划软件、CAD/CAM电脑影像摄制科技等，并在总部内设立齐全的牙科技工室。

创办人黄敬文医生表示，他们主要将3D打印科技运用于植牙手术上。医生可在手术前扫描患者的口腔图像，并通过3D植牙计划软件，准确掌握病患下巴、颚骨以及牙齿的构造。

他解释说：“植牙时，必须将类似螺丝锥的种植体压入骨骼。以往，我们手术前无法准确知道患者骨骼的宽度和深度，以及周遭是否有神经线。因此，手术的成功取决于医生的经验和运气。”

但有了3D打印科技后，医生可先通过3D植牙计划软件，决定植牙的位置、深度及方向，打印出植牙所需的手术模板。

黄敬文医生说：“以前没有手术模板的辅助，医生可能因无法完全掌握口腔构造，在植牙时不小心压到周边牙齿或神经线。3D打印有助提升手术安全性。”

不仅如此，手术时间也显著缩短了。一个45分钟的手术，在使用手术模板后，如今能缩短至15分钟到20分钟。

3D扫描和打印技术也有助储存病患资料。例如，接受牙齿矫正治疗的病患，每阶段都须制作牙齿模型，但若将石灰模型储存在诊所里，长年累月会因潮湿而发霉，也很占位子。

黄敬文医生说：“有了3D打印术，我们可将模型扫描存档。一旦有需要，再从电脑搜索出病患记录，并打印出来。”

电影《星际效应》（Interstellar）中曾想见，倘若地球有朝一日不再宜居，人类或许需要派遣小型冲锋队，到外太空寻找“地球2.0”。

但你可曾想过，找到地球2.0之后呢？先锋队该怎么在人手缺乏情况下，在陌生星球上搭建房屋？3D打印，或许能为我们提供这方面的答案。

由南洋理工大学机械与宇航工程学院副教授陈明任博士领导的一组研究团队，自去年起探索如何以3D打印科技制造混凝土结构。

陈明任博士说：“建筑业一直采用传统的钢骨水泥。3D打印提供机会，让我们改良建筑方式，甚至重新思考传统的房屋设计。”

他举例，建筑工人一般会将房屋的墙壁，整面以混凝土填满，但实际上，墙壁只有某一些承重部分（load bearing part）需以混凝土支撑。

可见，房屋设计受限于传统建筑方式，若能改用3D打印，就能探索另类设计。

此外，3D打印也有助降低建筑成本。陈明任博士解释，一般上，必须先制作混凝土模板（formwork）才能注入混凝土，但模板费用可高达总建筑费的一半，工程结束后也会全部丢掉。

陈明任博士也认为，我国公共房屋未来有可能利用3D打印技术，制作工厂预制（pre-fabricated）厕所单位。

3D打印在建筑业的其他用途还包括：

• 
  高空维修工作：如同鸟儿筑巢一般，人类未来或可使用无人驾驶机，将3D打印混凝土机器人载送到高楼，完成危险的维修工作。


• 
  修复古迹工作：如果有一座古教堂的穹顶雕刻损毁，建筑师可根据原本的设计，快速并准确地打印出一模一样的穹顶雕刻。


• 
  救灾或外太空建筑工作：借助3D打印，人类能在无需搬运砖块沙石等重物的情况下，快速“印制”临时房屋。

蔡志楷博士说：“我必须承认，3D打印科技目前仍十分昂贵，但价格会随着打印机的专利到期，而逐步下降。”

例如，市面上目前最普遍的熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling，简称FDM）3D打印机，专利从2009年起到期。

蔡志楷博士忆述，20年前，一台FDM打印机要价高达50万元，如今500块钱就能买到。

他说：“随着专利到期，更多公司会投入这类打印机的生产，供应增加，价格自然会下滑，这只是时间的问题。”