在北京市計(jì)算中心的一間辦公室里,一臺(tái)灰色機(jī)器在黑暗中嗡嗡作響。這個(gè)差不多有辦公桌大小的家伙,看起來像個(gè)笨頭笨腦的舊式洗衣機(jī)。其中的工作臺(tái)和噴頭,就像我們看牙醫(yī)時(shí)張大嘴巴露出的牙齒,呆呆地沖向前方。
可是,當(dāng)這個(gè)笨拙的“大嘴巴”合攏起來,只要輕輕按下“打印”鍵,過上一兩個(gè)小時(shí),它就會(huì)像機(jī)器貓的神奇口袋那樣,吐出各式各樣的稀奇玩意兒:同等比例的人體牙床,有12個(gè)齒輪的多邊儀器,柔軟的運(yùn)動(dòng)鞋底,堅(jiān)硬的頭像雕像……如果你愿意,它甚至可以吐出一座原模原樣的迷你版“大覺寺”!
這是一臺(tái)來自以色列的3D打印機(jī)。目前,這一技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了打印出一部分建筑外墻、味道堪比鮮肉的人造豬肉,甚至是人體毛細(xì)血管。這項(xiàng)只有25年歷史的技術(shù)也被英國的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》周刊評(píng)價(jià)為,將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起,推動(dòng)第三次工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)”。
“3D打印機(jī)將來不是要取代某一個(gè)制造業(yè),而是要取代幾乎所有的制造業(yè)!弊鳛槭澜缡讉(gè)公布3D打印機(jī)開源數(shù)據(jù)信息的科學(xué)家,英國工程學(xué)家阿德里安·鮑耶對(duì)中國青年報(bào)記者表示,“未來你想要什么,只需下載圖紙,按一下‘打印’鍵,就可以去喝咖啡聽音樂了,剩下的所有事,請(qǐng)統(tǒng)統(tǒng)交給打印機(jī)!
要是所有模型都能用打印機(jī)打出來,那可就好了
雖然所學(xué)的專業(yè)是機(jī)械設(shè)計(jì),工程師向磊卻能像個(gè)魔術(shù)師一樣,變出莊嚴(yán)肅穆的大雄寶殿、惟妙惟肖的無量壽佛……他只需要走到這臺(tái)價(jià)值100多萬元人民幣的3D打印機(jī)前,輕輕按下“開始”鍵。
不過在此之前,他還要繪出可供3D打印機(jī)識(shí)別的“圖紙”。這種存儲(chǔ)在電腦里的模型圖,展示了被打印物體的精確數(shù)據(jù)。如果想要做出一個(gè)實(shí)際中存在的物體,只需要通過一個(gè)長(zhǎng)得像電吹風(fēng)機(jī)的掃描設(shè)備,就可以將其轉(zhuǎn)換成電腦屏幕上的模型圖。
接下來,再將“圖紙”發(fā)送到3D打印機(jī)上,就可以等待立體打印品的出爐了。這一過程依托的是美國發(fā)明家恰克·赫爾創(chuàng)立的“光固化快速成型術(shù)”。1986年,他提出可以通過逐層疊加薄層,利用紫外線固化后形成固體模型。
當(dāng)時(shí)恰克只有47歲。這位費(fèi)時(shí)費(fèi)力做模型的發(fā)明家,冒出這樣一個(gè)主意——要是所有模型都能用打印機(jī)打出來,那可就好了!
如今,這已經(jīng)不是遙不可及的事。一旦接到指令,大嘴巴模樣的打印機(jī)就會(huì)立刻亮起光來,隔著透明罩的內(nèi)部工作臺(tái)上的UV燈放射出紫外線。與此同時(shí),8個(gè)比繡花針針頭還小的打印噴頭來回移動(dòng),每個(gè)噴頭上面有60個(gè)小孔,像打水槍一樣向工作臺(tái)上噴射著一層又一層的液態(tài)打印材料,先進(jìn)的機(jī)器可以達(dá)到每層最薄的只有0.025毫米。
這些打印材料裝在汽油桶大小的容器里,它們決定了成品的質(zhì)地。目前的3D打印技術(shù)大多使用的是樹脂、尼龍、塑料或者石膏材料。但實(shí)驗(yàn)室也傳出越來越多的成功案例,包括支持鈦、不銹鋼或沙土材料的打印技術(shù)。這么一來,打印飛機(jī)、汽車甚至是可以居住的房間,都不再遙遠(yuǎn)。
由于對(duì)光敏感,在紫外線燈照射下,剛剛噴上的液態(tài)樹脂會(huì)迅速固化,就這樣一層層累積變成固體。在原本已經(jīng)空著的部分,噴頭會(huì)噴上可溶于水的支撐材料。
就這樣來來回回一層層地累積,不斷下沉的工作臺(tái)上面會(huì)積出一個(gè)樹脂模型。這時(shí)候工程師回到這間小屋,從“大嘴巴”里取出這個(gè)模型,到隔壁的陽臺(tái)上用高壓水槍沖洗掉附著在模型上面的支撐材料,就這樣,不管圖紙上的模型有多復(fù)雜,3D打印機(jī)都能忠誠地打印出來。根據(jù)模型大小不同,整個(gè)過程大約會(huì)花掉兩到數(shù)十個(gè)小時(shí)。
未來3D打印技術(shù)就像傻瓜相機(jī)一樣,人人都會(huì)操作
為了讓更多人明白3D打印技術(shù)的原理,身為專利擁有者的赫爾還特意拍了一部短片。短片里的他還是黑白參差的頭發(fā),坐在貼滿計(jì)劃書的書桌前,背后還有一個(gè)聽筒粗大的老式電話,嚴(yán)肅地說:“我們正在研發(fā)一種技術(shù),能夠把你在電腦屏幕上看到的圖像迅速轉(zhuǎn)化成實(shí)體。”
跟北京市計(jì)算中心略顯笨重的3D打印機(jī)不同,赫爾的打印機(jī)如同一個(gè)咖啡機(jī),白色的激光針頭像一支削尖了筆頭的鉛筆,對(duì)著裝滿藍(lán)色液體的杯子來回移動(dòng),發(fā)出滋滋的聲音,過不了一會(huì)兒,如同魔術(shù)一般,一個(gè)成型的立體小杯子從藍(lán)色液體里面浮出水面。
“等會(huì)兒,這短片拍攝于……25年前?!”在這則視頻短片底下寫著這樣一條留言。“原來3D打印在25年前就實(shí)現(xiàn)了?”
事實(shí)上,實(shí)現(xiàn)3D打印實(shí)體的技術(shù)還有許多。除了赫爾提出主流技術(shù)光固化快速成型術(shù),還有熔融積沉成型術(shù)、選擇性激光燒結(jié)術(shù)等。只不過長(zhǎng)久以來,由于成本高達(dá)數(shù)萬甚至數(shù)十萬美元,這項(xiàng)技術(shù)只是小范圍地運(yùn)用在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)上。
2004年,還在英國巴斯大學(xué)教書的阿德里安看到了這項(xiàng)研究。這位熱心人士趁著課余時(shí)間寫了篇文章,發(fā)表在巴斯大學(xué)的網(wǎng)站上,希望有人能夠普及推廣這項(xiàng)技術(shù)。
“我本來只是想告訴大家,這里有個(gè)好主意,結(jié)果我在學(xué)校路上遇到的每個(gè)人都對(duì)我說,為什么你不做呢?”阿德里安一邊沖著咖啡,一邊笑瞇瞇地告訴中國青年報(bào)記者, “后來我想了想,那我就來試試吧!”
在他的領(lǐng)導(dǎo)下,一項(xiàng)叫做Reprap的3D打印項(xiàng)目在2006年誕生。這個(gè)項(xiàng)目的含義就是“實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制打印”,設(shè)計(jì)者希望通過“自我復(fù)制打印”,讓世界上更多的人擁有3D打印的能力,“只要一個(gè)人買了一臺(tái)Reprap機(jī)器,它可以自我復(fù)制第二臺(tái)、第三臺(tái)甚至更多,送給這個(gè)人的朋友,最后大家都可以用得上3D打印機(jī)”。
他用生物學(xué)家的名字稱呼自己的機(jī)器,第一代機(jī)器叫做“達(dá)爾文”,后來還有“孟德爾”和“赫胥黎”,“生物是一個(gè)自我復(fù)制繁殖的過程,我們也是”。
雖然阿德里安創(chuàng)辦了公司,但這個(gè)教書匠似乎并沒學(xué)會(huì)商人的精打細(xì)算。他花了好一會(huì)兒時(shí)間才聽明白關(guān)于銷售利潤的提問,然后遲疑地回答:“我們本來就沒有打算要賺錢!”
他說,應(yīng)該讓更多人接觸到3D打印這項(xiàng)技術(shù),參與到這場(chǎng)變革中。阿德里安開源了3D打印機(jī)的數(shù)據(jù),任何人都可以在他的網(wǎng)站上獲得相關(guān)信息。
現(xiàn)在,阿德里安的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相對(duì)低成本。相對(duì)于北京市計(jì)算中心購置的100多萬元人民幣大設(shè)備,他的設(shè)備只需要300美元(折合1892元人民幣)。盡管如此,他依然不滿意,因?yàn)槟壳敖M裝設(shè)備的技術(shù)只有專業(yè)人士才能做到,“以后的技術(shù)應(yīng)該像傻瓜相機(jī)一樣,人人都會(huì)”。
“好多人問我什么時(shí)候這些愿望能夠?qū)崿F(xiàn),我和這地球上其他的70億人一樣想知道答案!卑⒌吕锇舱f,“我已經(jīng)老了,我沒辦法也沒有精力繼續(xù)我的研究?晌野l(fā)自內(nèi)心地相信,這項(xiàng)充滿生命力的技術(shù),普及的那一天一定會(huì)到來!
偉大發(fā)明所能帶來的影響,在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代都是難以預(yù)測(cè)的,3D打印機(jī)也是如此
阿德里安夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)的這一天,也許比想象中更近,F(xiàn)在只要變換打印材料,就可以打印出不同材質(zhì)的東西,五花八門的成果層出不窮。
“如果你有設(shè)計(jì)圖,現(xiàn)在也有建筑打印機(jī)可以為你打印出一個(gè)小房間,只不過目前能實(shí)現(xiàn)的最大尺度只有5米左右,那房子估計(jì)有點(diǎn)窄。”阿德里安打趣地說。
頗為知名的3D建筑打印機(jī)是由意大利發(fā)明家恩里科·迪尼推出的,它有6米長(zhǎng)、6米高,比一般的3D打印機(jī)都要大。“除非打出小部件然后拼接,否則3D打印機(jī)總要比所打設(shè)備更大,這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。”迪尼說。
跟其他3D打印機(jī)基本原理一樣,它也是通過一層層累積打印材料,把電腦上的虛擬圖像變成固體實(shí)物。只不過建筑打印機(jī)打出的并不是只有0.025毫米的薄層液態(tài)材料,而是厚達(dá)50毫米的沙土,固定后可形成立體建筑。
迪尼打印建筑的過程并不需要混凝土,而是普通的沙土和特殊的無機(jī)粘結(jié)劑,通過噴頭逐層噴射混合,構(gòu)成堅(jiān)固的墻壁,建筑里的空間也噴滿了沙土,但沒有噴射粘結(jié)劑,所以當(dāng)混合過粘結(jié)劑的沙土構(gòu)成建筑形態(tài)后,這些沒有參與構(gòu)造的細(xì)沙會(huì)自動(dòng)脫落,可以留給下一次建筑循環(huán)利用。
迪尼已試驗(yàn)打出了一部分建筑外墻。他還研究著如何把打印材料變成月球塵埃,一旦成功,今后人們就可以在月球上快速建造基地。
不過,到目前為止,3D打印依然是一項(xiàng)成本高昂的燒錢投資。按照北京市計(jì)算中心的打印規(guī)格,每1克的成品大概報(bào)價(jià)100元人民幣左右。懷抱著“打印房子”夢(mèng)想的迪尼,早已經(jīng)被滾雪球似的債務(wù)問題纏身。
“偉大發(fā)明所能帶來的影響,在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代都是難以預(yù)測(cè)的,1750年的蒸汽機(jī)如此,1450年的印刷術(shù)如此,1950年的晶體管也是如此!薄督(jīng)濟(jì)學(xué)人》評(píng)價(jià)道,“我們?nèi)匀粺o法預(yù)測(cè),3D打印機(jī)將在漫長(zhǎng)的時(shí)光里如何改變這個(gè)世界!
阿德里安喜歡跟人這樣舉例:30年前,我想舉辦一個(gè)派對(duì),需要印很多請(qǐng)柬,我只能去工廠,當(dāng)時(shí)打印機(jī)很有限,但是現(xiàn)在幾乎人人家里都有打印機(jī),自己在家就能做請(qǐng)柬。當(dāng)3D打印機(jī)可以進(jìn)入普通人生活的時(shí)候,許多愿望就可以自己實(shí)現(xiàn)。
“在不久的未來,也許我們可以擁有一個(gè)沒有工廠、沒有商店的世界,大家都是設(shè)計(jì)師,人人都是制造商,只要身邊擺一臺(tái)3D打印機(jī),你就可以得到你想要的東西!卑⒌吕锇舱f。