3D打印技術是一種可快速成型技術，已經有約40年的歷史。隨著技術的進步與制造成本的下降，3D打印逐漸用于一些產品的直接制造，包括“打印”義肢、牙齒及一些飛機零部件等高價值應用，也用于“打印”服裝、玩具和食品等日常生活用品。近期，位于意大利馬薩倫巴達的3D打印生態(tài)住宅TECLA屋建成，引發(fā)關注。這座雙圓球造型的房屋使用多級模塊化3D打印機構建，整個建造過程僅用了200小時。
花8天3D打印出一座生態(tài)住宅
位于意大利馬薩倫巴達的TECLA屋可能是目前最有趣的3D打印生態(tài)住宅。它號稱是全球首個由黏土材料通過3D打印制作而成的生態(tài)住宅。
和當前許多3D打印建筑不同的是，TECLA屋使用的原材料不是混凝土，而是來自附近河床的黏土，可生物降解、可回收、低碳。
這座建筑使用多級模塊化3D打印機構建，該打印機使用兩個同步臂，每個臂有50平方米的打印區(qū)域，可以同時打印模塊。整個建造過程僅用了200小時，消耗的能源很少，產生的建筑廢棄物也很少。
TECLA屋高4.2米，室內面積約60平方米，分為客廳、廚房和臥室。這棟建筑最有趣的地方在于兩個相連的圓球形墻體，外墻由350層3D打印黏土堆疊而成。這些黏土呈波浪狀排列，不僅保證墻體結構穩(wěn)定，還具有隔熱的作用。部分家具同樣使用當地的黏土通過3D打印而成，且設計為可重復使用及回收的產品，實現循環(huán)價值。
走進室內，可以看到原生態(tài)的墻面和柳葉狀墻拱。整座房子都沒有窗，靠柳葉狀墻拱連接不同功能區(qū)域。屋頂安裝了大型圓形天窗，白天，光線透過天窗進入室內，夜晚，安裝在天窗周圍的燈具亮起，營造溫馨的氛圍感。
由意大利馬里奧·庫奇內拉建筑事務所和3D打印專家WASP聯手打造的TECLA屋就地取材，材料容易獲取、無需運輸，幾乎不產生廢棄物，充分體現設計師將天然本土材料的使用經驗及先進3D打印技術應用結合起來的功力，極具創(chuàng)造力。
改變3D打印的玩具青蛙
讓我們先來回顧3D打印這一創(chuàng)意的起源。
3D打印又稱增材制造技術。1981年，日本科學家兒玉秀雄率先提出了逐層打印的概念。他發(fā)明了一種利用紫外線凝固光敏液體樹脂的快速成型設備。這讓人們看到了3D制造技術的潛力。
這項發(fā)明催生了更多制造技術，3D打印由此誕生，帶來了快速制作原型產品和模型的方法。目前最常用的3D打印技術之一為光固化成型（SLA），這一技術就非常類似兒玉秀雄當年的發(fā)明。
除了SLA，另一種常見的3D打印技術是熔融沉積成型（FDM）。這種方法通過讓熱塑性聚合物融化后經噴頭擠出形成細絲，逐層打印成最終的形狀。
有趣的是，在醫(yī)療、工程、太空等領域大展身手的FDM，靈感竟然源自于一只玩具青蛙。1988年，美國男子斯科特·克倫普決定給女兒設計一只玩具青蛙，他將聚乙烯和燭蠟的混合物裝進噴膠槍，先讓這些材料融化，然后按照一層一層堆疊的方式，制造出一只玩具青蛙。
玩具青蛙做好了，3D打印的里程碑技術也面世了。1989年，克倫普獲得了FDM技術專利并創(chuàng)立了Stratasys公司。1992年，該公司賣出了第一臺3D打印機。如今，該公司已成為全球領先的3D打印巨頭。
3D打印在太空
3D打印的一大特點是用有限的幾種核心材料就能制造各式各樣的產品。這或許對未來的太空旅行大有用處。
當我們身處地球時，制造大多數產品所需的儀器和材料都唾手可得，假如身處距離地球數百萬千米的太空該怎么辦？
身處國際空間站的宇航員探索太空時需要維持生存所需的食物和水，需要及時拿到合適的工具去維修航天器故障。問題在于，國際空間站內缺少某種工具或部件時，宇航員得等上數周甚至數月，直至貨運飛船把貨送到天上來。為了解決這一難題，2014年，美國太空探索技術公司（SpaceX）將第一臺針對零重力環(huán)境設計的3D打印機送上國際空間站，宇航員在太空3D打印出來的第一樣物品就是扳手。今年6月，用于打印熱塑性聚合物部件的俄制新型3D打印機也將被送到國際空間站。未來，借助這一技術，宇航員將能夠在國際空間站自行打印所需部件，而不是等待地球發(fā)貨。
不過，只用3D打印來制作工具或零件，還是太大材小用了。
未來，人類要進行深空探索，前往火星甚至登陸小行星，也不能單純依靠地球的補給。2018年，美國航天局（NASA）舉辦3D打印棲息地挑戰(zhàn)賽，旨在為登陸火星的宇航員們設計3D打印的房屋。目前，利用3D打印技術在火星打印房屋還停留在“紙上談兵”階段，但NASA已成功在休斯敦約翰遜航天中心內3D打印了一個模擬火星環(huán)境的住處。這個名為“火星沙丘阿爾法”的住處面積約158平方米，有臥室、廚房、浴室以及健身房。
3D打印機如何工作
3D打印工作原理與傳統(tǒng)打印原理類似，主要區(qū)別在于3D打印機使用的“墨水”是實實在在的原材料。3D打印機不用紙或墨，而是通過計算機輔助設計、激光掃描、材料熔融等技術，使特定金屬粉或可塑性高的材料熔化，并按電子模型圖的指示一層層疊加“鑄造”起來，最終把電子模型圖變成實物。
3D打印的優(yōu)點在于，通過控制熱塑材料的溫度，可以隨心所欲地塑型。
制圖
通過計算機軟件制作設計圖紙。
勾勒輪廓
啟動打印頭，根據設計圖紙畫出輪廓，之后再逐層填充材料。
制造物體
融化的材料接觸操作臺后會立即冷卻變硬。每一層彼此熔合便形成了最終的立體造型。
3D打印的基本原理與一般打印機一樣，有打印機體、噴嘴、原料。
●原料卷筒
打印用的原材料細絲通常纏繞成卷，由旋轉的卷筒送入打印機。塑料的成本低、強度高、可選顏色多，因此是最常用的原材料。
●細絲導管
在電腦程序的引導下，原材料經導管被抽出，融化后堆積在操作臺上。
●打印頭
自動化打印頭嚴格按照設計圖紙運動，把原材料填入設計好的區(qū)域。
●噴嘴
打印頭的噴嘴口徑很小，能噴出很細的絲，從而完美刻畫精密的細節(jié)。
●操作臺
每填充一層材料，操作臺就會降低一點。這樣可以保證打印頭始終在同一水平面移動。
萬物皆可打?。?/strong>
解鎖更多用途！
雖然不是萬物都可通過3D打印來制作，但這項技術的應用領域正在不斷擴大。家居裝飾、玩偶工藝品、建筑模型……越來越多生活中常見的東西可以被3D打印出來。
觸摸藝術
2015年，英國一家公司打造“看不見的藝術”項目，將世界名畫用3D打印技術還原，意在讓視覺障礙者通過觸覺感受藝術欣賞經典。該項目的第一個作品是復刻版3D《蒙娜麗莎（002918）》。
交通工具
在汽車業(yè)界，已經有企業(yè)成功地將3D打印技術和無人駕駛技術結合起來。2020年2月，新西蘭本土制造的電動智能穿梭巴士亮相克賴斯特徹奇市。這輛無人駕駛巴士可以載客15人，車身部分采用3D技術打印，小巧精致，可以進行遠程操控。
去年11月，俄羅斯技術集團宣布，已開始用連續(xù)纖維3D打印技術，批量制造MS-21客機的PD-14發(fā)動機零件。聲明指出，得益于工業(yè)3D打印技術，某些單個配套部件的生產時間有望從6個月縮短至3周。
住宅橋梁
3D打印的成品可以非常大，它可以是一座人行橋，也可以是一座房子。
在這方面，“郁金香之國”荷蘭可謂是走在前列：5年前，荷蘭東南部城鎮(zhèn)海默特就開通了可供自行車通行的3D打印混凝土橋梁；去年7月，荷蘭首都阿姆斯特丹一座3D打印的12米長鋼制橋梁竣工并于次月向公眾開放；去年5月，荷蘭南部城市艾恩德霍芬的3D打印住宅迎來了首批住戶，這棟兩室一廳的房子共94平方米，由24個3D打印的構件拼裝而成……
生物打印器官
如果以人類組織細胞為材料，3D打印技術也可以用來制作某些身體部位或者器官，目前研究人員已制作出了可用于人造功能性器官或器官移植的3D打印脈管、自膨型3D打印血管支架、微型腎臟、心臟、耳朵等。
3D打印人造器官也已經開始造福人類。
去年11月，英國一名47歲男子在倫敦一家醫(yī)院安裝了一枚3D打印的假眼，據稱是世界首例。這枚3D打印假眼安裝在患者的左眼，仿真度極高，制作周期也比傳統(tǒng)方法短。研究人員先對患者眼窩進行數碼掃描，半個小時后就能生成假眼數碼影像，僅3周就能完成制作。為了確保兩只眼睛看起來一樣，研究人員還掃描了患者的右眼。
未來食物
可食用3D打印技術為食物注入創(chuàng)造力。2016年在英國倫敦開張的“食品墨水”餐廳號稱全球首個3D打印餐館。在這間餐廳里，不僅所有食物都是3D打印而成，連顧客坐的餐椅也出自這種技術。
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