3D打印技術(shù)怎么樣才能取得進一步突破？

在過去的十年中，人們對3D打印的狂熱增加了不少——但是，這種狂熱的程度卻超出了這個技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展程度。就是說，3D技術(shù)應(yīng)有的發(fā)展程度跟不上期望值。那要如何取得突破呢?日前，科技媒體TechCrunch刊文，對此作出了分析。

作為一個3D打印技術(shù)的研究員，我曾嘗試過使用各種主流技術(shù)以及實驗性的方法來建造3d打印機。我從中所獲知的是，大部分這些技術(shù)通常都是由一些常見的材料、軟件工程問題和機械系統(tǒng)所構(gòu)成——幾十年來工程師都這么做。

那么問題來了：為什么3D打印尚未能成為更可取的生產(chǎn)制造方式?為什么這項技術(shù)的失敗率還是如此的高，而且再生性也如此的困難?很明顯，這不是因為材料特殊或控制太先進復(fù)雜而造成的困境。而真正制約3D打印技術(shù)創(chuàng)新的是我們看待這些技術(shù)的方式：只把它看作單一的部件制造，而缺乏系統(tǒng)性。

能否包括各種生產(chǎn)要素?

我們不妨轉(zhuǎn)換一下看待3D打印的視覺，將其看成是一個由各個部分組成的體系。這樣，我們對其功能的認識就會發(fā)生變化。通常來說，我們會將一個生產(chǎn)體系劃分為以下幾個要素：

設(shè)計：指的是用戶在使用其功能設(shè)計后將能實現(xiàn)些什么。

硬件：真正能實現(xiàn)物理作品的部分。

材料：包括樹脂、金屬、陶瓷、塑料或天然材料等，通過3D打印技術(shù)，這些材料最終將變成實在的功能產(chǎn)品。

軟件：負責(zé)將設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成制造數(shù)據(jù)，包括安裝在機器上的軟件和向機器傳送數(shù)據(jù)的軟件。

通常來說，這個體系中最容易被忽略的是要素是每個領(lǐng)域直接碎片式的連接路徑——為制造某個部件而制造，缺乏整體效率。陳舊的思維方式制約了我們真正實現(xiàn)3D打印潛力的進程。如果我們能夠擯棄傳統(tǒng)的思維方式，或許就可以真正將3D打印技術(shù)用到實處。

我們?nèi)缃竦拇蛴≡O(shè)計還是圍繞著老舊的技術(shù)。到了今天，所有被打印出來的事物都只是為了貢獻另一種物體的制造過程而設(shè)計，比如為了制模。3D技術(shù)目前能實現(xiàn)的只是幫忙人們越過制模這個階段，直接進入制造環(huán)節(jié)。但其實關(guān)于發(fā)展新的設(shè)計工具來改善工程制造，前人已做了很多努力和嘗試，而始于立體制造的發(fā)展使得3D打印技術(shù)直到如今依舊像是老式生產(chǎn)的替補。

我們還是在建造快速成型機。目前的機器都是多面能手，但并不專長。作為快速成型機，他們只是用于完成各類制造工程中等級最低的共通部分。這導(dǎo)致的結(jié)果是，這些機器可以做很多事，但做得好的卻極少。我們必須重新考慮設(shè)計這些打印機的目的，明確這些技術(shù)所能解決的生產(chǎn)生活問題。我們需要的是圍繞需要解決的現(xiàn)實問題來建造一臺3D打印機，而不是憑空制造了一臺機器然后尋找一個適合的問題交予之解決。

硬件問題歸根結(jié)底還是軟件問題。除了關(guān)注現(xiàn)實生活中的生產(chǎn)應(yīng)用，我們需要讓這些機器能夠利用軟件。也就是說，我們需要“智能”的3D打印機，它擁有大量的監(jiān)測傳感器和互聯(lián)網(wǎng)接入，以便監(jiān)控和實時分析。比如Autodesk開源3D打印機Ember，其配置的傳感器能夠幫助機器在運轉(zhuǎn)時自如地從故障中恢復(fù)，提高打印的可靠性，并能夠?qū)崟r回送工程進展報告。

材料：復(fù)合材料和細觀結(jié)構(gòu)

也許3D打印最偉大的能力之一是低成本實現(xiàn)多種材料的復(fù)合。被某些屬性綁定的物質(zhì)，我們稱之為“材料”，比如木梁和紙張，根本上它們同屬木質(zhì)纖維。真正讓它們形成區(qū)別的是這些纖維的組織結(jié)構(gòu)模式。

3D打印的共同目標(biāo)是實現(xiàn)從一臺機器中打印出各種復(fù)合材料，一次性為項目實現(xiàn)多重制造屬性。然而，細觀結(jié)構(gòu)材料技術(shù)允許我們獲得更多單一材料之外的利用價值。相比較于對不同的性能便要依賴不一樣的材料，設(shè)計師可以利用細觀結(jié)構(gòu)材料技術(shù)來創(chuàng)造一種擁有各種所需的性能特點的物體，這只需要一臺機器及一種成份(改變基礎(chǔ)成本的組織結(jié)構(gòu))。

這樣一來，在材料合成上，3D打印將獲得更高的靈活性和有效性。這是未來3D打印發(fā)展的新領(lǐng)域。

復(fù)合材料只是某些已知材料的特定范式

利用細觀結(jié)構(gòu)材料技術(shù)能夠借助常見的物質(zhì)制造出前所未有的材料

總的來說，3D打印已然走過了二十幾個年頭，回顧起來我們依舊取得不少進步，但我們還可以通過解放思維實現(xiàn)創(chuàng)新，推動3D打印實現(xiàn)質(zhì)的發(fā)展。我們不能滿足于利用一臺機器制造出一種復(fù)合材料就說是極大的利用，這種想法制約下3D打印永遠不會取得大的突破。此外，除了材料構(gòu)造的創(chuàng)新，互聯(lián)網(wǎng)連接及智能化也是大勢所趨。目前，制約行業(yè)發(fā)展的不是核心技術(shù)，而是人們所持有的大局觀。

編輯：jq