详情
本书介绍了如今3D打印技术的实际应用和潜力，同时试图预测3D打印技术对于未来世界的影响。本书包括了关于数字工业发展、3D打印和材料技术、生物印刷技术等等的发展。详细介绍了当前3D打印技术现状，从产业视角概览了3D打印机厂商、软件提供者和政府服务。此外，本书还给出了一个较为完整的3D打印术语表，方便读者快速学习参考。
韩颖 赵俐 译
北京
3D打印是一种快速成型技术，它以3D数字模型为原型，通过逐层堆叠累积的方式将3D模型构建成为真实的物体。3D打印机的出现，为各行各业都带来了新的发展机遇，甚至给人类的生产和生活方式带来一场彻底的革命。
本书不仅能够帮助你认识和理解3D打印，而且可以让你深入了解3D打印的可行性和潜力，从而预见其对未来世界的巨大影响。全书共分为 8章。首先，作者大胆预言了3D打印将带来下一次革命；然后，循序渐进地介绍了3D打印技术、对工业和数字化制造业的影响、个人制造的发展、3D打印的可持续性以及生物打印的发展；最后，本书展望了3D打印的美好未来。
本书适合对3D打印技术感兴趣的读者阅读。无论你是企业家、设计师、投资者、技术爱好者、学生、DIY人士，或者仅仅只是对新事物好奇，都可以在本书中找到你感兴趣的内容。
克里斯多夫·巴内特（Christopher Barnatt）是诺丁汉大学商学院计算与未来研究学科的副教授，也是一位未来学家和摄像师。他在未来研究和计算领域写了8本书和大量文章，并经常在媒体上露面，他还运营着两家网站：ExplainingTheFuture.com和ExplainingComputers.com及与其相关的YouTube频道。您可以在微博twitter.com/ChrisBarnatt上关注他。
纵观历史，许多新技术都曾改变了我们的生活。尤其是蒸汽机、装配线和个人计算机都有着自己的产业转型时期。如今，互联网革命刚刚完成，网络世界的发展正呈现出温柔“进化”的趋势，而一场新的革命正在伺机而动。
这次即将发生的技术转型叫作“叠加式制造技术”或“3D打印”，指的是通过建立许多极薄的层将数字化电脑模型变成固态物体的一系列技术。近30年来，某些行业已使用3D打印机制造概念模型、快速原型或母模。现在，此项技术的应用逐渐变得广泛，越来越多的先行者使用3D打印机制造成品或零件。
最近10年来，按需打印新商品的需求激增，它们可在工厂、零售商店打印完成，甚至可以使用家用个人3D打印机制造完成。一些物体还可以数字格式存储，然后像下载音乐、视频和应用程序一样在互联网中进行检索。虽然相关技术还处于起步阶段，但3D打印的发展确实相当迅速。有人会说3D打印被吹嘘过头了，并且在工业实践和个人生活中发挥的作用不大。可是以前也有人说过互联网只会是昙花一现，网络购物不会对传统零售行业造成影响，并且没人会随身携带电话。
1939年，美国第一台用于出售的电视机在纽约世界博览会上展出。这些早期电视机都是5英寸黑白屏幕，看起来还有些失真，但售价却在200美元到 600 美元之间（相当于一辆汽车的售价）。随后，与会的大多数人都认为电视机永远无法成为一种时尚，谁愿意长时间盯着一块又小又闪烁的图像？
那些批判电视机的人所犯的错误在于，他们只依据新事物的早期表现就否定一项革命性技术。75年后的今天，声称3D打印只是炒作的人似乎也在犯同样的错误。第2章将会讲到，目前已有超过12种3D打印技术，并且大多数都成功应用于商业中。即便如此，我们也不能对3D打印发展的潜力妄下结论。这项神奇技术的坚实基础已经打下，目前的3D打印机已经允许先行者和组织使用新方法来进行制作了。本书的主要意图是让大家明白，目前备受争议的3D打印机是否是未来硬件发展的踏脚石，这也预示着下一次工业革命的到来。
基于以上想法，希望本书有助于你理解如今3D打印的可行性和潜力，并预见它对未来世界的影响。不论你是企业家、设计师、投资者、技术爱好者、学生、DIY人士或只是单纯好奇于新事物的人，我都希望以下章节能让你为迎接新一轮技术变革的到来做好准备。
任何革命的初始阶段都是最令人兴奋的。参与早期革命的人都将获得最好的奖励、最丰厚的回报和最多的乐趣。3D 打印革命即将开始，所有希望目睹这场盛宴的人都已经开始行动了。
克里斯多夫·巴内特
2013年5月
编写本书前，我曾与一些3D打印先行者进行过对话。因此我想感谢所有接受采访或为我提供信息的人们。特别感谢 3dfuture.com.au 的安迪·爱德、Replicator World 的戴维·布伦德尔、3DPrinter.net 的马克·弗莱明、Nervous System 的亚伦·赫尔姆斯和杰西卡罗·森克兰茨、MakieLab 的乔·罗奇、D-Shape的多梅尼科·卡发施亚、Fabforall.com的亚历克斯·施米特、AMD-TEC的安西·梅斯杜伦、Proto3000的鲁宾·梅内塞斯、Protos Eyewear的马克·莱文森和理查特·鲁迪、ThatsMyFace.com的约翰·基顿、Bathsheba Sculpture 的芭思希芭·格罗斯曼、EnvisionTEC 的珍娜·富兰克林、Printrbot的布鲁克·德拉姆、Filabot的泰勒·麦克楠尼、RepRapPro的阿德里安·鲍耶、ReprapUniverse.com 的弗朗茨·阿卡兹、i.materialise和.MGX的米兰 达·贝斯金、维也纳科技大学的罗伯特·里斯卡、爱荷华大学生物制造实验室的易卜拉欣·奥兹博特以及 Friends of the Earth 的麦克·柴尔兹。本书后面将介绍更多关于以上人士的资料和他们的组织。
还要感谢那些长久以来默默支持我的工作的朋友们，他们的帮助才让我有能力完成这本书（也是我的第 9 本书）。感谢他们：德博拉·里奇、史蒂夫·阿普克拉夫特、史蒂夫·摩尔、基兰·伍德沃德、克里斯·贝茨、萨莉·霍普金森、维多利亚·瑞格利、罗津娜·谢赫、史蒂文·迪亚肯、肯·斯塔基、苏·坦皮斯特、乔治·库克、邓肯·肖恩、托马斯·切斯尼、特蕾西·拜提森、凯瑟琳·维瑟和萨莉·柯克。
最后，感谢我的家人及好朋友马克·丹特里给予我的支持、鼓励与理解，没有他们，就没有我现在的成就！
当我从穆尔盖特地铁站（Moorgate，位于英国伦敦市内——译注）出来的时候，天空下着大雨。高楼大厦几乎包围住了地铁四周，谷歌地图很难定位我现在的位置。即使这样，我仍然在2012年10月19日这一天迈开脚步走进这阴暗潮湿的午后，心情却像春天来临一般，因为我有一个任务，它将让我的旅程变得非常有趣。
在下午一点左右抵达一座城市从来就不是一个好主意，尤其是在下雨天，那些打着雨伞出来午餐的人让外地人更加难以辨认出正确的道路。然而在坚持不懈的努力下，我终于来到了Brewery会场。
穿过鹅卵石铺成的庭院，我才发现Brewery真是一个高档的地方。之前在正门的时候，我被一位衣冠楚楚、手拿一把巨大雨伞的年轻小伙子拦住，我想是因为我穿的皮夹克让我看起来不太得体，可能会被拒之门外，结果没有。我手中湿漉漉的入场券和谷歌地图足以证明我是合法的，于是我便进入了展会会场。
在门口我被问到是参展商还是记者，我回答“两者都是”，但这并没有让我在这位同样穿着一尘不染的门卫那里得到优待，于是我来到登记处排队。一会儿，我那张湿漉漉的入场券被换成了一张精美的展会安排表，并在我的左手腕带上了一个紫色塑料手镯用来确保安全。
展会安排表上写着，网络从20世纪90年代开始已经改变了世界，但现在世界似乎又要经历一次改变。我同意这样的说法，因为我刚刚到达了2012三维立体（3D）技术打印展示会场，这是首次在英国举行的大型3D打印技术展示会议，在世界上也是首次。
我来这里的任务有一部分是要拍摄视频，所以在离开登记处之前，我问工作人员对使用摄像机是否有限制。他们说没有限制，还建议我到已经开放的主展厅的3D打印艺术作品画廊去参观。
画廊就在几级铺着红毯的台阶下面，来到画廊仿佛进入了另一个世界。展厅已经挤满了人，大部分人都在用他们的智能手机或iPad拍摄展出的3D打印作品。很显然，我之前提出的是否可以拍照的问题根本就是无关紧要的，因为这个屋子里充满了值得用闪存记录下的美好事物。
3D打印机将数字化的电脑模型通过建立许多极薄的层从而变成固态的物体，在艺术画廊展示的已经用3D技术打印成物体的展品中，物体使用的材料也是非常广泛的，包括塑料、金属或者陶瓷。在展厅中央，是一双由3D技术打印的白色的非常时尚的鞋，设计者告诉我当晚这双鞋将由模特穿着进行走秀表演， 它旁边也是用 3D 技术打印的一些色彩鲜艳的花瓶。紧挨着它们的是3D技术打印的一些错综复杂的金属材料的雕塑，其中一个是茶壶的形状。这个展厅的其他展品还包括一个苹果手机、各式各样的珠宝、用黑色塑料打印的支离破碎的人头和像城市天际线形状的电脑键盘。
展厅里几乎所有的人都被眼前这些用 3D 技术打印出来的物体震憾了，然而这只是三天展出的开始。在主展厅的楼上，我们将很快看到 3D打印机的操作过程以及大量的成品，包括咖啡杯、灯罩、两把吉他、比基尼、一排定制娃娃、一台超炫概念车、两个假肢、一堆塑料机器人和一个通过数字扫描3D制作的埃及木乃伊。图1-1展示了其中的一些3D作品。
除了几百件有趣的展品，3D 作品展示会还有一些非常值得注意的现象。在与参展商和与会者聊天的过程中，我明显感觉到某些不寻常的事件即将发生，我们正站在分水岭上。从人们的谈话中可以听出许多游客也来参观这次展出，因为他们想要成为能够影响下一次产业革命的企业家、科学家、艺术家或投资者。
希望我现在已经引起了你的注意！但是，你一定很好奇，这神奇的3D打印技术到底是如何工作的？从广义上来说，这个过程不外乎是目前办公室和家庭中普遍使用的2D打印技术逻辑上的演变。
许多人都非常熟悉能打印大部分文档或照片的喷墨打印机或激光打印机。它们靠控制墨水或墨粉在纸张表面生成文字或图像。3D打印机采用类似的方法，靠控制“建筑材料”在3D空间的位置和粘合力来制造物体。
要用3D技术打印一个物体，首先电脑里应存在一个数字模型。这或许需要通过使用计算机辅助设计（CAD）或其他用于制作3D模型的软件来手工完成。此外，还可以通过3D扫描仪扫描一个真实存在的物体来形成数字模型，或者通过先扫描一个物体再用软件工具进行调整而形成。
无论数字模型是以什么方式建成的，一旦准备将它制造出来，计算机中的其他一些软件就会把它切割成许多一毫米厚的薄层。这些以物体形式存在的薄层会被发送到3D打印机中打印出来，它们从下至上一层一层堆叠，直至形成一个完整的3D物体。
3D 打印机如何精准地一次输出一个薄层，靠的是一种特殊技术。在第2章中，我们将会看到，现在已经有十几种切实可行的3D打印技术。可以这样说，几乎所有技术都基于三种基本方法。
第一种，3D 打印机通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料。最常见的方法是挤压不断流出的热塑性塑料，这种热塑性塑料在离开打印喷头的时候迅速凝固成型。其他基于挤压的3D打印方法有输出熔化的金属或挤压巧克力、奶酪、蛋糕糖霜（糖粉）等来形成3D作品。甚至有一些试验性的3D打印机通过计算机控制输出流动的液态混凝土，将来也许整座建筑物都可以是3D打印的。
第二种，3D 打印机通过使一种不常见的被称作“感光性树脂”的液体变成固体从而形成物体层，这种液体暴露于激光或其他光源中时会变硬。一些有光聚功能的3D打印机在液态的感光树脂罐中使其形成物体层。有些3D打印机喷射出一个单独的液体层，然后在下一层被打印出来之前利用紫外线光使之形成固态。一些基于后者打印技术的3D打印机可以混合许多不同的感光树脂，并将它们同时变成固态，所以这些打印机可以打印一件由不同材质组成的多材料模型。例如，Stratasys公司制造的一款名为Connex的最新打印机可以同时打印出由14种不同材料做成的模型。这些材料的范围从不同透明度和颜色的硬塑料到质地较软的橡胶类化合物。
最后一种，3D 打印硬件通过逐层粘合一种不常见的精细粉末来制作模型。这种“颗粒状材料的粘合”既可以通过喷射液体胶水或粘合每一粉末层达到，又可以通过激光或其他热源来熔化粉末颗粒来形成。可用于3D打印的颗粒状材料的范围十分广泛，包括尼龙、陶瓷、蜡、青铜、不锈钢、钴铬合金和钛合金。
和许多新生事物一样，如果3D打印对现有的技术和工业实践有着明确而显著的作用，那么它将促使这次革命发生。在我们进行下一步之前，有必要概述一下3D打印技术是如何帮助我们有效地实现新的事物，或者如何利用更加行之有效的方法使旧的事物达到预期的效果。
3D 打印技术已经开始用于改善产品设计。它可以加快“概念模型”的创建速度，以物理形态展示出来，便于设计者在设计过程中提前对其进行观察和处理。
尽管现在新产品的计算机图形渲染已经十分精致，但仍然不及手握一个新产品3D模型来得真切。通常在电脑屏幕或平板电脑上看一个设计的时候，设计缺陷不会很明显；但当一个物理概念模型可以真实地看到并触摸到的时候，设计缺陷就变得非常明显了。通过快速创建概念模型（有时会使用全彩打印），3D打印改善了设计者和客户间的交流。这相应地加快了设计进程，同时还可以创造出更好的产品。
除了概念设计阶段之外，3D 打印还被用于创建“验证模型”或“功能原型”。基于这个原因，3D打印在某些工业领域已经被称为“快速成型”或“RP”。遗憾的是，根据我的经验，“快速成型”的标签限制了一些人对3D打印技术广泛应用的理解。
当设计过程需要检查产品不同部分的状态、适合度和功能性时，就需要功能原型。传统上，这种原型只能由熟练的工艺师使用劳动力密集型的车间技术创建。因此，为了生产大量的产品原型而花费几个星期和成千上万美元、欧元或日元的情况并不少见。相比之下，使用3D打印可以在几小时内制作完成功能模型，并且价钱只是传统方法的一个零头。3D 打印可以更快更廉价地制作出原型，同时使新产品通过更多的迭代周期。举例来说，自1988年以来，雷诺F1赛车队就利用3D打印技术生产赛车零件原型，以测试其新设计的空气动力性能。这支车队每年可以针对其 F1 赛车检测数百次可能的空气动力变化。
在过去的几十年中，一些3D打印先驱者成功建立了专门致力于生产概念模型和功能原型的企业。许多这样的公司现在仍然很兴旺。但是 3D打印硬件成本的下降也开始允许他们中的许多人将概念模型和原型制造进行内部生产，甚至可以搬到桌面上。例如，最近报道中提到的有些福特公司的工程师所使用的MakerBot桌面3D打印机，费用是几千美元。它通过制造出可组装的塑料部件来检查其适合度和功能性。福特的工程师利用3D打印机，在开发新引擎方面“搭起了抽象与现实之间的桥梁”。
除了概念模型和原型制作，3D 打印也开始用于工业预生产方面。大多数传统的生产过程需要专门的夹具、工具、模型和模具，在制造过程中这些工具用来将金属和塑料定型成合适的形状。和产品原型一样，这些传统的靠手工完成的制作形式既耗时又昂贵。使用3D打印可以为使用传统生产方式的工厂节省大量的时间和金钱。
3D 打印的一个非常有前途的应用是在模具上直接生产，或者在最终的模具上直接取下“母模”。例如，我们将在下一章中看到，“3D 砂型铸造”正越来越多地被用来直接在熔化的金属中打印模具，然后直接浇铸成最终的零件。ExOne（用于此目的的3D打印先驱）3D打印砂型铸造模型，总的生产时间可以减少70%，并且可以实现更高的精度和更复杂的模具创建。事实上，当一个物体设计好之后，如果在它外面包裹一层砂，然后再浇铸模型，那么在灌注融化的金属之前，是无法去掉这层砂的，而使用3D砂型铸造，就可以制作这样的模型。
一些 3D 打印机专门为模具或图形产品生产模型。例如，Stratrays 公司出售的一款名为Solidscape的打印机就使用蜡样塑料为牙科实验室或珠宝制造领域生产小模具。与砂型铸造一样，这些模具或图形产品是“牺牲品”，他们会在生产最终成品的过程中损毁。
使用3D打印创建模具、图案和其他生产工具可能很少被人们看到，更不用说被大多数最终产品的消费者所欣赏了。例如，几乎很少有人注意到他们运动鞋的鞋底就是在模具中制造出来的，而这个模具则来自于 3D打印的母模。然而，即使它仍然在幕后发展，3D 打印在工业预生产中的使用似乎印证了3D打印革命的一个重要方面。
虽然3D打印已经成为一些设计和预生产过程中不可或缺的部分，但该技术应用的最终将是“直接数字化制造（DDM）”的发展。顾名思义， DDM使用3D打印制造出最终产品或部分零件。第4章中我们将会看到， DDM 已经在不同行业获得青睐，如航空航天、珠宝制作、牙科技术、玩具生产以及品牌家具设计和定制太阳镜等时尚单品的制造。
3D 打印最惊人的一点是它不需要使用传统的手工技术就可以制造出物体。例如，3D 打印机可以在不断开项链的情况下将其打印出来，更不用说制造出有豌豆的口哨和有小船的瓶子了。有些3D打印机还可以直接打印出运转的零件，比如由多部分机制组成的变速箱。传统上，多部分组成的产品最终总会涉及到组装，但使用3D打印将不再需要这一步骤。
未来，几乎所有的东西都可以用3D技术来打印，包括整架飞机的制造。虽然这听起来有些疯狂，但空客公司的一个小项目组正在设计一架革命性的客机，它将比传统的飞机重量轻65%，因为它可以靠3D技术用塑料树脂打印出来。虽然这种飞机以及可以制造出这种飞机的3D打印机也许要到2050年才能面世，但在2011年，空客母公司EADS启动了260万英镑资金在埃克塞特大学成立了增材制造中心。该研究机构的目的是开发3D打印的飞机零件，包括目前的空客A380。
DDM的优点之一就是能够实现大规模定制，因为一台3D打印机上打印出的两个物体不会完全相同。有些3D打印的先行者已经瞄准市场机会，开始大规模定制一些新颖的产品。例如，访问Cubify.com网站，以定制一个苹果手机模型为例，它将根据你提供的数码照片为你制作出一个背面凸起的 3D 成品。与之类似的，ThatsMyFace.com 网站邀请访问者上传脸部正面和侧面照片，然后它便会生成一个彩色的3D头部模型。顾客可以将3D 打印的头部模型装到塑料人偶或乐高模型上。此外，顾客还可以购买用他们脸部照片做出的3D肖像或面具。
ThatsMyFace.com 网站购买标准雕像，用 3D 打印定制的头部模型取代雕像的头部，这样的方法确实非常聪明。这项服务不仅让人们拥有以自己为原型的超级英雄的小模型，还展示了低成本的3D技术可以简单且大规模地定制标准产品的巨大潜力。对于那些寻求建立新的3D打印业务的企业，市场中还有相当多的类似机遇。
除了大规模定制，DDM 还可以低成本生产一次性产品或小批量的组件，因为启动生产是不需要工具的。例如，2012年詹姆斯·邦德电影《天幕坠落》的制片人需要3台Aston Martin DB5座驾三分之一大小的模型车，他们就用型号为Voxeljet VX4000 的3D 打印机将它们打印了出来。这些轿车模型被3D打印成18个部分，然后再进行组装喷漆，最后变成看起来非常真实和昂贵的复制品。遗憾的是，这些模型在电影中被炸成了碎片——虽然它们被制造出来的目的就是这个。
另一个例子是，一个叫作Klock Werks Kustom Cycles 的定制摩托车制造商已经采用3D技术来加速生产一次性组件。在一次电视节目中，该公司需要在5天时间内制造出一台定制的摩托车。为了在规定的时间内完成任务，Klock Werk 的工程师们设计出了摩托车的仪表盘、叉管盖、前大灯挡板、脚踏板、脚踏板底部和车轮垫片盖，这些全部都是在一个叫作SolidWorks的3D模型程序包中完成的。最后由3D打印机打印出各个部分，而不是用铝制或在塑料中铸模完成。这辆成品摩托车的车速甚至创造了美国摩托车协会的陆地速度记录。
上述例子表明，3D打印已经可以又快又便宜地制造出各种东西，这是传统的制造方法不能比拟的。对于公司或个人，无论是谁想要生产出一个或小批量产品，3D打印都已经成为了一种“将不可能变为可能”的技术。
除大规模定制和小规模生产外，3D 打印还努力向数字模型存储和数字模型运输方面发展。这意味着，如果你想给远方的朋友送些东西，今后你可以有两个选择。第一，通过快递或信件将东西发给对方；第二，通过网络给对方发送一个数字文件，然后对方使用3D技术将其打印出来。
虽然这听起来像科幻小说中的情节，但在一个叫作Thingiverse的共享网站上，设计者可以上传他们的数字作品，其他人可以下载或打印。现在很多人经常在线共享文本、图片和视频，而3D打印的模型可能会很快加入到众多社交媒体中。通过实现在线存储和运输，3D 打印技术会像计算机和Internet实现数字信息的存储和传输一样，实现3D对象在物理世界中的存储和传输。
数字模型会越来越多地迭代演变，即使在今天，这种情况也并不少见。3D 打印爱好者们下载一个数字模型，对其进行一处或几处改进，将模型打印出来，然后再上传修改后的设计，以便其他人从他们的改进中受益。这种“开放式设计”开始生根，随着越来越多的人使用CAD软件和3D打印硬件，这也是一个将设计过程从专有化转变为大众化的过程。
许多企业担心开放式设计的后果，另外一些人则强烈支持这一趋势。例如，在2013年1月18日，诺基亚推出了3D打印社区项目。该项目发布了一个“3D 打印开发工具包”，用来帮助人们设计并亲自制作自己的Lumia 820 手机。正如诺基亚社区及市场开发经理John Kneeland 所说的，
我们的 Lumia 820手机有可拆卸的外壳，客户可以给手机替换不同颜色的诺基亚外壳，这些坚固的外壳有防震和防尘保护，而且在高级的 Lumia 920和中级的820手机中，这些外壳还附加无线充电功能。这些特别的功能给了大多数诺基亚Lumia 820用户一个很好的选择。除此之外，我们还将发布3D模板、使用说明、推荐材料和最佳实践——任何熟悉3D打印的人都应该为自己定制一个 Lumia 820手机。
诺基亚发布上述通告仅几天之后，便举办了一次诺基亚Lumia 820 手机 3D 打印挑战活动，鼓励人们设计并分享可 3D 打印和替换的手机壳。1月24日，距离发布3D打印开发工具包6天之后，3D打印的诺基亚820手机壳（包括一些功能按钮）就在网上展示了出来。
以上做法有可能会引发各种知识产权问题。确实有人担心通过3D打印本身的功能将产品转移到个人手中会引起混乱。
如今，3D 打印爱好者倾向于分享模型和迭代设计，如智能手机、摄影配件、玩具和模型车，但是不应将所有的零部件或设计都在网上自由地分享和迭代。令人沮丧的是，已经有人利用3D技术打印出枪支并在网上分享他们的设计。在第5章和第8章中，我们将回到围绕数字模型复制、个人制造和开放式设计这些广泛的问题上。
虽然那些拥有3D打印机的人会更多地选择在家中制造自己的物品，但3D打印革命的主流影响更可能是在传统的零售领域。现在，所有的实体店主要是存放一些相对小范围的非定制商品，并且还依赖于定时向供应商拿货。但是，十年后至少会有一些零售商已经安装了高端的3D打印机，他们可以根据无限的数字模型清单按需打印定制的商品，而且永远不会缺货。很明显，这让大多数人从环境和经济方面在零售店“共享”大型 3D打印机，而不是每个人都拥有最新的个人制造硬件。
为了满足那些想要设计自己的产品又买不起 3D 打印机的人们的需求，3D 打印公司可能会成为赚钱的大企业。如前所述，这样的公司提供的工业快速成型服务已经有很多年的历史了。但除了他们，我们看到在线服务和实体店也可以为人们进行3D打印。
例如，你在洛杉矶，你可以给位于威斯特摩兰大道北 201 号的Buildshop打电话，要求设计并3D打印你自己的东西。或者不管你住在哪里，都可以浏览 i.materialise.com 网站，上传自己的设计，然后你可以在超过20种的材料中选择一种进行3D打印。在i.materialise.com网站的画廊上，你可以在线出售自己的设计。这样的服务消除了进入这一行业的障碍，因为任何人都可以设计和销售有形的东西，而不必局限于货物存放或制造工具，因为所有出售的东西都是满足3D打印要求的。目前，自由艺术家和珠宝制造商是在线 3D 打印服务的最大用户。但是 3D 打印技术并不仅仅在按需打印的市场空间上占有最多的用户。
如今，虽然大多数3D打印的东西都是由塑料或金属制成，但是现在已经有一些专门的3D打印机可以通过一层一层地剥离活细胞层而形成活体组织。这种“生物打印机”可以培养患者自身的细胞，用3D打印技术形成可替代的皮肤或器官，这在改变某些医学领域方面有着巨大潜力。如果这种情况真的发生——生物打印先行者们认为这将在 20 年内实现，那么3D打印的发展将使人们不再需要器官捐赠等待名单，同时皮肤移植也会成为历史。五年之内，3D打印的人体组织可能会开始应用于药物测试，以便减少动物实验的需求。
3D 打印除了可以替代身体外部的人体组织，体内生物打印也已经在开发之中。这涉及将3D打印的细胞层直接培养到伤口上，甚至直接在体内使用微创手术。如果这种技术足够先进，将来或许可以将仪器深入到患者体内，清除受损细胞，再换上新的细胞。这种仪器甚至可以用它们自身的探头修复伤口。虽然这种假设听起来有些不切实际，但一些医学研究者和 3D 打印先行者对这些事情的态度却很严肃。第 7 章将深入探讨生物打印。
3D 打印最终和最重要的潜在益处是对环境的改变。现在，大量的燃油和其他资源在世界范围内被用来运送产品，许多东西都经过数百或数千英里才来到我们的手中。考虑到自然资源供应的压力越来越大，更不用说应对气候变化所尝试的措施，未来10年或20年内，这样大量的运输既会变得不可行，在文化角度上也会变得无法接受。因此，本地制造的需求就会成为3D打印的长期趋势。
除了促进数字模型运输，3D 打印还可能会比许多传统的工业生产方式更加环保，因为它是基于“增材制造”的方式。换句话说，当众多传统生产技术必须将一大块材料切、车、锉、钻或用其他方式分割的时候，3D打印不需要这样做，只添加所需要制作的材料就可以了。因此，数字化制造使用3D打印机可以节省大量原材料。
当最终产品的零部件是由3D打印的时候，制造商还可以优化他们的设计，以便使各部分都消耗最少的材料。例如，3D 打印的塑料或金属部分，可以设计成内部有间隙或有开放网格的样式，这些都是传统生产技术无法完成的。这种设计方法还可以制造点火器零件——航空航天业非常热衷于推进这样的制造方法。
作为环境改善的最终收益，3D 打印或许还能起到生产备用零件的重要作用。现在，当大多数物品被损坏的时候，通常因为没有备用零件而无法修复。但是随着周围有越来越多的3D打印机，许多破损的东西无论哪里坏了都可以修补好。
如今，许多人用坏了东西，都是直接扔掉，而不是把它们修复。然而，由于自然资源的减少，这种态度和做法在未来几十年内将不得不改变。至少在某种程度上，在这个容易退货的社会，3D 打印可以帮助我们越来越多地选择维修而不是更换。第6章将探讨3D打印和可持续性之间的实际的和潜在的联系。
到目前为止，本章简要介绍了什么是3D打印，快速概述了它是如何工作的，并总结了它现在和未来潜在的优势。我希望大家能明白，3D 打印革命现在真的有可能发生。鉴于3D打印技术已经存在了几十年，你或许会问为什么3D打印革命过去没有发生，而会在现在发生？
上述问题的答案无疑是多方面的。首先，3D 打印不得不等待计算机处理能力、存储和网络基础设施的改善，现在几乎任何人都可以制造、交换和使用3D打印的物品。但在20世纪80年代末和90年代初，当第一代3D打印机在市场上面世的时候，用于3D打印模型设计的个人计算机工作站造价十分昂贵，而且在互联网上交换大量数据的想法也是不现实的。然而到了今天，许多智能手机和平板电脑（更不用说个人计算机和笔记本电脑）都已经足够强大到能够设计和存储复杂的3D模型。高速互联网已经成为现实，这意味着在线存储和交流3D模型不再是技术上的挑战。仿佛是为了证明我们到底走了多远，在2012年的3D作品展示会上一些个人的3D打印机还可以无线连接到iPad上。
2D 打印的世界先进技术同样帮助建立了 3D 打印革命的基础。虽然3D打印机不是2D打印机的原型，但大部分还是类似于伺服电动机和送料机制——激光、喷墨打印头和电子控制器。在过去的 20 年里，硬件的发展是3D打印革命的一个必要的先决条件。
有一点很奇怪，3D 打印的发展同样要等待它本身的发展。我指的是一些低成本 3D 打印机硬件的发展要依靠那些使用早期 3D打印机的爱好者通过创新模型的努力来完成。被称作“RepRaps”的开放资源3D打印机其实是利用“快速复制样品”的能力部分地复制自己本身，从而创造下一代机器。我们在第5章中也会看到，从某种意义上说，从最基本的3D打印技术到有机地发展确实花费了一些时间。
促进3D打印革命的第4个因素是人类活动的日益数字化。十几年前，人们几乎不上网，我们很少使用数字通讯或拥有数码设备。与之形成鲜明对比的是，如今数十亿人在使用互联网，并且拥有数字音乐、照片或视频。所以，现在使用 3D 打印机将在线数字资料制作成物理模型的热情比 3D打印机刚被发明出来的时候要高涨很多。
最后，20世纪80年代末90年代初所申请的3D打印技术方面的一些专利已经到期或即将到期，因此现在那些阻碍3D打印革命的法律障碍已经越来越少了。
3D 打印革命和其他革命一样，是先行者们的行动、精力和勇气的产物。本书将介绍那些先行者们在做什么，也包括我对那些推动事情发展的人们做的原始采访摘录。在这一章中，我的目标是捕捉你的想象力，而不是专注于细节和实用性（本书其他章节将会讲到这些）上。所以，介绍完这些之后，我会列举一些3D打印先行者的访谈实录，我们来看看当问到“为什么使用3D技术打印？”这个根本问题的时候，他们的回答是什么。
我采访的第一个人是3D打印搜索引擎Fabforall.com网站的创始人亚历克斯·施米德，他热情地说：
我们认为 3D 打印的影响与互联网对人们和企业的影响是一样的。这意味着这项技术在原料世界的创造力、普及化、全球联网和革命性创新等方面的惊人爆发力和互联网在数字领域的成就是一样的。
鲁宾·梅内塞斯在 Proto3000 工作，这是一家在北美提供 3D 打印和相关产品开发服务的公司，他说：
从我的角度来说，3D打印的发展包括两个方面。首先是消费者。我相信3D打印机到了消费者手上意味着标准化的终结和针对个人的产品个性化的开始。其次，3D打印模式是其制造和生产的自身影响。目前，3D打印的零部件已经被用作终端产品，实现了降低成本的新目标。而且即将发生的情况是，新的3D打印材料特性比现有的材料更有竞争优势。比如通过在3D打印中使用纳米技术，未来几年内，塑料就可以和金属的硬度相当。
米兰达·贝塞金斯是比利时3D打印服务i.materialise和.MGX两家网站的主管，她解释说：
3D打印帮助我们创造了一个新世界，在那里我们购买的产品更加适合自己，与个人风格相契合，而且我们拥有的东西都是独一无二的。
对于消费者来说，不仅自己创造的产品可以更好地服务于自己的需要和利益，还可以将产品卖给与他们一样的人，这是非常令人兴奋的。例如，一个珠宝设计师可以向全球观众展示他最新设计的项链，还可以为他的设计来测试需求。如果没有订单，没有关系。如果有订单，那么项链会被打印出来，交付给客户，设计师也会得到他应得的报酬。
安西·梅斯杜伦经营AMD-TEC公司，这是芬兰一家3D打印和设计公司，他从专注于客户服务的角度说：
我们生活在一个忙碌的世界，3D打印几乎是我为客户提供服务的唯一途径。对于原型，我没有时间对电脑数字控制器进行编程，也没有时间给加工企业发送零件报价。虽然3D打印不是制作零件的唯一方法，但它制造复杂的形状和构造时比传统方法要快得多。
戴维·布伦德尔是Replicator World网站的作家和编辑，他带来了3D打印真正的革命潜力的一系列参数，他热情地说：
3D打印革命与快速生产的产业革命和分布全球的数字革命相结合。两百年来，大批量的生产模式禁锢了产品的个性化。福特曾经说过他的T型车，“只要你购买的是黑色汽车，就可以随意改换你想要的颜色！”现在3D打印生产手段已经转移到了桌面上，你可以真正拥有你想要的颜色、形状或功能。世界各地数百万生产私人产品的小型个人工厂如雨后春笋般涌现出来。由用户来设计模型。欢迎来到未来世界。
我还可以列举很多先行者们的言论，他们相信3D打印革命即将发生并且可以产生巨大效益。希望以上5个例子让你有了一个初步的印象，我所表达的是现在我们在批量生产方面正在逐步成熟。我相信亚历克斯、鲁宾、米兰达、安西和戴维还有那些拥有纯粹的能量和激情的人们将会推动下一次革命。
据说在1943年，IBM的创始人托马斯·沃森表示将会有“一个大约五台电脑的世界市场”。如果他真的这样说过，那么到目前为止，他的错误是至少少说了10亿。即使这不完全是他所说，相信在20世纪50年代、60 年代、70 年代计算机的数量一直是很少的，显然工业技术已经被证明是错误的。
现在，很多评论家认为似乎很少有人想要一台3D打印机，因此人们对它们的需求也就十分有限。我认为，确实有可能只有少数人家里有 3D打印机，但这纯粹是因为最有用和最复杂的模型可以在网上或零售店里共享。即便如此，我推测，20年之内或许不到10年，发达国家的大多数人将定期使用3D打印机“实现”数字化设计，或将定期购买其他人为他们实现的产品或零部件。还有可能出现的情况是，大多数人家中至少有一台小的 3D 打印机，仅仅作为爱好或者教育设备。当一台 3D 打印机像智能手机或平板电脑配件一样可以以 99 美元或更低的价格买到的时候（要等到这10年结束才会发生），你真的不想给自己或你的孩子买一台吗？
在未来的10年或20年里，3D打印革命可能会复制20世纪80年代和90年代个人计算机革命。事实上，当我漫步在2012年10月那场3D打印展示会上的时候，那种感觉让我想起了 1987 年参观早期个人计算机展览会时的情形。当时，个人计算机才刚开始出现并触动了少数人的生活。即便是这样，也能明显感觉到在 1987 年个人计算机展览会上，一场革命的地基已经被坚实打下了。同样，当我在2012 3D 打印展示会上参观时，显然，又一项技术大变迁的种子已经被埋下了。虽然我们现在还没有在家中轻松制造产品的3D打印机，甚至也没有硬件提供给按需打印的工厂和零售店。然而我们可以越来越明显地感觉到在未来5到10年内，这种技术将会成为可能。
除了本章提出的观点，还有实际证据表明3D打印革命正在加速发展。2012 年无疑是 3D 打印开始吸引主流媒体关注和公众想象力的第一年。2012 年 1 月在洛杉矶举行的消费电子展上推出了第一个真正面向消费级的3D打印机——有3D系统的Cube。它提供开箱即用的功能，售价1199美元，并且附带存有25个模型的USB密匙，随时可以打印。
除了推出Cube，2012年也是人们第一年可以购买个性化的3D打印的巧克力（从ChocEdge.com上购买），以不到400美元的价格购买一个3D打印机套件（从Printbot.com上购买），还可以下载一个免费的应用软件将微软“体感”游戏控制器放入3D扫描仪中。2012年12月，Staples甚至宣布2013年将在欧洲市场上推出3D打印服务。从2013年开始，在他的国情咨文中说到，奥巴马总统主张将3D打印作为一项可持续发展的技术，它“可能会彻底改变我们身边所有的一切”。
上述所有的显著发展都将3D打印革命向前推进了一小步。然而对我来说，最令人难忘的3D打印技术创新是2012年一家日本公司Fasotec推出的价值1200美元的叫作“天使降临”的服务。用核磁共振成像扫描一位怀孕的准妈妈，然后将她腹中宝宝的图片打印成3D模型。塑料婴儿可以嵌入到同样是3D打印的母亲模型的腹中，或者放到准父母的壁炉架上。
3D 打印革命的速度和形式在 2013 年、2014 年甚至以后都将势头强劲。但这同样也有风险，它让现实与幻想之间的界限变得模糊，而真正重要的发展在夸大的宣传下将逐渐迷失。对于那些真正想知道3D打印是如何改变生产和生活的人，3D 打印方法在现在和未来是否能达到预期效果变得尤为重要。因此，下一章将会详细介绍每一种已知的3D打印技术。
图书在版编目（CIP）数据
3D打印：正在到来的工业革命/（英）克里斯多夫（Christopher,B.）著；韩颖，赵俐译.--北京：人民邮电出版社，2014.7
书名原文：3D printing:the next industrial revolution
ISBN 978-7-115-34401-4
Ⅰ.①3… Ⅱ.①克…②韩…③赵… Ⅲ.①快速成型技术 Ⅳ.①TB4②F4
中国版本图书馆CIP数据核字（2014）第020641号
版权声明
Simplified Chinese translation copyright © 2014 by Posts and Telecommunications Press 3D Printing，The Net Industrial Revolution by Christopher Barnatt
Copyright © Christopher Barnatt 2013.
This edition arranged with Christopher Barnatt through BIG APPLE AGENCY，INC.
ALL RIGHTS RESERVED
本书中文简体版由作者Christopher Barnatt通过大苹果版权代理公司授权人民邮电出版社出版。未经出版者书面许可，对本书的任何部分不得以任何方式或任何手段复制和传播。
版权所有，侵权必究。
◆著 ［英］Christopher Barnatt
译 韩颖 赵俐
责任编辑 陈冀康
责任人印制 彭志环 焦志炜
◆人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
大厂聚鑫印刷有限责任公司印刷
◆开本：700×1000 1/16
印张：11.75
字数：152千字 2014年7月第1版
印数：1-6000册 2014年7月河北第1次印刷
著作权合同登记号 图字：01-2013-7655号
定价：36.00元
读者服务热线：（010）81055410 印装质量热线：（010）81055316
反盗版热线：（010）81055315
