3D打印:边救心脏边造军舰

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  在英国,技术人员通过扫描奥运短跑运动员的脚和脚踝,把数据输入电脑,电脑做了几步简单的计算之后,技术人员就能够3D打印出新的专属每个运动员的鞋,这双鞋符合运动员的体形、体重、步态和偏好。
  在世界的另一端,美国航空航天局在亚利桑那州的沙漠中测试了一艘火星飞船,飞船甲板上装有定制的3D打印金属部件。这些零件大多形状复杂,有许多曲线和镂空,除了3D打印机,其他任何设备都生产不出来。
  在日本,一位准妈妈想要纪念其首次超声波检测。她的医生编辑她的超声图像,并3D打印出栩栩如生的胎儿样本。结果,一个透明硬塑料块中就出现了一块前卫的3D打印微小胎儿塑料模型。
  这些制造奇迹已经在发生。在不远的将来,人们将3D打印出活体组织、富含营养的食品及完全组装好的电子元件成品。3D打印开辟了新的前沿领域。随着普通民众也能够设计和生产电动工具,制造业和商业模式将产生变革。一场产品制造和设计的革命即将开始!
  3D美食机,保质期30年
  火星旅行是时下颇受关注的一个话题,当荷兰和美国的两家民间机构正摩拳擦掌、高调宣传它们的载人火星探索计划时,作为太空探索“行业老大”的美国航天局(NASA)却迟迟未见实质性动作。
  当然事实并非如此,NASA眼下正考虑的是,要登陆火星,宇航员首先得填饱肚子。而漫长的火星旅途中既不能生火做饭,光吃压缩饼干也太过乏味。用NASA发言人戴维·施泰茨的话说,现在的宇航食品体系应付火星探索等“持久战”任务,不仅营养不够,而且味道“令人难以接受”。
  于是NASA向一家3D打印机公司拨款12.5万美元,开启了旨在研发全能食物合成器的项目。根据设想,这种3D打印机将按照“数字菜谱”混合各种粉末,制造色香味俱全的食品。一旦成功,功能强大的3D打印机“厨师”将为宇航员们烹制出各种风味的营养美餐。
  目前机械工程师安詹·康特拉克特和他的公司负责“3D美食机”的研制。3D打印机首先会打印出一层生面团,这个生面团在打印的同时将会由打印机底部的一个加热板进行烤制。烤制好的面团随后会叠加番茄粒,然后混合上水油,最后一步是为比萨叠加蛋白质层。
  康特拉克特认为:3D打印食物的一个主要优势是可以提供个性化的营养,“男性、女性、病人对饮食的需求都不同。如果你拥有一台3D食物打印机,那么你就可以根据你所需的营养对原料进行配置,然后打印出你所需要的食物”。
  考虑到未来太空旅行漫长,为宇航员提供的食物需要15年以上的保质期,所以该项目特别适合于在漫长的太空旅行中打印食物。“我们会把碳水化合物、蛋白质、微量营养素制作成粉末,去掉它们的水分。这样,它们的保质期将延长一倍,达到30年。”康特拉克特说。
  NASA表示,3D打印机做饭的设想不仅只是出于对美食的需求,还能减轻太空船的重量,还可以使用类似技术制造工具等其他物品。
  不仅如此。未来“3D美食机”有望能缓解因人口暴增而带来的自然食物来源短缺。随着世界人口数量剧增,在全球人口达到120亿后,当传统食物来源非常稀缺,人们可以在杂货店购买装满粉和油的料盒,而后利用打印机打印合成食物。
  复制人体器官以假乱真
  相比烹制美食这项需要一些厨艺和创造性思维的工作,眼下的3D打印技术更擅长的是复制,精准复制出一切三维结构。高精确性使得其在医疗领域的应用前景广泛。这项技术最新的杰作之一便是以假乱真的“半张脸”。
  因为患上肿瘤疾病,英国男子恩里克·莫杰不幸失去了半张脸。切除肿瘤后,他的脸上留下了一个大洞。无法说话,也不能正常饮食,只能借助一个直接通向胃中的管子。
  幸运的是,莫杰生活在一个科技迅速发展的年代。为了重塑他的容貌,医生利用CT和面部扫描技术扫描他的头骨,然后根据扫描的图像在电脑中构建正常的脸部3D模型,最后利用3D打印技术将模型打印出来。通过使用特殊的尼龙塑料,医生可以打印出与莫杰脸部完美贴合并且栩栩如生的假脸。
  对于莫杰来说,这半边假脸使其生活有了质的飞跃,他又能正常的饮食了。不过这项技术的潜在应用更让人期待:各种完美贴合的假肢可以快速的制造出来,而且还很便宜。
  6个月大的美国男婴卡伊巴也是因3D打印装置获救的人,救他一命的是一个不起眼的小塑料片。
  由于患上了气管支气管软化,卡伊巴的呼吸道关闭,脸色发青。这种疾病在婴儿中并不罕见,但卡伊巴是医生见过的最严重的病例,可能因此丧命。医生对卡伊巴的胸部进行了CT扫描,并用电脑设计软件制造了一个可完全贴合在呼吸道上的夹板,用它打开了卡伊巴的呼吸道。在被植入夹板几分钟后,卡伊巴就开始恢复呼吸。三周不到,他就完全摆脱了呼吸器。
  在医疗领域,3D打印的潜力才刚刚得到开发。华盛顿国家儿童医疗中心的医生用3D打印机制作了一颗高仿真心脏,用于演练复杂手术;有生物公司用活体细胞打印出功能完善的微型肝脏,使得人工培育出肝脏的想法进一步接近现实;另一家公司也研制出可以替换因疾病或创伤受损的颅骨的3D打印移植体。该技术的优势在于,可以根据数字扫描的病人颅骨模型,一层一层地“印出”匹配的移植体。精确的制造技术甚至可以在替代物上制造出促进细胞生长、使骨骼贴合更容易的微小的表面或边缘细节。该公司已经成功利用该技术替换了一名病人75%的颅骨。
  造军舰和枪械让暴力泛滥?
  任何一项新技术的前沿应用中,都离不开军事领域。有统计显示,美国的3D打印设备的数量已经占到了全世界的40%,其中相当数量集中在军工领域的开发和模具的制造上。
  今年1月7日,美军快速装备部队将其第二个移动远征实验室部署到战区,该实验室可通过卡车或直升机运送至任何地点,它能通过3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材生产加工成所需零部件,帮助设计人员在战区快速生产原型产品,增强美军作战能力。   美国海军迈克尔·伦扎中将近日撰文称,3D技术的进步可能改变水兵和海军陆战队员建造和修理飞机、获取弹药、设计掩体、制作食物和治病养伤的方式。这些变化有望使海上战略发生革命性剧变。
  他的设想是,未来船只不必运载真正的配件,只需携带3D打印机和成袋的各种粉末状原料,根据需要下载需打印物品的设计图就行了。海军甚至可以有浮式工厂船,这种船能接受按需打印订单,生产出完整的无人机。未来的打印机不仅能制造弹药筒,而且能再造它们的含能组分。研究人员说,3D打印甚至有可能生产出更优良的弹药。
  无论是火药、蒸汽机还是核能,每一项新技术的出现在带来革新的同时也伴随着警示。25岁的美国大学生科迪·威尔逊就以行动敲响警钟,他首次完全使用3D打印技术制造出一把手枪。设计图纸在网上发布后下载超过10万次,直到被美国国务院要求删除。除了威尔逊之外,还有更多人正在尝试用3D技术DIY枪械,鉴于其技术难度并不高,不少人都成功了。
  人们开始担心,不断普及的廉价打印机和其他数字制作工具,会让人们更容易获得武器。当这种制作武器的新方法被普及,犯罪案件数量是否会激增?但类似的疑虑或担忧并不能从技术本身寻找到答案,人类掌握的任何一项科技都是我们自身能力的延伸,用这些“双刃剑”来创造或是毁灭,决定权始终在人们自己手中。
  “最后一块拼图”
  其实以3D打印机为代表的桌面级数字制造工具还有更深一层的象征意义——它们成为第三次工业革命得以发生的“最后一块拼图”。以前只发生在工厂中、由专业人才主导的制造过程,借助此类工具与可随意分享的互联网,具备了被普通人所掌握的条件。基于此原因,曾经的《连线》杂志主编克里斯·安德森认为第三次工业革命5年前才真正开始。
  另一方面,一个时代的制造能力总是受制于这个时代的技术发展水平,而在技术之后的下一个瓶颈便是设计能力,这是不可更改的客观规律。这种泛化的“设计”能力,既属于设计师的创作,也属于工厂的产品研发,还属于学校的教育培训。3D打印机等制造工具将不可能变为可能,人类的想象力与生产力将再一次解放。
  随之而来的,必将是一波庞大的创业机会。互联网创业的吸引力在于它的低门槛及长尾市场的广泛存在,各类细分业务总能找到自己生存的空间;而传统制造业限于场地及设备,过高的启动门槛将大部分人拒之门外,桌面级制造设备则大幅降低了进入门槛,理论上使人人都具备开展制造业务的能力。
  借助于Kickstarter等网络平台,产品制造的成本问题也将解决,于是,小型工厂大量出现,制造业的长尾市场被前所未有地开发与覆盖,每种个性化的需求都能找到制造者和消费者。围绕这些设备与工厂,又将诞生一系列的周边服务商业链条。第三次工业革命的美好图景在想象中渐次展开。
  当然,比起如何推动制造业进行转型、带来多少创业机会、如何让设计能力更快地转化为生产力,对于我们这个时代,3D打印还有更让人兴奋的地方——它也许能打破存在于想法(梦想)与实现梦想(现实)之间的障碍。
  想法是天赐的礼物,起初只是火花般的灵感迸发,但人类的惰性加上将想法变成现实的种种困难很容易使我们慢慢变得不再那么兴奋。最终,我们学会将想法扼杀于摇篮之中,压制它们,不沉溺于幻想之中,甚至不再容许这些幻想干扰到我们的日常生活。
  这正是3D打印可改进的地方。只需按一下键,越来越多的想法能够成为现实,来自不同行业的越来越多的创新者将会引爆更多创新。这种创造力共振带来的影响或许将不仅限于工业革命层面,它甚至会引发一个智慧爆炸的时代。
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