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Economist原文:  A factory on your desk

翻译 Gias

制造业：制造坚固的物品，甚至是十分复杂的东西，用3D打印机已经逐渐变得更加简单便宜。也许，这样的设备有一天会如同文件打印机一样广为流传。

在度假前你决定买一双软运动鞋。通常的程序是去一家商店，挑选一种样式然后试穿，以确定他们是否舒适。相反，你可以这样想象一下：在电脑上设计一双款式、颜色合你心意，符合你尺码的鞋子，或者从网上下载一种设计后定制，然后打印并离开去吃午餐，与此同时，在你桌上的一台机器将为你制造出它。当你回来后，你的软运动鞋已经做好了。但是他们并没有完全合格，所以在进行了另一次略微的修改后，你打印出第二双，使其变得更完美。

这种打印一双运动鞋的技术，或者是至少一口气做完而不是把各个部分拼凑起来的技术现时并不可用。但是它正在逼近。一系列数量增多的事物，从新消费品的实体模型到珠宝和航天体元件，正在被一种一层层制造物体的机器制作，就像三维打印一样。一般术语将之称为“添加剂制造”，但是最广泛的使用设备叫做3D打印机。有些打印机已经变得十分小，和台式设备一样。它们不仅进入了车间工厂，而且也被设计师、工程师、研究者使用，并且被更多的企业家用来开发全新的业务。

现有的3D打印机通过一系列技术，使用于不同领域。从价值低于10000美元的物品到超过1百万美元的使用先进生产件的高档设备，都在此范围内。根据物体的大小、使用的材料和细节的要求程度，打印一个相对小而简单、和你手掌一样大的物品一般花费大概一小时，打印一个更大更复杂的物品需要一天左右的时间。最新的机器的制造精度已经达到少于0.1毫米。

Terry Wohlers，一个在科罗拉多州工作的咨询师，关注这个行业已久。他认为“添加剂制造业”的全球市场价值在2008年是120亿美元，而且它到2015年可以翻倍。他估计各种类型的3D打印机会占据75%的销售额，剩下的将是高效能的机械设备。他期望因为价格的下降和技术的改进，低价的3D打印机会占市场的90%。模型制造和原型速成将始终是最流行的用途，不过所有类型的机器会更多的用于完成品部件的直接制造，而不仅仅是原型。

虽然强大的设计软件允许三维物体的虚拟制造，很多设计师和他们的客户在制作和建造中投入大量资金前，还是偏好亲自审查、触摸并持有一个实体的物品。模型让人们将某些猜想排除在过程之外。以往这些模型都是用粘土、木头或金属手工做成的。这是一件缓慢费钱的过程。就算是制造一个非工作使用的模型这样一件看起来很小的事，比如一只鞋的鞋底，实际上都是一个复杂的过程。过去这通常会消耗天伯伦（全美最成功的鞋业公司）一周的时间将新鞋底从设计转化为模型，这大概会消耗1200美元。使用Z Corporation（位于马萨诸塞州伯灵顿）制造的3D打印机，只需花费90分钟和35美元。

3D打印机加速设计过程的能力将会对产业产生巨大影响。“现在工程师可以这样：有了想法，打印出来，拿着它和别人分享，然后修改并再打印一个”，Objet Geometries（一家制造3D打印机的以色列公司）的首席执行官大卫·赖斯说，“突然间，设计变得更具革新和创造性。”这样的机器不仅可制造塑料原料的固体物，还可以制造附有活动物的复杂物品，比如一条自行车链条的工作模型或者一个小变速器。并且他们可以打印复合材料制作的物品，比如一个拥有橡皮按键的塑料遥控装置。

一步一步渐进

所有三维打印过程的第一步是用软件从横截面测量将被创造的部分，计算每层需要被制作的数量。不同的机器有不同的途径。大多过程追根溯底是来自最早的三维打印形式：立体平版印刷。它被3D Systems（位于南加州）最先发现，并在1986年制造了第一台商用的立体平版印刷机器。

这样的机器制造物品，都是一次一层，用一层薄薄的液态合成树脂分配并使用紫外线激光器，在电脑的控制下，以需要的横截面的样式将其坚固。然后托盘下降，一层新的液态表面被运用，过程重复。最后，多余的软合成树脂通过化学浴疗方式清理。一种相关的方式（可追溯到十九世纪八十年代）是精选的激光烧结方式。它用高温激光熔化和焊接化成粉末状的陶瓷、金属或玻璃，一次一层，最终做成理想的三维形状。

相反，Z Corporation和Objet公司都用完善后的喷墨打印方式。Z Corporation用其机器内的印刷端部喷液体黏合剂在一层白色粉末上，但仅在那层需要坚固的部分。颜色同时被使用，使多颜色的物品可被创造。机架被降低大概一毫米的一小部分后，一层新的粉末被铺开并碾平。印刷端部而后重复这样的过程以创造另一层。当这些都完成且材料安排就绪后，松散的粉末被空气喷射吹走后，就显现出了完成后的结构。这些粉末可以是许多物质的一种，这其中包括塑料，这是一种特殊的可以变得和橡胶一样有弹性的物质，并且可以浇注合适制作模型的材料。每一层的产出大概花费15到30秒。

Object’s机器的印刷端，来回滑行放置很薄的层，这层由两种液态光聚合物组成。一种类型是在横截面需要坚固的地方打印，而另一种是在小洞、突出处和其他以空间为特征的地方(features with spaces).在每一层被打印后，在印刷端部会有紫外光源射出，在需要坚固的地方硬化聚合物，并且让第二层聚合物呈现出一种凝胶状以提供结构支持。建造托盘之后就下移重复同样过程。最后，一喷嘴的水会洗去凝胶状的支持材料。这台机器可以用多种坚固光聚合物制造不同颜色或性质的物品。

另一种打印方式是FDM。Stratasys是一家位于美国明尼阿波利斯的公司，它是这行中的领导者。这种方式是这样运行的：将丝状热塑性塑料从卷筒中展开，连接一个移动的喷丝头，将材料加热并融化，然后在建造托盘上将它塑造成希望的样子。这层材料之后就变硬以坚固每层需要的地方。当随后的每层被加进来后，熔化的热塑性塑料会和下面的一层融和。在比如突出物的部分，物理支撑可以被加然后被移走，或者水溶性的材料可以被安放后然后被洗去。

Stratasys公司的的Fred Fischer 认为这个行业未来的发展有两个方向。一方面，对可以快速做出概念模型的更便宜简单的3D打印机，将会有更多的需求，这些打印机可能就摆放在工程师和设计师的办公桌上。另一方面，对拥有更多特色和更高效能的精细机器也会有很大需求，这种机器是可以提供节省成本的方式来制造数千甚至是上万的元件。今天快速发展的原型制造，在明天会逐渐变成快速制造。费雪先生将其比作文件打印机的发展，它从小而便宜的家用设备到可以制造高质量的亮光纸杂志的工业设备。

如今最大最贵的3D打印机，可以用激光烧结直接制造复杂的塑料、金属和合金元件。在消费电子业、航空业和汽车制造业，它们已经变得越来越流行。它们不光可以离开传统的大规模机床成本来制造小数量的部件，而且可以用不同方法来制造，比如单个制作喷气式飞机上的空气动力导管，而不用用很多不同的元件来组装它，这些元件都需要用机器制造并被检测。

一些3D打印机早就可以在艺术家和爱好这的工作间看到。Jay Leno，以为美国电视名人，曾经买过Stratasys的机器，通过它他可以让自己的一台老车继续行驶。他一般将无法再买到的元件扫描到电脑里，或者用草图设计一个丢失的元件，然后打印出塑料做的复件。这可以在车上实验以检测设计是否合理。在一些调整后，最后的塑料模型可以让机器设计师做出金属质地的复件，或者将这个模型的数据都直接输入电脑控制的铣床。多亏了3D打印机，他的1907年的流线型汽车现在可以继续行驶。

现在在哪里？

很多人相信，为消费者市场开发的低价3D打印机最终会出现。3D Systems在五月时发布了一个新模型，仅花费10000美元。这听起来很多，要知道激光打印机在八十年代也需要花费这么多，而现在拥有它只需要少于100美元。Desktop Factory，一家位于加利福尼亚帕萨迪娜的新兴公司，有望发布价值4995美元的3D打印机，它会和早期激光打印机差不多大。

Object’s相信3D打印机通向大众的道路是通过喷墨技术，就如同二维打印机一样。用喷墨端打印不同材料的能力，不仅大大增加了模型制造能力，而且提升了生产可能。公司认为，他们已经离通过喷墨端、用工程质量的材料打印不远了。“当我们达到这点时，它将让我们走进短期生产。”Object’s的营销头头说。

Z Corporation的打印机，完成打印摄像机模型

通过二维打印，很多个人和小公司就不再需要复杂的机器，特别是当他们能用3D打印机台制造严苛的电子创造物时。很多“为订单生产”的服务开始出现。Z Corporation’s 的机器正在被用于为很多视频游戏，比如“魔兽世界”，“孢子”，“摇滚乐队”制造游戏内的角色。打个比方，“我们正处于这样的阶段：人们看着这项技术，说到‘我们可以用它开创事业’。”

Z Corporation’s的商业开发部领导说。

Shapeways是一家位于荷兰的公司，它让用户上传设计，选择建造材料而后得到一个制造报价。之后它用3D打印机将设计变成实体，寄给客户。3D Systems最近设立了一家合资公司叫MQast，它在网上提供铝和不锈钢零件，并用自己的机器制造。还有在印度的Chennai，也用Z Corporation’s的公司装备自己，它设立了网上的服务局，制造建筑类模型，生意遍及全球。

Wohlers先生认为3D打印机的医学运用也很有潜力。用电脑断层摄影进行数字切片，此时用3D打印机打印模型也早已可能。这些可以用于训练，比如向病人解释步骤，也可以帮助外科医生计划复杂的手术。很多医院开始使用3D打印机，在冲澡手术中制造消费者用的金属和塑料部件，作为人工的植入物。“通过喷墨打印机经活细胞放在生物可降解的脚手架上已可能”，他说，“有很多问题需要克服，比如血管的创造，但是最后我认为我们可以见到身体替代部分被打印出来。”

同时，制造这些训练器又如何了呢？一个家用的便宜的3D打印机可能需要很多年才能达成。但是定制一个标准化的工业品，而只是改变它的外表，比如给手机改变外观，会显得简单一些。“你可以用现有技术做这些，”Harmon先生说。你也可以做另一件简单但有用的事，比如一个破的娃娃的丢失的一部分。甚至，你可以制造自己的3D打印机。RepRap，一个在英国巴斯大学的开放资源的项目，已经制造出一种设计，这种设计可以用大概700美元制造一个3D打印机，包括免版税设计，这可以加到机器中制造另一个RepRap机器的塑料部件。这对于机械化的思维来说是一件有趣的事。别人肯想要等到本地硬件商店买了3D打印机，并开始提供一次性的制造服务，这种服务正是很大的需求所致。

原文由Magicfirm Gias翻译完成。

2011年2月26日。