工作原理與普通打印機無異，只是打印材料不同

　　由成龍主演的電影《十二生肖》有這樣一個情節(jié)：被盜走的國寶十二生肖頭像數(shù)據(jù)被電腦掃描后，一模一樣的獸首就可以從一臺神奇的機器上制造出來。——這個情節(jié)簡單地介紹了3D打印的流程，看上去似乎很簡單，并沒有什么特別。

　　3D打印機究竟是什么原理呢？它和傳統(tǒng)打印機有何區(qū)別？和雕刻技術又有何不同？

　　說起它的原理，其實一點都不復雜，其運作原理和傳統(tǒng)打印機工作原理基本相同，也是用噴頭一點點“磨”出來的。只不過3D打印它的噴的不是墨水，而是液體或粉末等“打印材料”，利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。

　　對此，中科院廣州電子科技有限公司的技術人員王宏偉把它比喻成切西瓜和疊西瓜的過程，“你可以想象一下，這里有一個西瓜被電腦掃描了之后，它的身高、體重、三圍都有很詳細的數(shù)據(jù)了，然后在根據(jù)這個數(shù)據(jù)把西瓜分割成無數(shù)個薄薄的橫截面，3D打印機就是把這些無數(shù)個橫截面疊加成一個西瓜的過程。”

　　3D打印過程就像切西瓜和拼西瓜

　　這里的“西瓜切片”要比我們實際所見的西瓜片薄很多，據(jù)王宏偉介紹說，目前根據(jù)使用材料的不同，3D打印的切片最薄的達到16微米，也就是0.016毫米，相當于比我們頭發(fā)直徑的一半還要薄，用肉眼是看不到的。如此精細的工藝，還主要集中在3D制造工藝相對成熟的國外產(chǎn)品上，而國內(nèi)3D打印機的切片厚度通常都在0.178毫米以上。

　　當然，如此輕薄的切層，想要堆積起來并不是一件容易的事兒，目前實現(xiàn)堆疊薄層的技術也多種多樣，王宏偉簡單地介紹了兩種技術方法：“有一種叫立體光刻，比如以色列的Object公司3D打印機，就是將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴在鑄模托盤上，然后經(jīng)紫外線處理，托盤依次下降極小的一層，以供下一層堆疊上來。因為這種技術要求非常精細，因此生產(chǎn)出來的樣品不需要打磨，表面就非常光滑。”此外，王宏偉把常用的“熔積成型”比喻成“擠牙膏”：“牙膏管的口就類似3D打印機的噴頭，牙膏就類似3D打印的原材料，原材料在噴頭內(nèi)經(jīng)過熔化，最后沉積成塑料纖維形成薄層。”

　　簡單而言，3D打印機做的是“加法”，把一層一層疊加起來形成成品，而傳統(tǒng)的模具制造采用的是雕刻手法，在一整塊材料上，把不需要的部分剔除最后成型。顯然，前者更加環(huán)保，也更加有效率。

　　國內(nèi)可用材料有限，主要打印工業(yè)塑料

　　跟傳統(tǒng)打印機不同的是，3D打印機使用的材料并非是“墨水”，而是液態(tài)或者粉末材料。據(jù)王宏偉介紹說，目前國內(nèi)研發(fā)的3D打印機能使用的材料非常有限，主要是具有高強度、耐沖擊、耐熱度等特點的工業(yè)塑料，集中在PC和PC-ABS 這兩種。這兩種材料在日常生活中的應用非常廣泛，例如工地上的安全帽和汽車上的方向盤，都有可能是這兩種材料制造的。

　　不過，3D打印材料在國外的研發(fā)則更為多樣和先進，除了上述材料，國外3D打印機還會使用光敏樹脂、金屬、石膏、生物陶瓷等材料。美國就有研究人員用磷酸鈣生物陶瓷曾經(jīng)打印出人體骨骼，并在小狗身上做了實驗，小狗完好地生存了下來。

　　今年2月，美國康奈爾大學發(fā)表報告稱，利用3D打印機打印出人造耳朵。那么，這種人體器官又是用什么材料制造而成呢？

　　據(jù)悉，美國康奈爾大學研究人員首先利用快速旋轉(zhuǎn)的3D相機拍攝數(shù)名兒童現(xiàn)有耳朵的三維信息，然后將其輸入計算機，3D打印機會據(jù)此打印出耳朵模子。研究人員在模子中注入特殊的膠原蛋白凝膠，這種凝膠含有能生成軟骨的牛耳細胞。此后數(shù)周內(nèi)，軟骨逐漸增多并取代凝膠。3個月后，模子內(nèi)出現(xiàn)一個具有柔韌性的人造外耳，其功能和外表均與正常人耳相似。

　　除此之外，英國也有機構在嘗試通過3D打印機來打造人體的干細胞，從而突破諸多醫(yī)學難題。不過，對此，中科院廣州電子科技有限公司董事長、研究員李耀堂就表示：“3D打印離人體器官實用化的道路非常漫長，例如一個腎臟，結(jié)構非常復雜，很多血管，這些東西目前是無法打印出來的。”

　　談資

　　1. 3D打印與普通打印機的區(qū)別

　　無論是3D打印機還是傳統(tǒng)打印機，都稱為打印機，工作原理基本相同。它們最大的差別就在于耗材不同，普通打印機的耗材是由傳統(tǒng)的墨水和紙張組成的，而3D打印機主要是由膠水和粉末組成的，都是經(jīng)過特殊處理的材料，但是對固化反應速度和模型強度以及分辨率都有很大關系。

　　2.世界上最小的

　　3D打印機

　　世界上最小的3D打印機是由維也納大學的研發(fā)小組只花費了1200歐元(約1.1萬元人民幣)組裝的打印機，由于他們完美的設計，成本被大大降低，打印機大小也比預計的要小得多。

　　它的外形只有牛奶盒大小(當然我們說的是大盒裝的)，重量僅有3.3磅(約1.5公斤)，是世界上最小的3D打印機。

　　3.打印玩具

　　最快20分鐘

　　3D打印機被很多人應用在給小孩子大玩具上，目前，最大能打印出15厘米×15厘米規(guī)格的玩具，空心的玩具最快只需要20分鐘，實心的最慢也只需要三四個小時即可打印好，在材料成本方面也只需要幾十元，和普通玩具售價差不多。

　　4.美國打印槍支

　　需安裝金屬釘

　　美國已有網(wǎng)站上載了槍支的三維數(shù)據(jù)模型，網(wǎng)民花3000美元買臺3D打印機，下載了槍支數(shù)據(jù)模型在家就能打印槍支。這種槍支是塑料制品，使用壽命短，可以逃避槍支金屬檢測，具備殺傷能力。美國已規(guī)定3D打印的槍支一定要加入一顆金屬釘，使其不能逃避槍支金屬檢測。

　　5.能打印食物嗎？

　　在這里，食物僅僅是一些分開存放的不同粉末。這些不同的粉末加上油和水，然后通過3D打印機制造出不同風味的食物。3D食物打印機由軟件控制，能夠打印出任何你想要的食物。

　　6.3D打印的材料貴嗎?

　　打印材料根據(jù)種類和國內(nèi)國外生產(chǎn)有所不同，譬如同樣的ABS塑料的材料，國內(nèi)廠家售價在幾百元每公斤，國外廠家的售價在上萬元每公斤。