桌子上的工廠——3D打印機(jī)

一到周末，美國(guó)加州圣塔克拉拉14歲的賴?yán)⒁姿咕蜁?huì)和幾位八年級(jí)的朋友聚集在他家里。他們大約有五人，只要誰(shuí)方便，就會(huì)帶一些薯?xiàng)l和豆醬到車(chē)庫(kù)去，賴?yán)退陌职职炎约臆?chē)庫(kù)打造成一個(gè)類(lèi)似于尖端制造中心的地方。無(wú)論這些男孩夢(mèng)想得到什么東西，幾乎都可借助一臺(tái)被稱(chēng)作“RapMan”的機(jī)器“打印”出來(lái)。隨著時(shí)間的流逝，桌上擺滿了他們的作品：火箭、吉他撥片、刀叉等等。他們談?wù)摰囊彩侵T如塑膠的噴射速率和熱力學(xué)，以及此類(lèi)力量對(duì)他們所造東西的精確度有何影響等話題。“你打印的這個(gè)變速器漂亮極了。”一個(gè)名叫道格拉斯的男孩對(duì)賴?yán)f(shuō)。梳著爆米花頭的瘦弱男孩弗農(nóng)正在向伙伴們炫耀新近打印的塑膠指節(jié)銅環(huán)（套在指節(jié)上作為武器使用）。賴?yán)团笥褌儗?duì)這一切早已習(xí)以為常，大家在電腦上設(shè)計(jì)自己想要的東西，然后用微波爐大小的機(jī)器把它們變?yōu)閷?shí)物。這臺(tái)名叫“RapMan”的機(jī)器，其實(shí)是對(duì)很多企業(yè)使用的昂貴、精密的原型機(jī)的粗糙模仿，就如玩家版的個(gè)人電腦因陋就簡(jiǎn)地模仿大型主機(jī)電腦一般。賴?yán)退陌职只?2個(gè)小時(shí)，用1500美元的玩家套件組裝了一臺(tái)3D打印機(jī)。

如同很多3D打印機(jī)一樣，劉易斯父子的這臺(tái)RapMan是把塑膠熔化，然后操控移動(dòng)噴嘴把它噴射出去。噴嘴來(lái)回移動(dòng)，伴隨著電流的茲茲聲，一次把一層超薄的液體塑膠均勻噴涂在一個(gè)平臺(tái)上。如果要打印一個(gè)杯子，這臺(tái)機(jī)器就會(huì)先噴涂一圈塑膠，然后把平臺(tái)降低幾分之一毫米，再噴涂一圈塑膠，直到杯子做好為止。想要做個(gè)杯把，或是把你的名字刻在杯子上嗎？RapMan也做得到，只要進(jìn)入一種免費(fèi)的3D軟件程序，把物品設(shè)計(jì)成你想要的樣子，再點(diǎn)擊打印就可以了。

25年來(lái)，汽車(chē)制造商和航空公司一直在使用工業(yè)等級(jí)的3D打印機(jī)，為它們的交通工具制作零件模型。最近，醫(yī)學(xué)界開(kāi)始使用這種機(jī)器來(lái)制造助聽(tīng)器和隱形牙套，建筑師利用這種技術(shù)來(lái)制作模型，電子公司則用它來(lái)制作最新產(chǎn)品的原型。對(duì)于各個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，3D打印機(jī)已經(jīng)成為開(kāi)展業(yè)務(wù)必不可少的裝備。3D打印機(jī)的打印原料有塑膠、金屬、玻璃、陶瓷等。軟件制造商們還在努力研發(fā)打印物體的更佳原材料。

目前，3D打印機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模約為17億美元，這一數(shù)字到2015年將達(dá)到37億美元。和所有技術(shù)一樣，3D打印已經(jīng)從工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域擴(kuò)展至大眾消費(fèi)領(lǐng)域。只要花上1299美元，任何人都能買(mǎi)到一臺(tái)3D打印機(jī)。人們可以在自己的電腦上，甚至是iPad上設(shè)計(jì)、定做東西，然后把這些東西傳輸?shù)?D打印機(jī)里即可。

這項(xiàng)技術(shù)意味著乏味的批量生產(chǎn)的終結(jié)。家用器皿制造商將從設(shè)計(jì)那些毫無(wú)特色、迎合大眾口味，然后在工廠里批量生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)件產(chǎn)品的流程中解脫出來(lái)。電子商務(wù)公司亞馬遜再也無(wú)需把商品運(yùn)送到顧客家里，顧客只需在家中購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)然后自己打印出來(lái)就行了。經(jīng)驗(yàn)豐富的工業(yè)設(shè)計(jì)師斯科特·薩米特意識(shí)到，年輕一代已經(jīng)接受這一理念?！叭缃?5歲的年輕人不會(huì)再拘泥于傳統(tǒng)的條條框框。有些人從11歲開(kāi)始就制作3D造型，對(duì)這方面很是著迷。他們能在一個(gè)星期內(nèi)開(kāi)一家制造公司，對(duì)于制造業(yè)有全新的看法。”薩米特應(yīng)該清楚，他的3D打印便能為截肢者定做假腿。

打印實(shí)物的技術(shù)并不是在硅谷，或某個(gè)資金充足的企業(yè)研究實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)發(fā)出來(lái)的，它大約30年前發(fā)端于南加州，當(dāng)時(shí)查克·赫爾在一家叫作“紫外線產(chǎn)品”（UVP）的中型制造廠工作。身為一名受過(guò)訓(xùn)練的工程師兼物理學(xué)家，赫爾主導(dǎo)研發(fā)了公司的紫外光固化樹(shù)脂，這種樹(shù)脂可涂在家具及其他東西的表面上，作為保護(hù)層。

“我當(dāng)工程師已經(jīng)20年了，很清楚要澆鑄零件的塑料模型是件很麻煩的事情?！爆F(xiàn)年73歲的赫爾說(shuō)，“你想要設(shè)計(jì)一個(gè)零件，就得到精密工具制造商那里，讓他做一個(gè)塑料模型。任何細(xì)微的修改都要讓整個(gè)過(guò)程重來(lái)一遍。所以說(shuō)用一臺(tái)機(jī)器自己制造零件的想法實(shí)在是太酷了?！?/p>

在UVP公司的一間密室里，赫爾造出了第一臺(tái)簡(jiǎn)陋的3D打印機(jī)。他把液體樹(shù)脂倒進(jìn)一個(gè)小盆里，還架設(shè)了一個(gè)平臺(tái)，由小盆里的電動(dòng)升降裝置來(lái)控制。然后，赫爾安裝了一套頂端有遮板的移動(dòng)式紫外光裝置，并編寫(xiě)了一些軟件來(lái)控制所有這些零件。平臺(tái)會(huì)上升到樹(shù)脂表層的附近，以便于只會(huì)有薄薄的一層液體噴涂在上面。這時(shí)紫外光裝置發(fā)出光線，塑膠變硬，接著機(jī)器把平臺(tái)降低，涂上一層新的樹(shù)脂，制作工程便重新來(lái)一遍。

當(dāng)赫爾把這臺(tái)機(jī)器展示給UVP公司的總裁看時(shí)，卻聽(tīng)到一個(gè)令人沮喪的消息：公司業(yè)務(wù)每況愈下，赫爾和另外幾名員工都將被解雇。于是他和總裁談條件：赫爾將圍繞著這項(xiàng)新技術(shù)開(kāi)一家公司，并給予UVP部分所有權(quán)。赫爾為這一工藝流程申請(qǐng)了專(zhuān)利，并稱(chēng)之為“立體印刷”?！拔业搅?0多歲才開(kāi)始創(chuàng)業(yè)”，他說(shuō)，“我們給公司取名為‘3D系統(tǒng)’，并一路向前狂奔?！?/p>

如今，在“3D系統(tǒng)”公司南卡羅來(lái)納州羅克希爾廠區(qū)里，有一個(gè)用玻璃圍起來(lái)的區(qū)域，生產(chǎn)經(jīng)理克里斯·劉易斯正站在一臺(tái)sPro230型機(jī)器前面。這臺(tái)和工具室一樣大的機(jī)器本身就是一座工廠，能輕而易舉地造出購(gòu)物推車(chē)、汽車(chē)儀表板、燈具、玩具城堡……

每臺(tái)sPro230都裝滿了一種特殊型號(hào)的塑膠粉，每磅的價(jià)格為55美元。劉易斯把電腦設(shè)計(jì)的要打印物品的3D影像傳輸?shù)綑C(jī)器上，它就會(huì)開(kāi)始制作產(chǎn)品，每次制作超薄的一層。一只機(jī)械手會(huì)把一層塑膠粉撒在sPro230內(nèi)部的平臺(tái)上，然后一束激光會(huì)從上往下照射，并按照預(yù)先設(shè)定的位置把粉熔成硬塑膠。接下來(lái)，平臺(tái)降低0.003到0.006英寸，具體根據(jù)設(shè)定的來(lái)調(diào)整。滾軸把另一層粉涂在平臺(tái)上，激光再照射一次，重復(fù)不斷。

奔馳、本田、波音和洛克希德·馬丁等公司都開(kāi)始采用3D打印機(jī)來(lái)制造原型，或是制造最終產(chǎn)品所需要的零件。這項(xiàng)技術(shù)的擴(kuò)展還吸引了真空吸塵器制造商O(píng)reck和牙齒矯正器制造商隱適美。微軟公司也使用3D打印機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)電腦鼠標(biāo)和鍵盤(pán)?！百?gòu)買(mǎi)寶馬車(chē)的人會(huì)希望車(chē)子的零件上有自己的名字，或是按照自己的體型來(lái)定制座椅?！薄?D系統(tǒng)”公司的首席執(zhí)行官亞伯·雷欽特爾說(shuō)，“目前我們正在研究實(shí)驗(yàn)室里打印巧克力，所以歌蒂梵（比利時(shí)巧克力生產(chǎn)商）可能會(huì)把你的臉印在糖塊上，就看你的想象力了?！?/p>

今年55歲的雷欽特爾八年前加入“3D系統(tǒng)”公司。去年公司的年收入增長(zhǎng)了44%，達(dá)2.304億美元。從他的辦公室向外望去，可以看到車(chē)間里有很多用玻璃圍起來(lái)的生產(chǎn)中心。其中的一個(gè)大房間里，一臺(tái)工具棚大小的機(jī)器正在為客戶生產(chǎn)零件。另一個(gè)房間是一臺(tái)冰箱大小的機(jī)器，它是客戶預(yù)定的，將會(huì)被送到一位建筑師的家中，或是一位牙醫(yī)的辦公室里。車(chē)間里，一袋袋200磅一袋的塑膠粉堆放在工作臺(tái)邊。

雷欽特爾對(duì)自己公司所經(jīng)營(yíng)的代印服務(wù)和生產(chǎn)的3D打印機(jī)非常自豪。他們的打印機(jī)可打印出數(shù)十種顏色，打印的物件在體積上最大可達(dá)到5.5英寸×5.5英寸×5.5英寸，對(duì)于棋子、首飾等物品，這個(gè)尺寸足夠了。打印機(jī)使用的原材料是50美元一軸的塑膠線。一軸塑膠線就可以制作15個(gè)iPod Nano播放器的箍套，而每個(gè)箍套需費(fèi)時(shí)90分鐘打印出來(lái)。你還可以使用軟件自行設(shè)計(jì)你想要的物品，或花錢(qián)在“3D系統(tǒng)”公司的“Cubify”網(wǎng)店里，從數(shù)千種設(shè)計(jì)中選取一款——4.99美元一只大象、10美元一個(gè)戒指、15美元一個(gè)手動(dòng)刮胡刀。

自工業(yè)革命以來(lái)，制造業(yè)者一直在擔(dān)心他們的產(chǎn)品對(duì)大眾是否具有吸引力。如果你絞盡腦汁設(shè)計(jì)出一款燈具，你必定想要知道是否會(huì)有很多人訂購(gòu)它，以便讓生產(chǎn)成本合算?？扇缃襁@套公式已不再適用，設(shè)計(jì)師不用擔(dān)心自己的設(shè)計(jì)遭遇滑鐵盧，因?yàn)樵诋a(chǎn)品真正有人訂購(gòu)前，根本沒(méi)有生產(chǎn)成本。就像雷欽特爾說(shuō)的：“我們工作的基本前提是，每個(gè)人都能做出或買(mǎi)到他們想要的東西?！?/p>

[譯自美國(guó)《布隆伯格商業(yè)周刊》]