3D打印是快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造，以數(shù)字三位CAD模型設(shè)計文件為基礎(chǔ)，運用高能束源或其他方式，直接構(gòu)造出物體的技術(shù)。被稱為“一項正在改變世界的浪潮，一個革命性的技術(shù)”。
 
3D打印有什么作用？
 
總的來說，第一是可以打印任何材料。傳統(tǒng)的機械加工，只能用鋼、鐵、銅，只能用金屬，但3D打印機現(xiàn)在任何材料都可以打印，塑料、木材、玻璃、生物材料、彩色石膏、金屬、陶瓷、食品材料、建筑材料如水泥，現(xiàn)在都已經(jīng)不是問題。
 
第二是可以塑造任何產(chǎn)品，武器、食物（巧克力、肉）服飾甚至房子、橋梁。汽車和飛機以前只能打印外殼，現(xiàn)在，很多內(nèi)部部件也可以打印，不久的將來，或許就可以一次性打印出整臺汽車。所以我說3D打印可以制造任何產(chǎn)品。
 
第三是它可以應(yīng)用到任何領(lǐng)域。有人認(rèn)為3D打印主要用于制造業(yè)，但實際不是這樣。比如在醫(yī)療領(lǐng)域，現(xiàn)在的技術(shù)不僅可以模擬人體的骨骼、肌肉和器官，還可以進(jìn)行生物打印。在科學(xué)研究方面，可以用3D打印出虛擬太空用于空間研究；在考古活動中，用3D打印史前物體模型；現(xiàn)在提琴、吉他和笛子這些樂器都可以打印出來。甚至梵高的畫，原來是平面的，現(xiàn)在我們用3D打印把它變成立體的。所以，它的應(yīng)用絕不僅僅是制造工業(yè)產(chǎn)品。
 

 
第四是任何人群都可以使用3D打印，它改變的是整個社會，而不僅僅是制造業(yè)。在以往，技術(shù)革命只和工程師、企業(yè)有關(guān)。但現(xiàn)在，任何人，不管男女老少，都可以接觸3D打印。這個技術(shù)的發(fā)明者美國人xxx把它的整個技術(shù)公開放在網(wǎng)上，這叫做開源。任何人都可以下載，自己購買零件來組裝?，F(xiàn)在的小學(xué)生都在使用3D打印機上課了。美國總統(tǒng)奧巴馬2012年在美國國務(wù)卿會議上說3D打印將來要改變世界，改變美國的經(jīng)濟，他要求把人力、精力、資金用到3D打印上來。在那之后，中國現(xiàn)在也掀起了3D打印的熱潮。
 
一臺最簡單的3D打印機，20年前在美國可能要賣到幾十萬美元，但現(xiàn)在只需要幾千元人民幣， 開始進(jìn)入人們的家庭。未來，每個家庭都可能擁有一臺甚至幾臺3D打印機，用于打印食品、服裝、玩具。而未來的工廠又是什么樣子？實際上可能已經(jīng)不再需要其他機器，不需要各種各樣的模具，3D打印機可以用分層堆疊的方式，從二維一層一層地變成三維，作出任何形狀的物體來，所見即所得，而傳統(tǒng)注模方法形狀稍微復(fù)雜一點，就很難實現(xiàn)。
 
醫(yī)療實際上是3D打印最有前途的領(lǐng)域。人和物品不同，每個人的身體都不同，要實現(xiàn)真正的個性化醫(yī)療，首先要了解病人的身體結(jié)構(gòu)，我們用X光或CT為病人做了透視之后，根據(jù)成像用3D打印模擬出病人生病位置或器官的模型，有了這樣的實體醫(yī)療模型，醫(yī)生就可以非常直觀地進(jìn)行測量、分析，對癥醫(yī)治。
 
一個患上氣管萎縮的孩子，或者面部骨骼受損的孩子，可以使用3D打印的方法做出人工的氣管和骨骼，使損傷得到修復(fù)。3D打印可以解決大量類似的問題，很多金屬或塑料材料的植入物與人體相斥，采用可生物降解的高分子材料打印的植入物則可以在功能完成后，在體內(nèi)自動降解，不會造成副作用。緩解老年人心血管堵塞的心臟支架就可以用到這樣的技術(shù)。目前醫(yī)療領(lǐng)域最具創(chuàng)新性的研究是器官打印。
 
在機械加工領(lǐng)域，目前最好的3D打印機精度可以達(dá)到微米和納米級別。用一臺納米打印機打印的埃菲爾鐵塔，直徑只有100個微米，而且細(xì)節(jié)都要打印得很準(zhǔn)確。
 
3D打印前沿速覽
 
3D打印在美國出現(xiàn)的時候，我剛剛在美國取得博士學(xué)位，于是就開始研究3D打印。1996年時，我和團隊發(fā)明了用快速成型技術(shù)進(jìn)行模具制造的方法，論文發(fā)表在1998年的美國眾多學(xué)術(shù)期刊和會議中，到了2003年4月，專利得到批準(zhǔn)。簡單的說，快速成型技術(shù)進(jìn)行模具制造，就是用電腦上的CAD軟件設(shè)計一個模型，之后將模型用3D打印機打印出真實的立體模型，用金屬粉末將實體模型包裹之后，再把模型抽去，留下腔體，經(jīng)過高溫?zé)?、拋光，金屬粉末融合為整體，就變成了模具。把這個模具安裝在工業(yè)注塑機上，就可以大規(guī)模地生產(chǎn)同樣形狀的產(chǎn)品了。
 
我們的第二個重要成果，是利用多排多陣列3D打印機技術(shù)復(fù)雜生物組織的微孔反?？焖俪尚椭圃?，2003年在美國提出來的。多排多陣列3D打印機技術(shù)包含多個控制矩陣陣列噴頭，可以直接與電腦連接，設(shè)計打印多個復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如肝臟，毛細(xì)血管等復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)時候，先制作反模，再澆筑有機物，通過去掉反模，快速得到需要的結(jié)構(gòu)。順便提一下，生物打印材料也很關(guān)鍵，因為現(xiàn)成可用于3D打印的材料不存在，而且要與人體想匹配，最終能夠降解，我主要做生物3D打印，所以材料都要自己設(shè)計。
 
目前一個更具創(chuàng)新性的3D打印項目得到了美國自然科學(xué)基金的大量資助，我稱之為人工光合作用系統(tǒng)的制造過程。這個項目的想法最初來源于全球能源問題。太陽能是很好的資源，但用太陽能板發(fā)電，轉(zhuǎn)換率很低，制造過程還會對環(huán)境產(chǎn)生影響。但植物光合作用只需要光、水和空氣，光合作用之后形成的生物能源，稍加變化就是燃料。所以，我們希望利用3D打印構(gòu)造出樹葉的結(jié)構(gòu)，模擬光合作用。但其實，3D打印完全可以很好地做到。只要噴頭設(shè)計的足夠精細(xì)，就可以把每一層打印的很細(xì)密，模擬出樹葉的管道和分層結(jié)構(gòu)，利用特殊的生物材料，讓太陽光、水和二氧化碳在這些結(jié)構(gòu)中進(jìn)行光合作用，合成人類需要的能量。
 
現(xiàn)在已經(jīng)有人專注在做4D打印，簡單說一下4D打印的原理，就是3D打印出來的物體，利用其材料特殊性，在被施加一種能量——可以是水、光、電——刺激后，就會發(fā)生形狀變化。即在三維之上，在時間位移這個第四維上，發(fā)生了性狀的變化。用3D打印出的薄薄的紙片，澆上水后就變成了搖擺的椅子；一個簡單的環(huán)形項鏈，加上能量之后，就出現(xiàn)了漂亮的花紋；一件婚紗太大太復(fù)雜，可以把它的形狀和褶皺都設(shè)計在一個特殊的結(jié)構(gòu)中，3D打印出來只有體積很小，需要用時，用光或電作用一下，就可以展開成為完整的婚紗。這就是4D打印。
 

 
結(jié)束之前，跟大家講一個3D打印領(lǐng)域更加令人震驚的革命，那就是CLIP技術(shù)，它的問世，可令3D打印速度提升100倍。——傳統(tǒng)3D打印技術(shù)使用液態(tài)樹脂逐層堆疊，一層固化后再進(jìn)行下一層，具有速度慢，表面粗糙等特點。CLIP（Continuous Liquid Interface Production）技術(shù)即“連續(xù)液界面生產(chǎn)工藝”，利用光和氧氣連續(xù)地從樹脂材料中逐出模型，而非傳統(tǒng)的逐層打印。利用這種技術(shù)，一個原本要用10個小時打印的物體，可能只需幾分鐘就能完成。所以現(xiàn)在這個技術(shù)拿到了很多投資，很多大的制造廠家對此都欣喜如狂。