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3D打印：从想象到现实 [:1700398876]
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3D打印：从想象到现实 第14章 3D打印的下一篇章
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人类之所以有别于其祖先，就是因为会制造工具。增材制造技术可能会成为永久改变人类文明的最终工具。伴随着不可预测和无法抗拒的海啸般的冲击，每一次设计和生产工具的改进都会掀起社会变革的新浪潮。对于崭露头角的实物打印世界而言，这本书只能触及其冰山一角。
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当我还是马萨诸塞州波士顿市布兰迪斯大学的一名博士后时，我的导师乔丹·波拉克和我打印了一个完整的工作机器人。这是一个简单的机器人，但是其整个身体都是自动设计和打印出来的。1999年年底，第一个机器人打印完成，而后历经10个月，直到2000年8月下旬的某日，这个消息才登上了《纽约时报》的头版。
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那是个喜忧参半的时刻。首先，报纸的编辑明确告诉我们，这则消息之所以能够上头版，是因为编辑们急需新闻。那一天—2000年一个闷热的夏日，是有史以来报纸出版最慢的一天。没有（绝对是没有）什么其他消息可以刊登在头版，所以才有了《机器人制造机器人》。
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但是一种更挥之不去的感受与这则爆炸性的消息无关，而是不满意，不满意这个机器人不完全是3D打印出来的。机器人的身体和关节是打印出来的，这是令人兴奋的进步，但是它的其他大部分，使之成为机器人的零部件（电线、电池、传感器、驱动器和“大脑”），则是人工组装的。要想真正打印出一个完整的机器人，包括电池等零部件完全组装的机器人，仍然任重道远；要想打印出一个完全活动的、不需要组装的系统也需要一段时间。
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作为新一代产品的领航者，3D打印机的首次亮相可能并不能像正在发酵的政治丑闻那样吸引眼球，但却暗示着新一轮更大变革海啸即将来袭。
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图14–1 GOLEM项目打印出来的进化机器人（2000年）
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注：白色的机身通过进化模拟设计并用3D打印机制作，电线和电机由手工完成。
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图14–2 285微米赛车：在微尺度上使用立体光刻工艺进行的3D打印
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图片来源：Jürgen Stampfl,Vienna University of Techology
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科幻作家科利·多克托罗说：“我认为科幻小说家不擅长预测未来。我们大多是在未来的外衣下描绘现在。”那么3D打印和设计技术的未来外衣是怎样的呢？不久的将来，我们将很快拥有更多可供选择的材料、更高的打印分辨率、更快的加工速度和更低的机器成本。新的应用和意想不到的新事物将会源源不断地涌现。那之后呢？
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3D打印：从想象到现实 [:1700398877]
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3D打印的三个篇章
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本书首先回顾了增材制造技术的演变，作为人类进步的一大里程碑，它标志着人类在控制有形物质方面所取得的进步。旅程的第一篇章回顾了人类史无前例地实现了对物体形状的掌握。今天的3D打印机几乎可以打印任何材料：从尼龙到玻璃，从巧克力到钛，从水泥到活细胞。
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创造任意形状的能力已经产生了深远的影响，超过了工程设计。大规模生产正在成为大规模定制。未来，随着3D打印技术的改进，每个人都会设计和制造复杂产品。与传统制造业并存的资源和技能障碍将得以缓解，使创新大众化，持续释放人类创造力。
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旅程的第二篇章刚刚启幕—控制物质的构成，不仅仅是塑造外部几何形状，而是以前所未有的逼真度塑造出新的超材料的内部结构。
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有一天，我们将能够用不同的材料制作材料。当3D打印机可以通过新的方式将原材料加以混合，新型材料就会出现。材料制造过程将会摆脱传统的先制造单个零部件后组装的弊端。有了混合材料打印，多元结构的部件将会被同时制造、同时组装出来。在一个较小的范围内，我们将会以纳米级的精度将多种材料嵌入和编排到复杂的微观结构中。
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基于该种可能，你可以打印定制的网球拍以巧妙地放大你独特的反手能力，或者为缓解你的背痛植入定制的椎间盘（但这两项在职业运动中可能不被允许）。尽管这种可能性非常大，但很少有材料科学家能够预测这些新材料的性能，也很少有设计者能够开辟出全新的设计空间。为了增强人类的创造力，新的设计工具亟待出现。
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旅程的第三篇章正如我们已经观察到的早期迹象，就是控制行为。在这一篇章中，我们超越第一篇章中对物质形状的控制，也超越第二篇章中对结构的控制。在第三篇章中，我们将程序编写进材料，使其具备我们所需要的功能。我们不再打印被动的零部件和材料，而是打印能够感知、反应、计算和行动的综合的主动系统。我们不仅要控制物体的机械功能，更要控制信息和能源的处理过程。