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本文发表于《科学画报》 2012 年第 11 期 (上海科学技术出版社出版)。

打印版

打印出来的世界

- 卢昌海 -

本文是替《科学画报》撰写的专栏短文, 本站版本在若干人名和术语初次出现时注有英文。

美国科幻电视连续剧《星际迷航》(Star Trek) 中有一项 “小” 技术引起过很多观众的兴趣, 那就是食物复制机 (food replicator)。 使用者只要对着它说出食物名称, 它便能顷刻间将之制造出来。 与同属这一电视连续剧的未来色彩更浓厚的技术——比如 生命传输机 (transporter)——相比, 食物复制机的实现前景要光明得多。 事实上, 也许很少有影迷注意到, 比《星际迷航》中出现食物复制机还略早几年的 20 世纪 80 年代初, 一项与之有一定相似性的新技术: 三维打印机 (3-D printer) 就已问世了。

三维打印机顾名思义, 就是可以像普通打印机打印二维 (平面) 文稿那样打印出三维 (立体) 物体。 从某种意义上讲, 它的工作原理也与普通打印机相似, 只不过因为要打印的是三维物体, 打印过程必须分层进行, 打印所用的 “油墨” 则必须是可以层层粘连、 并能够固化的物质, 后者既可以是本身 (或经适当加热后) 就有粘连能力的塑料 (plastics)、 树脂 (resin) 等, 也可以是本身没有粘连能力, 但可以制成粉末靠粘合剂粘连起来的玻璃 (glass)、 金属 (metal) 等。

三维打印机在问世之初不仅体积庞大、 应用稀少, 而且价格非常昂贵 (直到 2005 年还动辄就要数万美元), 后来却大有突飞猛进之势, 获得了日益迅速的发展, 价格越来越低 (低端产品已降到了几百美元), 能打印的物品却从儿童玩具到机器零件, 从珠宝首饰到考古复原物, 越来越琳琅满目。 最近两年, 更是每年都有很吸引眼球的东西被打印出来: 2011 年是打印出来的航模一飞冲天 (不过发动机尚不是打印的); 2012 年则是打印出来的枪支横空出世 (不过弹药及某些非管制部件尚不是打印的)。 其中后者着实让很多人捏了一把汗——既替枪支管制担忧, 也替三维打印机本身担忧, 因为它若可以打印枪支, 很可能本身就会受到某种程度的管制。

三维打印机的快速发展不仅吸引了公众的眼球, 也引来了一些大公司——比如惠普 (Hewlett-Packard) 和谷歌 (Google)——的关注。 与此同时, 它的一些大型应用——比如打印建筑模块或真正飞机的部件——也被提上了议事日程。 在不久的将来, 住上打印出来的房子和乘坐打印出来的飞机也许都将不再是幻想。

粗看起来, 三维打印机虽然新奇, 它能打印的东西用传统生产方法也都能制造, 但细想一下, 两者却有着微妙且意义深远的差别。 比如传统生产的每个新设计都往往需要新的模具、 新的生产线乃至新的工厂, 三维打印机却不需要, 从而可以极大地降低技术革新的成本和发明创造的门槛。 另一方面, 三维打印机的成熟与普及有可能会改变全球的产业分布, 比如第三世界国家依靠廉价劳动力而获得的订单有可能会大量流失, 因为发达国家可以用三维打印机自行生产所需的产品或零件, 从而既免去飘洋过海的运费, 也节省了时间。 由此引起的世界经济格局的变化, 有可能是极为巨大的。 2011 年, 著名杂志《经济学家》(The Economist) 在介绍三维打印机时甚至将之与蒸汽机和晶体管那样的划时代发明相提并论。

不过, 上面这些发展与《星际迷航》中的食物复制机相比仍有一段距离。 除了专用于打印巧克力、 糖果等的单功能三维打印机外, 目前的三维打印机所注重的主要是形状、 强度之类的粗糙物理品质, 而不是对食物来说至关重要的细致化学成分。 为了保证细致化学成分的相同, 在《星际迷航》中, 食物复制机是在分子、 原子尺度上复制食物的, 这对于三维打印机来说还是遥不可及的 (后者目前达到的最小尺度约为 0.1 毫米)。 不过三维打印机也正在往微观尺度挺进着。 比如研制中的所谓 “器官打印机” (organ printer), 就是一种以细胞为 “油墨”, 试图打印出器官的三维打印机, 虽还达不到分子、 原子的尺度, 在某些方面却比《星际迷航》中的食物复制机更先进。

这样的进展若能持续, 三维打印机也许在不太遥远的将来就能打印出人们所需的绝大多数产品。 那时候, 它的生产商也许会效仿阿基米德 (Archimedes) 的口气做一句很夸张的广告: 给我一台打印机, 我就能打印出整个世界!

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