3D打印技术是一种可快速成型技术，已经有约40年的历史。随着技术的进步与制造成本的下降，3D打印逐渐用于一些产品的直接制造，包括“打印”义肢、牙齿及一些飞机零部件等高价值应用，也用于“打印”服装、玩具和食品等日常生活用品。近期，位于意大利马萨伦巴达的3D打印生态住宅TECLA屋建成，引发关注。这座双圆球造型的房屋使用多级模块化3D打印机构建，整个建造过程仅用了200小时。

花8天3D打印出一座生态住宅

位于意大利马萨伦巴达的TECLA屋可能是目前最有趣的3D打印生态住宅。它号称是全球首个由黏土材料通过3D打印制作而成的生态住宅。

和当前许多3D打印建筑不同的是，TECLA屋使用的原材料不是混凝土，而是来自附近河床的黏土，可生物降解、可回收、低碳。

这座建筑使用多级模块化3D打印机构建，该打印机使用两个同步臂，每个臂有50平方米的打印区域，可以同时打印模块。整个建造过程仅用了200小时，消耗的能源很少，产生的建筑废弃物也很少。

TECLA屋高4.2米，室内面积约60平方米，分为客厅、厨房和卧室。这栋建筑最有趣的地方在于两个相连的圆球形墙体，外墙由350层3D打印黏土堆叠而成。这些黏土呈波浪状排列，不仅保证墙体结构稳定，还具有隔热的作用。部分家具同样使用当地的黏土通过3D打印而成，且设计为可重复使用及回收的产品，实现循环价值。

走进室内，可以看到原生态的墙面和柳叶状墙拱。整座房子都没有窗，靠柳叶状墙拱连接不同功能区域。屋顶安装了大型圆形天窗，白天，光线透过天窗进入室内，夜晚，安装在天窗周围的灯具亮起，营造温馨的氛围感。

由意大利马里奥·库奇内拉建筑事务所和3D打印专家WASP联手打造的TECLA屋就地取材，材料容易获取、无需运输，几乎不产生废弃物，充分体现设计师将天然本土材料的使用经验及先进3D打印技术应用结合起来的功力，极具创造力。

改变3D打印的玩具青蛙

让我们先来回顾3D打印这一创意的起源。

3D打印又称增材制造技术。1981年，日本科学家儿玉秀雄率先提出了逐层打印的概念。他发明了一种利用紫外线凝固光敏液体树脂的快速成型设备。这让人们看到了3D制造技术的潜力。

这项发明催生了更多制造技术，3D打印由此诞生，带来了快速制作原型产品和模型的方法。目前最常用的3D打印技术之一为光固化成型（SLA），这一技术就非常类似儿玉秀雄当年的发明。

除了SLA，另一种常见的3D打印技术是熔融沉积成型（FDM）。这种方法通过让热塑性聚合物融化后经喷头挤出形成细丝，逐层打印成最终的形状。

有趣的是，在医疗、工程、太空等领域大展身手的FDM，灵感竟然源自于一只玩具青蛙。1988年，美国男子斯科特·克伦普决定给女儿设计一只玩具青蛙，他将聚乙烯和烛蜡的混合物装进喷胶枪，先让这些材料融化，然后按照一层一层堆叠的方式，制造出一只玩具青蛙。

玩具青蛙做好了，3D打印的里程碑技术也面世了。1989年，克伦普获得了FDM技术专利并创立了Stratasys公司。1992年，该公司卖出了第一台3D打印机。如今，该公司已成为全球领先的3D打印巨头。

3D打印在太空

3D打印的一大特点是用有限的几种核心材料就能制造各式各样的产品。这或许对未来的太空旅行大有用处。

当我们身处地球时，制造大多数产品所需的仪器和材料都唾手可得，假如身处距离地球数百万千米的太空该怎么办？

身处国际空间站的宇航员探索太空时需要维持生存所需的食物和水，需要及时拿到合适的工具去维修航天器故障。问题在于，国际空间站内缺少某种工具或部件时，宇航员得等上数周甚至数月，直至货运飞船把货送到天上来。为了解决这一难题，2014年，美国太空探索技术公司（SpaceX）将第一台针对零重力环境设计的3D打印机送上国际空间站，宇航员在太空3D打印出来的第一样物品就是扳手。今年6月，用于打印热塑性聚合物部件的俄制新型3D打印机也将被送到国际空间站。未来，借助这一技术，宇航员将能够在国际空间站自行打印所需部件，而不是等待地球发货。

不过，只用3D打印来制作工具或零件，还是太大材小用了。

未来，人类要进行深空探索，前往火星甚至登陆小行星，也不能单纯依靠地球的补给。2018年，美国航天局（NASA）举办3D打印栖息地挑战赛，旨在为登陆火星的宇航员们设计3D打印的房屋。目前，利用3D打印技术在火星打印房屋还停留在“纸上谈兵”阶段，但NASA已成功在休斯敦约翰逊航天中心内3D打印了一个模拟火星环境的住处。这个名为“火星沙丘阿尔法”的住处面积约158平方米，有卧室、厨房、浴室以及健身房。

3D打印机如何工作

3D打印工作原理与传统打印原理类似，主要区别在于3D打印机使用的“墨水”是实实在在的原材料。3D打印机不用纸或墨，而是通过计算机辅助设计、激光扫描、材料熔融等技术，使特定金属粉或可塑性高的材料熔化，并按电子模型图的指示一层层叠加“铸造”起来，最终把电子模型图变成实物。

3D打印的优点在于，通过控制热塑材料的温度，可以随心所欲地塑型。

制图

通过计算机软件制作设计图纸。

勾勒轮廓

启动打印头，根据设计图纸画出轮廓，之后再逐层填充材料。

制造物体

融化的材料接触操作台后会立即冷却变硬。每一层彼此熔合便形成了最终的立体造型。

3D打印的基本原理与一般打印机一样，有打印机体、喷嘴、原料。

●原料卷筒

打印用的原材料细丝通常缠绕成卷，由旋转的卷筒送入打印机。塑料的成本低、强度高、可选颜色多，因此是最常用的原材料。

●细丝导管

在电脑程序的引导下，原材料经导管被抽出，融化后堆积在操作台上。

●打印头

自动化打印头严格按照设计图纸运动，把原材料填入设计好的区域。

●喷嘴

打印头的喷嘴口径很小，能喷出很细的丝，从而完美刻画精密的细节。

●操作台

每填充一层材料，操作台就会降低一点。这样可以保证打印头始终在同一水平面移动。

万物皆可打印？

解锁更多用途！

虽然不是万物都可通过3D打印来制作，但这项技术的应用领域正在不断扩大。家居装饰、玩偶工艺品、建筑模型……越来越多生活中常见的东西可以被3D打印出来。

触摸艺术

2015年，英国一家公司打造“看不见的艺术”项目，将世界名画用3D打印技术还原，意在让视觉障碍者通过触觉感受艺术欣赏经典。该项目的第一个作品是复刻版3D《蒙娜丽莎（002918）》。

交通工具

在汽车业界，已经有企业成功地将3D打印技术和无人驾驶技术结合起来。2020年2月，新西兰本土制造的电动智能穿梭巴士亮相克赖斯特彻奇市。这辆无人驾驶巴士可以载客15人，车身部分采用3D技术打印，小巧精致，可以进行远程操控。

去年11月，俄罗斯技术集团宣布，已开始用连续纤维3D打印技术，批量制造MS-21客机的PD-14发动机零件。声明指出，得益于工业3D打印技术，某些单个配套部件的生产时间有望从6个月缩短至3周。

住宅桥梁

3D打印的成品可以非常大，它可以是一座人行桥，也可以是一座房子。

在这方面，“郁金香之国”荷兰可谓是走在前列：5年前，荷兰东南部城镇海默特就开通了可供自行车通行的3D打印混凝土桥梁；去年7月，荷兰首都阿姆斯特丹一座3D打印的12米长钢制桥梁竣工并于次月向公众开放；去年5月，荷兰南部城市艾恩德霍芬的3D打印住宅迎来了首批住户，这栋两室一厅的房子共94平方米，由24个3D打印的构件拼装而成……

生物打印器官

如果以人类组织细胞为材料，3D打印技术也可以用来制作某些身体部位或者器官，目前研究人员已制作出了可用于人造功能性器官或器官移植的3D打印脉管、自膨型3D打印血管支架、微型肾脏、心脏、耳朵等。

3D打印人造器官也已经开始造福人类。

去年11月，英国一名47岁男子在伦敦一家医院安装了一枚3D打印的假眼，据称是世界首例。这枚3D打印假眼安装在患者的左眼，仿真度极高，制作周期也比传统方法短。研究人员先对患者眼窝进行数码扫描，半个小时后就能生成假眼数码影像，仅3周就能完成制作。为了确保两只眼睛看起来一样，研究人员还扫描了患者的右眼。

未来食物

可食用3D打印技术为食物注入创造力。2016年在英国伦敦开张的“食品墨水”餐厅号称全球首个3D打印餐馆。在这间餐厅里，不仅所有食物都是3D打印而成，连顾客坐的餐椅也出自这种技术。