未来科技

任何科幻小说都少不了万能制造机的出现。无论是被称为制造器、复制器还是Mark-12超级复制机，其基本思想总是一样的：一个能够神奇地创造或复制主人公所需任何物品的小工具。虚构的制造机可能是一个被滥用的情节工具，但一个真正的、连接到互联网并安放在微波炉和搅拌机之间的机器，将是迄今为止最令人兴奋的家用电器。需要一把梳子、一个肯娃娃、一个1967年福特Fairlane的排气歧管吗？下载它。需要另一根台球杆、一个火锅叉、一个水晶花瓶吗？复制它。

摄影：埃文·赫德

这种幻想并非遥不可及。三维打印机——在工业界被称为固态成像机——已经以初级形式存在，正在改变产品的设计方式。一旦第一批家用型号在大约十年后问世，消费文化可能将永远改变。“您的子孙后代会打印他们自己的玩具，”该领域第一家也是最大公司，加利福尼亚州瓦伦西亚3D Systems的业务发展高级总监默文·拉格利（Mervyn Rudgley）预测。3D Systems的创始人查尔斯·赫尔（Charles Hull）预计，这项技术最终将导致终极的在线购物：商品直接送到客户的客厅。

赫尔于1984年在加利福尼亚州圣加布里埃尔一家制造紫外线灯的公司工作时，在一个后屋实验室里研制出了第一个固态成像系统。一些灯用于处理暴露在紫外线光下会硬化的特殊涂层。赫尔意识到，通过扩展这个过程，他可以用光固化塑料制造固态物体。经过漫长夜晚和周末的辛勤工作，他终于说服一束计算机引导的光束在一个充满粘稠聚合物的盆子表面上精确地跳动。当颤动的光束凝固了一层薄薄的塑料后，表面下方的一个平台下降了百分之几毫米，将该层浸入另一层聚合物中，然后重复该过程。最终，当最上层硬化后，平台戏剧性地升起，露出了赫尔的第一个创造物：一个半透明的、微蓝的、一英寸高的杯子。它至今仍在他的办公室里。“它很粗糙，”他说，“但它展示了可能性。”

摄影：埃文·赫德

赫尔将这个过程命名为立体光刻，大致意思是“三维打印”。尽管他谦逊而轻声细语，但他知道自己成功了。“我从一开始就觉得这将是一个大产业。有了它，任何你能用CAD（计算机辅助设计）程序设计的形状，你都能制造出来。”

1987年，当赫尔在底特律工程展上展示他的机器时，设计师们抢购一空。与需要工匠雕刻木材、塑造粘土或加工钢材的传统原型制造相比，立体光刻技术似乎是一个奇迹。它可以在数小时而非数周内，将凸轮轴或气门杆的计算机模型转化为三维原型。东京的一个团队可以通过电子方式将该模型发送到田纳西州的立体光刻机器，合作者可以在那里检查物理原型并发送修订指令。

很快，来自数十个行业的设计师开始快速制作心脏瓣膜、餐具、排水管、假牙、灯泡等几乎所有可想象物体的概念模型。现在，美国几乎每个家庭都包含通过立体光刻机器原型化的产品。“当你如此显著地缩短原型制造时间时，你就可以更快地不断修改和改进设计，”Rudgley说，他估计全球有超过5000台固态成像机器正在运转。

固态成像还允许三维复制。去年夏天在洛杉矶举行的一次计算机图形展上，700多人将头伸进一台连接到固态成像机的激光扫描仪。每个人都获得了一瞥未来的小奖励：一个两英寸高，微米级精确的面部雕塑。

被复制的物体甚至不需要肉眼可见。研究人员使用固态成像机和CT扫描仪，在荷兰国家文物博物馆检查并复制了一个木乃伊的头骨，而无需解开一根绷带。几家医疗植入物制造商使用固态成像来模拟病变骨骼的X光片，并为铸造人工髋关节等替代品创建精确的模型。

随着固态成像技术越来越便宜、用途越来越广泛，今天看来异乎寻常的应用将变得司空见惯。十年前，第一批立体光刻机器成本约为30万美元，只能制造塑料物体。如今，已有超过六种相关技术，其中一些经济得多。

摄影：埃文·赫德

喷墨固态成像技术是新的成本领先者。您的家用固态成像机，无论何时问世，都可能采用这种方法。新罕布什尔州梅里马克市的桑德斯原型公司出售售价65,000美元的设备，大小相当于一个双抽屉文件柜。一对类似于标准喷墨打印机中的喷头，在一个平台上前后移动，每秒喷射出6,000个热塑料微点。喷头每经过一次，就增加一层塑料，从而构建出一个三维物体。喷墨成像速度较慢但精确，非常适合建模小型、精细绘制的物体。“珠宝商喜欢它们，”桑德斯公司首席执行官戴维·博思韦尔说。“他们用它们来制作用于制造铸造模具的实际蜡制‘阳模’。”

工程师们正热切地将这项技术推向塑料以外的领域，以便固态成像能够用于制造成品，而不仅仅是原型。能够定制生产金属、纸张、陶瓷和复合材料物品的设备正在生产中或即将投入生产。麻省理工学院开发的一种名为3D打印的技术，使用喷墨系统喷射粘合剂，将几乎任何所需混合的粉末材料融合在一起，形成复杂的固体物体。通过这种方式，工程师可以控制成分和形状，以创造模拟骨骼的弹性结构，或设计用于精确定时给药的药丸，或无缝融合金属和陶瓷部件的机器零件——这在工业界是一个主要难题。

一旦公司不再需要费心缓慢、昂贵的流水线工具，大规模生产可能会让位于大规模定制。消费品可能会被大量生产以适应您独特的生活方式、身体尺寸和审美情趣。您可以在家用电脑上使用简化的CAD程序绘制设计草图，然后将其发送到当地商店，由他们将您的白日梦变为现实。“您不再需要和数百万人使用相同的电话，而是可以拥有一个自己设计的电话，”鲁格利说。“这可能只需大约五年时间。”

一体化的家用制造机是固态成像的终极前沿。最早的版本，鲁格利预计将在2010年左右问世，将是原始的，只能制作诸如娃娃或一次性餐具等小型塑料物体。它们与能够从网络下载并“打印”高尔夫球杆的小玩意相去甚远。这样的机器必须用多种材料铸造精密零件，并将其组装成有用的配置。对于大型工业而言，这个目标仍遥不可及，更不用说那些周末休闲爱好者了。

但喷墨固态成像和3D打印等进步展示了前进的道路。“我们才刚刚开始，”博思韦尔说。再给固态成像的先驱们几年的时间进行摸索，那台超级复制机可能就不再是一个愚蠢的情节设定了。