超精細蝕刻、機械手演奏、糞便變扳手……都是3D列印做到的！

很難想像，距離第一台商用3D印表機已經過去30多年了。

這種從誕生之初就讓人驚嘆的黑科技，一直在革命著人類的整個製造業。3D列印無需像傳統工藝一樣，將一整塊材料切割、挖空，而是一層一層把材料附上去，直接得到想要的形狀。這就意味著，只需要數字文件，你就能列印出自己想要的物體，無論是玩具，還是可供移植的假肢、器官。

如今，隨著光固化等技術的成熟，以及列印材料變得更加便宜，3D列印已經滲入到各個行業，比如建築、教育、醫療、製造等等。不過，除了常規應用，科學家們仍在不斷地對3D列印進行技術革新，致力於開發出可以列印的玻璃和金屬材料，並讓3D列印進軍納米和大型製造行業。

看看下面幾個案例，它們有沒有啟發你玩出腦洞大開的產品呢？

超微小3D列印——比頭髮絲還小

基礎的實驗室設備就可以生成超迷你3D列印物件丨Ed Boyden和同事

要想直接製作非常小的物件很困難，但有個很簡單的點子：先做大，再縮小。

這就是稱為「內爆製造」的3D列印技術背後的理念。這一方法可用於生產各種不同形狀的物品，且適用於不同的材料，比如塑料、金屬甚至DNA。

利用「內爆製造」創造出的一個3D模型丨Ed Boyden和同事

麻省理工學院的神經科學家艾德·博伊登（Ed Boyden）和同事們發現，他們可以通過逆轉現有技術來完成這項工作。此前，為了放大腦組織中的一些小細節，他們開發了一種方法——將其嵌入另一種材料後再放大。現在，把這一過程反過來，就給予了他們把大的東西變小的機會。

為了測試這個想法，研究人員用聚丙烯酸酯（一種用於尿布的吸收材料）製作支架，並通過激光將分子粘附到錨點上，在內部構建厘米大小的結構，然後通過加酸將它們收縮至原始體積的千分之一。

研究人員使用這一方法製作了很多超迷你小物件，比如空心連接立方體和《愛麗絲夢遊仙境》蝕刻等。這些物體大概有1立方毫米大，包含約50納米的結構細節！

利用「內爆製造」創造的《愛麗絲夢遊仙境》，縮小前和縮小後對比圖。愛麗絲在縮小前就只有一個頭髮絲那麼寬而已，縮小後就更小了！丨Ed Boyden和同事

但博伊登認為它們還可以變得更小！在一些測試中，他們能夠將結構擴展和縮小8000倍。

博伊登表示，內爆製造的一個直接用途可能是製造更小、更高解析度的光學鏡頭，例如用於需要大量廉價微型相機的自動駕駛汽車。

此外，由於該技術僅需要最基本的實驗室設備，因此他認為這一技術將有更廣泛的應用。「在20世紀70年代，業餘愛好者在家裡造出了自己的電腦，」他說，「也許人們現在可以自己製作晶元了。」

3D列印的機械手奏響了《鈴兒響叮噹》

今年，一個不能自主移動的橡膠機械手奏響了《鈴兒響叮噹》，就像《西部世界》的片頭那樣酷炫。

機器人鋼琴家正在學習彈鋼琴的基本手法丨Josie Hughes

實際上，大多數假肢需要複雜的機制來控制大量的活動部位，但這可能「太過了」。比如說，當我們用手彈鋼琴或拾取東西時，很多動作其實來自於它們的物理結構與環境的相互作用。正如劍橋大學的喬西·休斯（Josie Hughes）所說：「手自有其智慧。」

一隻手的動作究竟在多大程度上取決於其形狀，而不是大腦如何控制它？

為了搞懂這個問題，休斯等人用塑料骨頭和橡膠狀韌帶3D列印了一隻手，它的大小和真手一般，就像是萬聖節的惡作劇裝飾品。他們將骨架連接到機械臂上，機械臂可以上下移動來敲擊琴鍵。

結果令人震驚。

這隻僵硬的手僅僅通過調整方向，就能做出多種不同的動作。比如，它可以使用拇指在琴鍵上滑動，進行「滑奏法」的演奏。

接下來，休斯的團隊打算將研究更進一步，看看醫生是如何用他們的手來做檢查的。醫生通常用手和手指按壓軀幹的方法為病人做檢查，雖然這背後的機械原理很簡單，卻可以用來診斷腫瘤。

我們用雙手做的事情太多了，從單手輕觸到揮出重拳。「如果我們了解每個運動的機制，便能在幾個小時內設計並3D列印出特定的手來執行任務，」休斯說，「嘗試設計不同的手也同樣有趣。如果需要，我們甚至可以3D列印一隻有兩個拇指的手。」

糞便變塑料：3D列印太空衛生間

將糞便變成塑料的新方法，似乎可以為移居火星的人們派上用場。

星際旅行者面臨兩大挑戰：如何從地球運輸他們需要的工具和設備，以及如何處理他們的廢物。因此研究人員想知道，是否存在簡單的解決方案來應對這些挑戰。

3D列印的定製太空衛生間丨NASA/Science Photo Library

通過遺傳工程改造大腸桿菌，卡爾加里大學的研究者將人類糞便轉化為一種塑料——聚羥基丁酸酯。通過使用3D印表機，他們發現這種塑料可以製成像扳手這樣的小工具。研究者表示，當你計劃太空任務時，你無法預測所需的所有東西。這種塑料的好處就在於，它可以模塑成你想要的任何東西。

但實際上，不僅僅火星上的人能夠受益，廢物也可以在地球上轉化為塑料。此外，與其他塑料不同，聚羥基丁酸酯不是由化石燃料製成，而是可生物降解的，這意味著它對環境更加友好。

你可能已經發現，只要有一台功能足夠用的3D印表機和充足的材料，任何人都能列印屬於自己的定製化物品。

有人預測，3D技術的發展將改變商業的本質，因為最終用戶將能夠自主列印大部分所需的物品，而不是通過貿易來購買其他人和公司的產品。

其實，能夠輸出彩色和多種材料的3D印表機已經存在，並且將不斷改進，直到能輸出功能（電子）產品的程度。隨著3D技術越來越廣泛的應用，3D列印將改變我們所知的世界。

作者：八雲

編輯：Eon，李小葵

一個AI

「你說你有個100塊錢的3D列印筆？噗！」AI輕蔑地笑了。

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