3D 打印建房成品亮相上海，外电如何看？ 诸平 据2014年4月1日 3D打印机和3D打印新闻网站 公布的消息，虽然早在2011年,美国南加州大学教授Behrokh Khoshnevis就曾经预言,新技术将很快允许大规模3D打印机来构建完整的多层次的房子,没有想到这样的一天，3年之后在中国上海成为现实。上海WinSun装饰设计工程有限公司（WinSun Decoration Design Engineering Co.）已经利用3D打印技术来建造房屋,一组200平方米的3D打印房屋已经出现在中国上海。这些建筑完全是使用一个巨大的3 D打印机打印混凝土建成的,而混凝土的原材料是一些废弃的垃圾构成，每栋成本只有3万元人民币(约合4800美元)。外电如何看待这一现实，请浏览： 10 completely 3D printed houses appear in Shanghai, built under a day April 1, 2014 Back in 2011, University of Southern California Professor Behrokh Khoshnevis said new technology will soon allow massive 3D printers to build entire multi-level houses in under a day. A group of 3D printed houses, 200 m2 each, recently appears in Shanghai, China. These building were created entirely out of concrete using a gigantic 3D printer, and each costs only 30,000 RMB ($4,800). The company behind these 3D printed building, Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co, said it has for years been working on developing the system and its materials. The company owns 77 national patents of construction materials, such as glass fiber reinforced gypsum and special glass fiber reinforced cement. While Hobbyist models of 3D printers are currently available for only a few hundred dollars and lets users feed plastics and polymers into a machine, the company takes this technology to a bigger level. Using concrete, instead of plastic, WinSun wants to revolutionize the way homes and other structures are built. WinSun's 150(L) x 10(W) x 6.6(H) m gigantic 3D printer is capable of printing entire building within hours. The 'ink' it used is based on high-grade cement and glass fiber. Like traditional 3D printers, the system carefully spills out those materials layer by layer, consistently building upward. Using computer and 3D modeling software, the designs of the building can also take into account additions like insulation materials, plumbing, electrical lining and windows, which can then be easily outfitted once the rest of the structure is solid and standing. In addition, it is very impressive that the printing material is recycled construction waste, industrial waste and tailings. WinSun plans to build 100 recycling factories in the country, one in every 300km, to collect and transform the waste into materials for 3D printing through special handling, processing and separation technology. There will not be any waste from the construction of new buildings. said WinSun CEO Ma YiHe. WinSun expects 3D printing will save construction companies up to 50% on the cost. WinSun hopes their 3D printer and technology could offer affordable and dignified housing for the impoverished. Chinese company prints parts for ten houses and builds them all in one day 14 hours ago by Bob Yirka Credit: 3ders.org (Phys.org) —Shang Hai company WinSun Decoration Design Engineering Co. has advanced the science of 3D printing by printing all of the parts needed to construct houses and then using those parts to build ten houses, all in just a single day. The finished houses are made of mostly concrete with other materials added for various purposes. 3D printing has become rather commonplace—college students across the country routinely print small objects both for educational purposes and for fun. And while the time may be approaching when most consumers will have a 3D printer in their home for on-demand product creation, the real action appears to be in the construction business. Some have suggested that houses of the future may take just an hour or so to print, reducing labor costs (and thus the cost of the house) to almost nothing. In this new effort, the team in China appears to be making that happen sooner rather than later. WinSun isn't printing whole houses, instead, the company prints basic parts using concrete (with construction or industrial waste materials or tailing added to help reduce costs) as ink. The parts dry quickly and can then be used to assemble a complete 2,100 square foot house. Purists might argue that the company isn't technically printing houses, but the end result is the same—very little labor, low cost materials, and incredibly inexpensive (approximately $4,800) houses. The houses built in China are in stark contrast to a project going on in Amsterdam, where a crew has begun work on a project that aims to print an entire 13 room house, including some of the furniture—all in one fell swoop. The timetable is three years and the finished product will likely wind up costing millions. To print its house parts, WinSun uses a giant printer—it's 490 feet long by 33 feet wide and 20 feet deep—and unlike other companies, plans to use its printer to start printing parts for real houses for sale to consumers. To that end, the company has announced its intention to open 100 recycling factories to convert waste to make it suitable for adding to its concrete ink. Representatives for the country told the press that they believe their system can be used to create a very large number of affordable homes for impoverished people who now cannot afford a traditional house. Explore further: Amsterdam canal house built with 3-D printer http://www.3ders.org/articles/20140401-10-completely-3d-printed-houses-appears-in-shanghai-built-in-a-day.html ； http://phys.org/news/2014-04-chinese-company-ten-houses-day.html#nwlt
进一步学习了 4D 打印技术。 4D 打印技术实际上就是利用 3D 打印技术实现智能材料成分和结构的预设分布，进而实现智能材料的预设功能，包括形状的重构等。其所谓的第四维度并不仅限于甚至并不主要是时间维度，可以是各种外场。其功能实现关键在于材料及其结构的预先设计，还不是自适应、自学习和自进化来形成，也就是还没有到智能化阶段。总的来说就是，这项技术是 3D 打印技术在智能材料领域的应用。因此， 4D 打印并不是一个科学的术语。另外， 3D 打印其实质是复杂三维结构部件的降维 ( 二维 ) 制造，强调 3D 恰恰是失去了该技术的内涵和本意。
美国将 3D 打印技术作为其振兴制造业计划的先导技术，优先设立国家增量制造创新研究所，作为其构建 “ 国家先进制造创新网络（ NNMI ） ” 试点，这引发了世界范围内关于 3D 打印技术的热潮。 3D 打印技术是一个新的概念，但不是一项新技术，而且美国在关键核心技术上也没有体现出重大突破，美国一反常态将其作为战略高技术而优先发展的做法值得深思。作为一个对照，美国是在掌握页岩气开采技术的基础上，才宣布将页岩气作为战略资源的。 3D 打印技术是增量制造技术之一，源于激光快速成形技术，其优点是可以实现特殊复杂结构的成形加工，是实现复杂结构形性一体化制造技术的一个重要可选技术途径和方案。其发展受制于极端温变载荷下材料和结构性能难于保持和控制，因此其应用局限于模具制造以及聚合物材料加工。 3D 打印技术能否成为主流的制造技术，关键在于如何保证材料和结构的性能，其核心科学问题就是金属的非平衡凝固和结晶。在这一点上，美国目前并没有展现出取得创新突破，反而是我国科学家（北京航空航天大学王华明研究团队等）后来居上，在钛合金材料 3D 打印技术方面率先取得了重要突破，他们通过 3D 打印技术制造的复杂大型钛合金构件已经得到航空应用。 3D 打印技术另一个优势是设计和制造一体化，具有个性化、工序简单等特点，这适用于模型设计和非规模化产品的制造，但并不适用于规模化产品的制造，而且其加工时间长也是其难于保证材料和结构性能稳定的原因之一，这使得其应用局限于难于用其它加工技术整体加工的特殊复杂结构构件的制造，而可能仅是传统制造业的辅助加工技术。 增量制造技术还包括复杂微纳结构的可控自组织生长。自组织生长技术已经在晶体生长、纳米颗粒或分子自组装领域有广泛的实践和应用。其难点是复杂结构的可控生长成形，因此目前仅局限于一些特定的微纳规则结构。外场引导和调控可能是其能否成为主流微纳制造技术的关键。 总之，我们既不能人云亦云，也不能基于阴谋论而视之不理，而要积极谨慎应对，一定要在充分战略调研基础上，厘清增量制造技术（特别是 3D 打印技术）的适用性和技术难点，有选择地发展，争取在关键核心技术上取得重点突破。
3D 打印技术的喧闹还没有结束，4D打印就开始粉墨登场了。无论是物理上的空间维度还是数学上的维度，维度之间都是满足坐标变换的对称性和等价性的。爱因斯坦也正是基于在数学上建立了时间和空间的对称性和等价性，才提出4D时空的概念。4D打印根本无法满足维度间的对称性和等价性，在这个意义上，它根本不是一个科学的概念，而纯粹是一种炒作。实际上，即便是3D打印在概念上也不太严谨，因为其第三个维度是单向的，与其它两个维度根本不对称和等价，充其量也仅是准3D打印。 另外，目前所谓的4D打印技术所涉及的技术是对材料形状转变的预设，这种预设基于设定的条件，在真正意义上还谈不上是随环境而自组织和自转变，也不具备自学习和自进化的功能，因此也还谈不上到智能阶段。但尽管如此，我不否认这是一个创新的思想和技术，有可能在部分加工领域具有发展前景。但这种技术与目前所谓的3D技术是一种并行而不同类型的技术，并不是3D打印技术的升级。非得将其命名为4D打印技术，只能是想借3D打印这个东风，反而凸显了对这项技术的不自信。
有个成语天衣无缝，形容计划完成得好，没有纰漏。有缝的衣服不稀罕，因为需要剪裁。有史以来，几乎所有人工创造的东西，都像做衣服一样，需要剪掉些东西。我们常见的雕塑，冰灯，就是削减掉木屑，冰块等才完成的。大自然则完全不同：花草树木，飞禽走兽，都是从自然中吸收能量和物质积累起来的。鬼斧神工，浑然天成，不知细叶谁裁出，二月春风似剪刀，描述的就是大自然的别致。总之，人工与天然，一个很大的区别就是需不需要剪裁。 当然人类很聪明，我们创造了一些不用剪裁的东西，其中一个就是模具。模具的诞生，使人们可以在模具之内填充材料，这样就不用剪裁了。在制造业上，这被称为 Additive Manufacturing ，而通过剪裁的，则叫 Subtractive Manufacturing 。 有时，人们精致的心思加上灵活的双手，就构成了无形的模具，比如捏泥人。这些都是人类效法自然的例子。 不过，人类效仿自然最成功的例子，应该首推 3D printing 。 3D printing 和普通打印有什么区别呢？ 首先，电脑模板不同。普通打印需要的是能构造各种平面图形的模板，比如 word ， powerpoint ， PDF ， photoshop 等作为基础的模板； 3D 打印的设计则是以 3 维的图形为基础的。 其次，打印材料不同。普通打印的材料就是油墨；而 3D 打印的材料则多种多样，比如热塑性塑料，钛合金，石膏，光聚合物，液态树脂。这些材料的共同点是容易成型。 最后，打印时间不一样。打一个几十页的文稿可能最多也就几分钟，针式打印机花费的时间多一点，而 3D 打印则可能需要几天时间。 3D 打印有广泛的应用，任何人都可以 DIY 出自己喜欢的形状，比如汽车，首饰等等。当然只是形状，不一定具有功能上的价值。 3D 打印在哪些方面有提升空间呢？ 复杂精致的模板，能用来打印出各种巧妙的结构； 3D 打印的时间应该也可以大大缩短。然而，令人神往的是在打印材料方面的革新，比如利用生物材料打印出有功能的人类组织和器官，以及利用 DNA 小分子为材料构建出的各种形状的 DNA 结构，有可能在药物设计领域有广泛的应用，促进医疗健康领域的革命。 Three-Dimensional Structures Self-Assembledfrom DNA Bricks. Science 30 November 2012: 1177-1183.
3D 打印技术目前非常热,大有挑起新制造技术革命的趋势。3D打印技术能够成为主流制造技术吗,下文是本人的一些看法。 1. 3D 打印技术是新技术和新需求吗？ 3D 打印技术不是一项新技术，因其可精确成型和一次材料利用率非常高的优势，曾经是一项寄予期望的复杂构件一体化制造技术。但受制于该技术难于保证结构性能，该技术在需求上没有得到进一步发展。但该技术的研究没有间断。而目前，3D打印热潮并不是基于该技术取得突破的基础上产生的，更多是3D打印技术概念上的新颖性。因此，3D打印技术并不是一项新技术，而且也并没有形成对其的新需求。 2. 我们需要3D技术做什么？ 理论上讲,3D打印技术似乎可以为我们做很多东西,但仔细分析一下,基于技术和经济的角度,实际上3D打印能够为我们做的又非常有限。除了传统的激光快速成型外，其非批量化生产、加工周期长以及高成本的特点，可能局限于一些具有复杂结构而又需要整体加工的构件上，以及一些结构成型设计上。 3. 制约3D打印的关键技术 3D 打印是一项集成技术，主要包括：材料成性控制技术、材料粉末加工技术、非均匀喷射控制技术、计算机辅助设计技术、高精度定位和运动控制技术等。而材料成性控制技术、材料粉末加工技术、非均匀喷射控制技术是控制3D打印技术实用的关键，而其中又以材料成性控制技术最为关键。这些技术虽然在部分材料上有所突破，并总体上还是制约3D打印发展的瓶颈，而这些瓶颈也决定了3D打印只有向高端发展才能有出路。 4. 3D 打印装备能成为大众化产品吗？ 3D 打印不仅是可以进行个性化设计和制造的技术，高端3D打印装备本身也是一种个性化产品，它必须基于所加工的材料以及产品进行个性化设计。局限于高端打印装备狭窄的应用范围，决定了高端3D打印装备是研发型产品，而不可能是可工业化生产的产品。 对于成性和成型要求不高的低端3D打印装备虽然已经实现，但其一般需要粉末原料并具有加热、熔融和喷射过程，会向环境中散发气味和微粒，如果加工的材料是聚合物，还很可能向环境中散发有毒气体。这决定它不可能成为大众化产品，而仅可能专用于结构形状设计。 最后，这是一个3D打印的个性化茶杯，它很独特和美观，但可能漏水、也可能存在有毒物质并很容易碎，它可能不断产生毒气并向空气中散发颗粒，请用吧，不过千万不要碰杯哟！
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