讓我們睜大眼睛，高舉雙手。。。（二） 老錢 08/02/2012 二．“立體打印機”就是新的工業革命。 打印機，現在幾乎是家家都有的“文房數寶”之一了。打印機的產物都是平面的，或文字，或圖像。文字自生以來，就是平面的。文字表達的是人類的思想和語言的記錄。圖像表達的是人類對世界，對事物的印象的記錄，本質就是模仿，包括抽象和誇張。基本上可以說，圖像是三維世界的二維表達。人類在表達三維世界時，不滿足於二維表像。就發展出了雕塑。 在計算機時代，二維圖像自然而然地就會向三維圖像發展。首先在醫療診斷上的應用發展，像CT/三維X-光成像，MRI/核磁共振成像。成像是把三維的物體劃分成二維，一片一片地“攝取”/採樣。每片是劃分成一行一行的，每行是由一系列的點組成。再由平面打印機，由點成線，由線成面地，一幅一幅地打印出來。人們也自然而然就會想，能否由平面打印機向三維打印“進化”，直接打印/塑造出立體模型出來。這就是立體打印機。其實就是數字雕塑。數字雕塑就是反“採樣”其道而行之，一點一點地，然後是一片一片地疊加，就產生了立體的再現（見下圖的幾何解釋和一個飛龍的數字雕塑）。這裡的“點”，其實是小球，或者說小珠。 
平面打印用的是油墨/Ink。立體打印用什麼呢？我們自然會首先想到用塑料。把塑料加熱融化了，用細小的針管，從一個基點起，一點一點地把塑料接上去，然後是一層一層地發展。。。這就叫，融化點滴成型/ fused deposition modeling (FDM，見下圖中左半)。 
既然數字雕塑能做藝術造型，為什麼不能造零件，造實物呢？當然可以！用強大聚焦的激光，把金屬加熱融化了，也是一點一點地，然後是一層一層地發展。。。這就叫，可控的激光燒結/selective laser sintering (SLS，見上圖中右半)。這樣就可以製造金屬零部件了。 現在，已經發展出來了各種各樣的成型方法和各種各樣的原料。只要有精密的坐標軌道定位系統，就可以在計算機的指揮下，由機械手來完成。 下面的照片，就是兩個“立體打印機”的例子。 
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Hyperboloid_Print.ogv 這個想法二十多年前就出來了。最早的立體打印機誕生在2003年。現在，在網上，花兩三千美金就可以訂購到。 現在，全世界各國都在做各種各樣的嘗試。網上可以找到各種各樣的報道。 據說，在食品方面，已經有可以“打印”火雞肉塊的立體打印機。一塊火雞肉塊，中間還有芹菜。這首先用計算機分析火雞肉塊有哪些成分，一個管子一個管子把各種各樣的成分放在這裡面，由它一點一點把它一層一層的最後打出火雞肉塊。它也可以“打印”其他食品：巧克力、糖，甚至打成奶酪做成的一個航天飛機來。 在醫療應用上，在荷蘭，就有人用立體打印機，打出了人的下顎骨，並移植到了人體上去。這塊下顎骨，就是按人的骨頭的真實結構和物質成分，分析好後，用立體打印機打出來。安裝進病人口腔面部後，效果很好。現在還有人正在做整個人的大腿骨。以後，很可能把各種各樣的器官都可以做出來。 各種各樣的工業用的立體打印機也已經出現了。它可以打出這樣的各種各樣形狀的物體來。 由計算機設計，設計好以後，這樣的機器就可以把它打印出來，生產出來，這是最新的生產的方式。小的，比如一把榔頭。榔頭有鐵的部分，有不同材料的把柄部分，都可以一層一層把它做出來。還有更大的立體打印機。下圖中，就是一輛用立體打印機打出來的一個Audi汽車的整體外殼。 
甚至有人在設計，整個汽車都將可以“打印”出來。還有人在設計，怎麼把一棟樓打出來。 這就是數字化製造，就是新的工業革命。 立體打印機，既可以重複，精確地，快速地製造同樣的東西，又可以根據每個人的需求，製造出完全“個性化”的單個產品。 立體打印機製造的產品的精度，就是決定於顆粒的大小，和坐標定位系統的機械精度，即立體打印機的分辨率。這樣的立體打印機，在計算機的控制下，其“打印”速度可以是很快的。所以，數字製造也稱為快速製造/rapid manufacturing。特別是，在製作模型，設計樣品，產品的試驗，試製的生產階段，需要反覆修改時，“立體打印”會體現出極大的優越性。 製造加工，比如木匠，把木頭做成家具，用的是鋸，鑿，刨。比如金加工，用的是車，鉗，銑，鏜，鉋，鑽。其基本的，共同的，都是用去掉部分材料的方法，即“減法”，來加工成型。而數字製造呢？如上所述，卻是一點一點地累積，疊加，用“加法”來加工成型。所以，數字製造呢又叫“加法製造”/ Additive manufacturing。 這個名詞“打印機”，和動詞“打印”，其語義已被極大地擴展和延伸了。其實，就是數字製造，計算機製造，的俗稱，別名。數控機床，其實也是一種初級的數字製造，主要是做“減法製造”。“機械人”也好，“機械手”也好，“機械指”也好，就是在計算機的操作下“製造”。“立體打印”現在是在開始階段，還是以“加法製造”為主。但是，“加法製造”會有局限性的，將來，一定會是“數學製造”，會將加法，減法結合起來，甚至包括“乘法”，甚至“積分製造”，“微分製造”都會發展起來。這個“立體打印”的語義會不斷地擴展和延伸。。。 在我的第一篇談“雲計算”的塗鴉里，《潘毅教授給我們講“雲”》，我曾狂想暢言過： “在計算機的能力及網絡速度，與人們的需求之間，永遠是道高一尺，魔高一丈；魔高一丈，道高十丈。。。這個競爭，激烈峻酷，永無休止。人類欲求的無限擴張：有了數據，不夠，要圖像，還不夠，要聲音，仍不夠，要視頻，還要看電視！二維還不滿足，要三維，四維。。。人類的‘貪得無厭’，就像普希金的長詩《金魚和漁夫》裡描寫的那個老太婆一樣。。。我不知下面會是什麼了？說不定，哪天，一按鍵，就要生成實物，飲料，牛排，漢堡包。。。說不定，哪天，要俊男給俊男，要美女出美女。天知道！” 我狂言的，就正是這個“立體打印機”! 現在，這個“立體打印機”要真正進入“工業”，還有路要走。立體打印機怎麼能把這無數的“小珠珠”，“粘結”起來，而又既無“粘結劑”，又無“粘結”的痕跡，如同“真的”一樣呢？是材料，就有微結構，是固體，就有“金相”，就有熱處理。。。
但是，已經開始了。堅冰已破，航道已開。一旦開始了，其發展，其結果，就會令人眼花繚亂，瞠目結舌。 這些聽起來，就像是“天方夜譚”一樣。但是，想一想，在瓦特發明出蒸汽機之前，人們能想象得出，機器能這樣的無限地放大人類的“體力”嗎？想一想，在計算機發明出來之前，人們能想象得出，機器會怎樣地無限地擴展人類的“腦力”嗎？想一想，在網絡出現之前，人們能想象得出，一個小小的“電老鼠”如何能把整個地球“聯通一氣”嗎？古人能想象，我們今天，真正地實現了，“海內存知己，天涯若比鄰”，“秀才不出門，便知天下事”嗎？ 這個“立體打印機”真能像老錢想象的那樣，像阿拉丁的神燈那樣，魔幻般地，為我們製造，心想物成嗎？讓我們等着瞧吧，“麵包會有的，牛奶會有的”，什麼都會有的。 人們預言，這將是第三次工業革命。第一次工業革命是十八世紀後半葉以英國的紡織機械化為標誌（我們過去往往說是蒸汽機為標誌）。第二次工業革命，是以福特汽車工廠在20世紀初大規模的流水線為標誌的。 前兩次工業革命都改變了社會，改變了歷史，也改變了世界的形態。這個第三次工業革命肯定會給這個世界，帶來再一次翻天覆地的變革。 不等“芸芸眾生”從艱難困苦裡站立起來，從情緒低落中緩解過來，人類歷史的進程，人類前進的腳步，已經邁開，向着下一個里程碑奔去。 實際上，教育革命和製造革命，這兩場革命都是由信息革命帶來的，沒有信息革命就不會有網絡課程，也不會有“立體打印機”。我也相信，這兩場革命一定會與“雲計算”結合起來，相輔相成。這兩場革命之間，也一定會相輔相成地結合起來，互相促進。我們正有幸經歷着一個新時代，見證一個精彩絕倫的“大革命”。 讓我們睜大眼睛，注視着這兩場革命吧！讓我們高舉雙手，為之歡呼雀躍，跟上去，投入進去吧。 本文的主要資料來源是維基百科/Wiki Encyclopedia。
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