如何看待3D打印技术的应用

国际金属加工网 2018年12月06日

笔者认为,我们应该对3D打印技术保持谨慎态度,但过度反应和监管也可能会扼杀创新。历史经验表明,在技术的不利一面被应用之前进行规范构建对话是最有效的。因此,各国际主体,包括国家、商业领袖、政府官员和其他政策制定者可通力合作,尝试建立有预见性和约束性的全球规范和标准。

作为“互联网+先进制造业”的代表,3D打印技术已被广泛应用于工业和个人领域。但是,任何新兴技术都可能是双刃剑,在享受新技术带来的新动能的同时,也要未雨绸缪,高度重视新技术可能带来的风险,提高创新治理能力,使科技既能充分发展,也可以切实造福人类的美好生活。

如何看待3D打印技术的应用

促进了人类可持续发展

帮助解决国际人道主义危机。3D打印技术正在与世界上最紧迫的人道主义危机——饥饿和无家可归作斗争。一份联合国报告显示,全世界有九分之一的人口处于饥饿状态;世界自然基金会副主席杰森克莱表示,从现在到2050年,粮食生产需要翻一番才能满足人类基本的粮食需求,但从目前这种不可持续的食品生产实践方法来看,这将是一项不可能完成的任务。3D打印有解决世界粮食危机的潜力。创建一个软件程序,通过程序设定的配方将加在墨盒中的成分组合在一起,最终输出为3D打印食品。而墨盒中的成分不仅仅是粮食,也可以是从其他动植物中提取出来的含有粮食营养成分的替代品。

同时,软件允许“厨师”根据用餐者的特定营养需求定制食物,这种生产方法更环保更可持续。如果软件是开源的,越来越多的研究人员和对该生产行为感兴趣的人可以参与进来,更快开发出更高效更经济的食品解决方案。3D打印技术也为住宅建设带来了革命性的变化,使住房建设更便宜、更便捷。例如,总部位于美国德克萨斯州的初创公司Icon正在与非营利组织New Story合作,以低于4000美元的成本在24小时内用水泥打印了一个单层住宅房屋,该项目的最终生产版本是创建400至800平方英尺的住宅,该设计成果已在德克萨斯州奥斯汀SXSW大会上进行了首次公展。如果类似的技术和设计工艺能不断改进和推广,将助推数以百万计无家可归的人得以安居。3D打印技术还被用于人道主义救援,向灾区和难民营提供基本商品和服务。例如,尼泊尔地震时,联合国曾把3D打印作为其地震反应计划的一部分,包括打印卫生基础设施所需的定制管道部件等。

提高现代医学的个性化水平。2014年,世界首例3D打印椎骨取代人体椎骨的手术在北京成功举行。它被认为是现代医学的一大进步,因为与传统的椎骨替代品相比,特别设计的3D打印骨骼形状更好地契合了人体结构,更耐用的同时可以使人体更快更好的恢复。这是模仿患者的解剖结构进行3D个性化植入的一个典型案例,然而,3D打印在医学上的应用远不止这些,它创造了一个全新的个性化医学领域,比如说3D打印药物。对于患有长期性疾病或老年患者来说,每天可能需要服用数十粒药物,而研究证明,有30%—50%的人因没有正确服用药物而导致治疗效果下降甚至引起副作用。

通过3D打印精确控制药物成分,根据个人需求将数十粒药物的效果合成到一粒药物上,这个过程中还可以在一些成分的表面涂上特殊材料来延缓药效的释放,以使科学家可以对服用后的药效进行精确的控制。虽然由于医学的严格调控,高度个性化的3D打印药剂可能需要数十年才能广泛服务于患者,但这种趋势已非常明显。3D打印为医学界引入的另一项革命性的服务是重新构想医疗程序。现在进行手术前,大多数医生用二维图像来确定手术方法,这种传统的成像技术不是很精确。而3D打印模型可以准确地捕捉到独特的解剖结构细节,允许外科医生拥有需要进行手术的任何人体部位的复制品,尤其是大脑和心脏,这种手术模拟服务大大提高了复杂手术的成功率。现代社会的发展是建立在创意和创造力之上的,而3D打印的个性化定制特征也将会在现代社会得到长足的发展。

保护地球生态环境。利用以前的废物创造未来的产品可以使我们的消费更有效,3D打印为这种以更可持续的新方式使用旧材料的想法提供了可能。例如,研究人员已经找到了利用3D打印技术将二氧化碳转化为混凝土的方法,他们甚至正在探索如何减少打印过程中所需的能量,使这个技术本身更可持续。今年夏天,在马尔代夫,一片没有珊瑚礁的海域被安装了世界上最大的3D打印珊瑚礁基质设备,以打印珊瑚赖以生长的基质,希望在此基础上形成天然珊瑚礁。除了珊瑚礁,3D打印技术还可以为其他物种提供栖息地。

可能带来的影响和风险

强大的制造能力可能危及就业。3D打印机在生产复杂或高度定制的产品方面比传统制造业有很大的优势,但它在带来社会效益的同时,也会造成劳动力市场的动荡。3D打印可以为飞机生产批量的精密零件,成本与生产牙刷差不多,它正迅速成为“盒子里的工厂”,几乎可以打印任何东西。虽然目前它在各行业中的应用相当有限,但随着这项技术在未来几年变得生产力更强、更容易获得,它的影响或许不可评估。兰德公司团队采访的专家估计,未来几年,3D打印机的产量可能只占所有消费品的5%,也有可能达到90%左右,数以百万计的工作岗位可能岌岌可危。

黑客可能利用虚拟网络威胁现实世界。3D打印技术的进步也可能引发新的网络攻击,随着数字计划转化为实物,黑客能轻而易举地将恶意代码或有缺陷的指令、算法引入打印程序,使用打印机来造成对真实世界的破坏,此时的网络安全将变得更加重要。研究人员做过一个实验,他们侵入了一台台式电脑修改了无人机螺旋桨3D图纸中的几行代码,打印出来的螺旋桨看起来完美无缺,但在起飞后的1分43秒时,惊心动魄的一幕发生了,这架小型无人机的一个螺旋桨发生爆炸,飞机摇晃着坠落并撞得粉碎。随着数字技术的发展,当3D打印机越来越多地被用来制造一些关键部件,包括飞机引擎时,当别有用心的人通过在关键设备中植入某种缺陷来锁定目标人群时,这些担忧绝非杞人忧天。

可能引发新的犯罪和安全威胁。今年八月份,美国一家私人的国防公司Defense Distributed将3D打印抢支的图纸传到网上,此举引发美国8个州和哥伦比亚特区检察长的联合署名诉讼抗议。虽然美国国务院随即叫停了这一做法,但那时图纸的下载量已累计达10万余次。3D打印抢支的技术不断改进,最初射击几次后就会自动报废,但现在连续发射30多颗子弹仍可使用;其可用的打印材料也愈丰富,在禁枪的国家,塑料抢支可以逃过金属探测的检查而出现在公共场所。这还可能引起新型街头毒品、化学药品的定制打印,如果被恐怖组织利用,后果更严重。因此,广泛的3D打印可能会导致武器扩散,增加全球冲突、极端主义和犯罪的可能性。

可能改变国际事务的规则。3D打印为公司选择在当地进行分散性生产而不是进口提供了可能,公司不再需要在一国生产零件,再到另一国组装,这所有的步骤都可在打印现场完成,因此削弱了目前由复杂的多国供应链支撑的国际联系。贸易制裁历来是处理国际争端的主要工具,3D打印技术有可能降低贸易制裁的效力,也有可能造成国家间贸易合作的破裂。有预测说到2060年,3D打印可能会毁掉近四分之一的跨境贸易,而自二战以来,这些贸易关系和供应链有效减少了州际战争。因此,3D打印有可能极大地改变当前的国家体系和国际秩序。

基于上述分析,我们应该对3D打印这项新技术保持谨慎,但过度反应和监管可能会扼杀创新。历史经验表明,在技术的不利一面被应用之前进行规范构建对话是最有效的,因此,各国际主体,包括国家、商业领袖、政府官员和其他政策制定者可通力合作,试着建立有预见性和约束性的全球规范和标准。比如加大对稀有的有危险和破坏性的原材料的流动控制,确保某些破坏力很大的武器不易获得制作材料;或者要求打印机在线注册,并要求打印机在其产品中编码可跟踪的标识和序号;或是政府部门也可用网络技术中断该技术潜在的攻击或限制其破坏。

同时,困窘中也孕育着机遇,就像曾经占据了经济体量90%的农业最终也让位于了原始的机器生产制造业一样,3D打印在取代了一些劳动力的同时,新技术也带来了新的工作岗位和可能性。我们可以对传统制造业的工人进行培训和再培训,让他们从事未来的3D打印工作或是其他更有技术含量的工作,以减轻产业转型期就业问题可能引起的阵痛。无论如何,科技前进的步伐不可阻挡,我们需要预见性的规范和包容性的增长,以让更多的人受益。


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