康奈爾大學(xué)

 

過(guò)去三十年間，添加制造技術(shù)——也就是能夠用幾乎任何材料來(lái)逐個(gè)像素、逐層地自動(dòng)制作任意造型零件的機(jī)器——已經(jīng)從少數(shù)人手中有限而昂貴的原型制作設(shè)備發(fā)展為小規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)工具，幾乎任何人都可以獲取。人們已經(jīng)廣泛承認(rèn)，這場(chǎng)方興未艾的第二次產(chǎn)業(yè)革命將會(huì)改變我們生活的每一個(gè)方面。顯然，我們將看到任何新興技術(shù)都會(huì)經(jīng)歷的那種通常的改進(jìn)：材料選擇更多，分辨率更高，印制更加迅速，操作更簡(jiǎn)便而可靠，而且成本更低。但這種技術(shù)接下來(lái)將走向何處？

三維印刷只是對(duì)規(guī)模遠(yuǎn)更宏大的潮流的一點(diǎn)提示。我們可以將添加制造技術(shù)過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的發(fā)展看作是人類對(duì)有形物體提高控制能力的一連串里程碑。
 

印刷格式：物體形狀編程

添加制造技術(shù)的行程如今已趨穩(wěn)健，它的第一段經(jīng)歷是對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)物件形狀前所未有的控制。今天的機(jī)器幾乎能制造任何材料的物件——從尼龍到玻璃、從巧克力到鈦金，而且可以是任何復(fù)雜的幾何形狀。這種能力改變了許多領(lǐng)域，其程度是其它發(fā)明成果很少能夠達(dá)到的——不僅是工程設(shè)計(jì)，而還包括從生物到考古、從教育到廚藝的各個(gè)行業(yè)。
 

免費(fèi)添加復(fù)雜性

或許三維印刷最巨大的影響就是來(lái)自于它不管物件如何復(fù)雜都可以制造的能力。制作一塊實(shí)心方磚的成本幾乎與制作形狀古怪、表面彎曲還有槽口的物件一樣。無(wú)論是制作哪種物件，印刷機(jī)都要來(lái)回掃描，每次沉積一層，不同的只是材料沉積的圖案罷了。正如印制一張畫(huà)著一只圓圈的圖片所花時(shí)間并不會(huì)比印制一張世界地圖更長(zhǎng)，印制一只捕鼠器所需要的時(shí)間、資源或技巧也不會(huì)比印制一只鎮(zhèn)紙更多。無(wú)論你如何衡量成本——按生產(chǎn)時(shí)間、材料重量、能源消耗還是按生產(chǎn)計(jì)劃勞動(dòng)量，增添更多的特性基本上都不會(huì)改變成本。有時(shí)候增加復(fù)雜性反而會(huì)減少成本——印制一塊有孔的方磚就比印制一塊無(wú)孔實(shí)心方磚更便宜、更快捷。因而增添復(fù)雜性的邊際成本接近于零，這就與常規(guī)制造法截然不同，在使用常規(guī)制造法時(shí)，每一種新增特性——每增加一個(gè)孔眼、表面、凸出部分和角部——都需要增加計(jì)劃工作的勞動(dòng)量，要花更長(zhǎng)的生產(chǎn)時(shí)間、消耗更多的能源，而且還可能消耗更多的原材料。
 

我們?yōu)槭裁匆谝鈴?fù)雜性的邊際成本？降低制造復(fù)雜產(chǎn)品的成本是件好事，這一點(diǎn)很容易明白，但原因其實(shí)卻更深刻。當(dāng)生產(chǎn)相關(guān)的成本大幅下降，最終將成本因素排除出局，這時(shí)就會(huì)引發(fā)產(chǎn)業(yè)革命。20世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)革命發(fā)生之際，便是動(dòng)力成本急劇下降之時(shí)，因?yàn)檎羝麢C(jī)取代了馬力和水輪機(jī)。結(jié)果不僅是這些動(dòng)力源被取而代之，而且機(jī)械所能執(zhí)行的工作范圍和種類也得到極大的拓展，引起了層出不窮的創(chuàng)新，比如鐵路和工廠自動(dòng)化。與此類似，互聯(lián)網(wǎng)也減少了傳播信息的成本，結(jié)果也擴(kuò)大了能夠傳播的媒體的范圍與種類——不僅是在線報(bào)紙，而且還有維基百科、博客和用戶生成內(nèi)容。我們可以說(shuō)三維印刷大幅降低了制作復(fù)雜物件的成本。一開(kāi)始這只是意味著這種技術(shù)將會(huì)逐漸取代我們?cè)?jīng)采用的那種成本更高的方式。但從長(zhǎng)期而言，制造物件的范圍與種類卻會(huì)極大地?cái)U(kuò)展。
 

制造業(yè)個(gè)人化

然而與廣大的新型設(shè)計(jì)可能性聯(lián)翩而至的，卻是制造業(yè)的個(gè)人化。在我們未來(lái)設(shè)計(jì)和消費(fèi)產(chǎn)品的方式方面，在由誰(shuí)來(lái)設(shè)計(jì)、在哪里制造這些產(chǎn)品方面，這種趨勢(shì)都有著深刻的經(jīng)濟(jì)影響（Lipson與Kurman，2010年）。最重要的是，任何人都有能力設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜產(chǎn)品，而不會(huì)遭遇傳統(tǒng)制造業(yè)在資源和技能方面的障礙，這就會(huì)使創(chuàng)新民主化，并釋放出人類創(chuàng)造力的長(zhǎng)尾效應(yīng)。此刻去網(wǎng)上瀏覽一下，你會(huì)看到數(shù)千種供售的物件隨時(shí)可以按需印制出來(lái)，從定制形狀的助聽(tīng)器，到撲翼－懸停的微型飛行器，再到足可亂真的古楔形文字復(fù)制品（圖1）。

 

圖1 從巧克力到鈦金，從生物到考古，再?gòu)臋C(jī)器人到航空電子，三維印刷都是將會(huì)影響每一個(gè)行業(yè)、每一門(mén)學(xué)科的通用技術(shù)。資料來(lái)源：圖1a、1c、1d、1e和1f由康奈爾大學(xué)提供和http://creativemachines.cornell.edu提供。圖1b由WTWHMedia提供。
 

印刷成份：塑造材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

我們?nèi)缃裾_(kāi)始體驗(yàn)這一行程的第二段經(jīng)歷，這就是對(duì)物件成份的控制——超越對(duì)外部幾何形狀的塑造，進(jìn)入對(duì)材料內(nèi)部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)塑造，而且達(dá)到前所未有的保真度。憑借多材料添加制造技術(shù)，我們能夠在材料內(nèi)部制作材料，將多種材料鑲嵌和編制成復(fù)雜的圖案，并且同時(shí)制造交纏的零部件。例如我們可以用軟、硬材料印制能夠創(chuàng)造出有著稀奇新穎的結(jié)構(gòu)性行為的圖案，比如說(shuō)在受到縱向推拉時(shí)就會(huì)側(cè)向延展的材料。我們正在打破常規(guī)制造法那種每個(gè)零件只能用單獨(dú)一種材料制成的局限性，而能夠以微米尺度的精度來(lái)規(guī)定微結(jié)構(gòu)。由于這樣的可能性，我們就能夠印制出能夠智能增強(qiáng)你獨(dú)有反手擊球能力的定制網(wǎng)球拍，或是專門(mén)為你疼痛的背部定制置換脊椎盤(pán)植入物。但盡管可能性不可勝計(jì)，但甚少理論能夠預(yù)測(cè)這些新材料的屬性，也甚少設(shè)計(jì)師能夠運(yùn)用新的設(shè)計(jì)空間，因此，要擴(kuò)大人類的創(chuàng)造力，尚需新的設(shè)計(jì)工具。

從生物印刷到食品印刷

這種對(duì)物件形狀與成份的控制基本上將影響到所有學(xué)科，無(wú)一例外。對(duì)于涉及到有形物件設(shè)計(jì)與制造的任何領(lǐng)域（從機(jī)械工程到藝術(shù)與建筑），都很容易想像得到這樣的影響。但添加制造技術(shù)還可能改變與工程或制造并無(wú)直接聯(lián)系的領(lǐng)域，比方說(shuō)三維印刷領(lǐng)域的興起對(duì)醫(yī)療應(yīng)用的改變。

定制形狀的假體。三維印刷在健康相關(guān)方面最熱門(mén)的應(yīng)用便是制作定制形狀的復(fù)雜假肢和假體裝置。許多假體裝置面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)便是與身體的連接點(diǎn)。例如讓假肢連接腔匹配患者骨頭突起或肌肉組織的能力在功能和舒適度方面都可以極大提高。在需要考慮假體美觀性的許多情況下，定制外部形狀、使其與周?chē)嗳诤匣蚴瞧ヅ鋵?duì)稱特性的能力也是一項(xiàng)重要的因素。添加制造有能力進(jìn)一步塑造內(nèi)部腔型，增添加勁肋，并從非承重零部件上去除材料，這就還能幫助改進(jìn)裝置的重量與強(qiáng)度之比，使其更堅(jiān)固、更輕巧。面對(duì)更多精密的多材料制造，人們可以想像，這類裝置的機(jī)械性能還能更進(jìn)一步地定制，從而改進(jìn)它們的彈性、抗震性和能源性能。造型假肢的第二個(gè)例子是助聽(tīng)器。助聽(tīng)器舒適度與有效性的重要行速是它們是否與耳道匹配。三維印刷可以對(duì)患者的耳道進(jìn)行光學(xué)掃描，并幾乎瞬時(shí)定制柔軟的假體。
 

定制植入物。對(duì)于髖關(guān)節(jié)置換植入物而言，一律普適并非好事。用三維印刷來(lái)制作定制形狀植入物是從自由形狀制造最初便開(kāi)始的。定制形狀鈦金或鉑金植入物可以準(zhǔn)確地按合適的尺寸與形狀來(lái)制成，要么從參數(shù)上規(guī)定尺寸來(lái)匹配患者，甚或直接從需要置換的原骨頭、或?qū)ΨQ的健康骨頭的電腦斷層成像（CT）掃描幾何圖形中制成。由于增加復(fù)雜性是不花錢(qián)的，印制植入物就能可以超越普通骨頭形狀而包含各種腔型和連接點(diǎn)，這樣就能提高與既有組織接合的相容性、可靠性和有效性。
 

生物印刷。生物印刷不使用鈦和其它工程設(shè)計(jì)材料，而是直接從生物材料中直接制成植入物（以及其它結(jié)構(gòu)）。早期對(duì)三維印刷的嘗試是印制具有生物相容性的支架，隨后注入活細(xì)胞并培養(yǎng)，之后才進(jìn)行植入?；罴?xì)胞逐漸取代支架，形成定制形狀活性組織植入物。雖說(shuō)印制支架的使用仍然流行，但如今已經(jīng)有了直接以生物細(xì)胞印制、而根本不需支架的更大進(jìn)步。這種情況是首先將細(xì)胞浸入生物相容的水凝膠油墨（一種生物油墨）中，然后印刷到它們的目標(biāo)形狀上。生物油墨有兩種關(guān)鍵的、讓它難于開(kāi)發(fā)的矛盾屬性：一方面它需要有足夠的流動(dòng)性才能印刷——既要能從噴頭流出，同時(shí)由不能使那些在它們從打印頭中噴出時(shí)承受?chē)?yán)重剪力的細(xì)胞受到損傷；另一方面它又要有足夠的硬度，這樣在印刷之后才能保持形狀，否則這些材料就會(huì)滲得一團(tuán)糟。由于采用了多種化學(xué)品和光學(xué)交聯(lián)制劑來(lái)解決這一挑戰(zhàn)，我們能夠直接從CT數(shù)據(jù)中制成半月板狀的軟骨植入物。但是與支架注入技術(shù)不同，直接以活細(xì)胞印制的能力為制造異形組織植入物打開(kāi)了大門(mén)。想像制造像脊椎盤(pán)或心瓣膜那樣復(fù)雜的東西吧，這要涉及到將多種類型的細(xì)胞進(jìn)行復(fù)雜的空間布置，而這種安排對(duì)于它們的正常功能是至關(guān)重要的（Cohen等人，2006年）。
 

藥品篩選模型。以三維尺度制造復(fù)雜的多細(xì)胞異形組織布置的能力在植入物以外也帶來(lái)了許多啟示。這類機(jī)遇之一便是制作藥品篩選的模型。藥品和其它治療品歷來(lái)首先要在類似簡(jiǎn)單的皮氏培養(yǎng)皿的環(huán)境中測(cè)試，這些培養(yǎng)皿努力復(fù)制藥物或治療品預(yù)計(jì)實(shí)際使用的目標(biāo)環(huán)境。從細(xì)胞種類的范圍以及它們的空間分布來(lái)說(shuō)，皮氏培養(yǎng)皿或試管相比于實(shí)際環(huán)境而言比較簡(jiǎn)單。由于有這樣的不相配，往往就需要使用動(dòng)物模型和其它更精密的高通量測(cè)試程序。但三維生物印刷卻打開(kāi)了一扇大門(mén)，使我們能夠制造更近似于藥品目標(biāo)應(yīng)用的、空間異形的組織模型。例如我們可以想像，我們可以直接制造有著腫瘤的形狀與分布情況的癌細(xì)胞，然后直接在體外測(cè)試它的治療品的有效性。這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋鎸?shí)地預(yù)測(cè)藥效，并縮短藥品開(kāi)發(fā)的周期。
 

手術(shù)方案。三維印刷另一種沒(méi)這么突出、但卻同等重要的應(yīng)用是為手術(shù)做好準(zhǔn)備。非常規(guī)、復(fù)雜的外科手術(shù)往往要在纏結(jié)的未知環(huán)境中操縱組織和工具。有些手術(shù)還需要在患者體內(nèi)準(zhǔn)備并連接永久性或臨時(shí)性的板子和其它裝置。正如第二次拼圖會(huì)更容易一樣，如果外科醫(yī)生有機(jī)會(huì)提前演練，就能大幅減少手術(shù)的時(shí)間并提高可靠性，在第一次施行復(fù)雜的非常規(guī)手術(shù)時(shí)尤其如此。例如在獸醫(yī)學(xué)院，受傷的狗來(lái)做急診手術(shù)時(shí)，我們往往需要從CT掃描圖形中以三維印刷的方式來(lái)制作一組粉碎的或變形的骨頭。外科醫(yī)生收到印制的骨頭，然后演練手術(shù)——學(xué)會(huì)查找碎片、優(yōu)化重建過(guò)程，并提前準(zhǔn)備一切必要的板子和夾具。從非官方資料看，這能使外科醫(yī)生少一半的手術(shù)時(shí)間，何況還能提高醫(yī)護(hù)的質(zhì)量。
 

手術(shù)培訓(xùn)。接收培訓(xùn)的外科醫(yī)生往往能夠接觸到尖端手術(shù)設(shè)備和工具，但他們卻很少有機(jī)會(huì)能夠在真實(shí)病例中用它們來(lái)練習(xí)。例如受訓(xùn)外科醫(yī)生就不大可能有機(jī)會(huì)練習(xí)切除腦瘤，因?yàn)椴淮罂赡苷业接羞@種腦瘤的動(dòng)物模型或人尸，也不大可能碰巧會(huì)有這樣的合成培訓(xùn)模型出售。但憑借三維印刷，我們就能記錄真實(shí)患者相關(guān)的典型病例，然后應(yīng)需復(fù)制出來(lái)以供練習(xí)。有了一些模型后，甚至可能按需組合病例并調(diào)整病況的嚴(yán)重性，從而讓受訓(xùn)外科醫(yī)生接受最佳學(xué)習(xí)體驗(yàn)水平的挑戰(zhàn)。由于有了多材料生物印刷，我們可以用生物材料來(lái)制作培訓(xùn)模型，從而實(shí)現(xiàn)更加真實(shí)的培訓(xùn)體驗(yàn)，為學(xué)員提供真實(shí)濕重組織的感覺(jué)和響應(yīng)。
 

定制藥物治療。在復(fù)合控制至為關(guān)鍵的領(lǐng)域中，三維印刷應(yīng)用的典型例子是應(yīng)需生產(chǎn)醫(yī)療用藥。同時(shí)服用多種藥物對(duì)醫(yī)生和病人而言都日益形成挑戰(zhàn)。如今再不用每天記住服用十來(lái)種藥品了，印刷機(jī)能夠?yàn)槊恳幻颊咧谱鲉为?dú)一枚定制藥丸，其中包含了患者當(dāng)日所需藥物的準(zhǔn)確劑量、成份和配伍。這枚藥丸可以帶有特殊標(biāo)記，以消除常規(guī)給藥方法引起的混淆和不確定性。
 

食品印刷。食品印刷之于三維印刷，正如視頻游戲之于計(jì)算機(jī)，或許會(huì)成為黑馬殺手應(yīng)用。食品印刷建立在與生物印刷一樣的技術(shù)基礎(chǔ)上，以食用油墨來(lái)制成食品。“食用油墨”一詞在這里頗有點(diǎn)言不盡意：我們所談及的是巧克力和花生黃油、曲奇餅和糖霜呢。而且不一定會(huì)很糟糕：你甚至可以用有機(jī)香蒜來(lái)印刷，并就地制成山羊酪。下載食譜，將冰凍食品墨盒裝滿，然后點(diǎn)擊打印。食譜會(huì)指示將那種原料放到哪里，以及在沉積期間及之后要應(yīng)用哪種銜接烹飪程序。我們已經(jīng)用上述以及更多的材料來(lái)印刷過(guò)了，制成了糖霜點(diǎn)綴的巧克力蜜餞，以及巧克力夾心上印有縱排文字的香草子曲奇。想像這么一臺(tái)打印機(jī)，它的滑鍵可以任意調(diào)節(jié)脆度、滋味、顏色和紋理。要不要來(lái)份棋盤(pán)格千層面嘛？這里的局限只是你的想象力。有些人會(huì)覺(jué)得印刷食品的想法只是加工食品的一種濃縮，但另一些人卻覺(jué)得這整個(gè)想法有著巨大的創(chuàng)新空間、令人入迷。下載共享食譜，按照自己的喜好來(lái)定制變化版本，然后享用專門(mén)給自己現(xiàn)做的美味。
 

印刷功能：活性材料行為編程

這一行程中第三、也是最后一段經(jīng)歷是控制行為，我們才剛剛開(kāi)始看到這段經(jīng)歷的先兆。本節(jié)中我們已經(jīng)講述過(guò)了僅僅控制物件的形狀和僅僅控制它的成份，如今我們將能夠任意地依照功能來(lái)對(duì)這些材料編程——讓它們?nèi)ジ兄头磻?yīng)、去計(jì)算和表現(xiàn)。最后這一步會(huì)模糊材料與代碼之間的界限（Gershenfeld，2005年），產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的可編程物體——從控制物體機(jī)械功能前進(jìn)到控制它處理信息和能量的方式。當(dāng)這一天來(lái)臨，你基本上可以打印任何東西，從手機(jī)到從打印機(jī)中走出來(lái)的機(jī)器人——而且還配有電池。但彼機(jī)器人看起來(lái)可能完全不象今日的機(jī)器人，因?yàn)樗粫?huì)有常規(guī)制造法產(chǎn)生的局限性，而且也不會(huì)是由人類直接設(shè)計(jì)的。制造這類任意的、同時(shí)包含主動(dòng)和被動(dòng)結(jié)構(gòu)的活性系統(tǒng)，這樣的能力將敞開(kāi)一扇大門(mén)，它通向設(shè)計(jì)的新空間和工程的新模式，與生物學(xué)并無(wú)二致。
 

新的CAD

過(guò)去四十年間，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，但從作用和形式上而言，CAD工具相對(duì)來(lái)說(shuō)在很大程度上仍然沒(méi)有改變。用戶界面改善了，幾何操縱更加快捷、也更加可靠，圖形已經(jīng)是三維、如照片般真實(shí)的了。但從概念上講，CAD軟件如今仍然僅僅是被動(dòng)三維畫(huà)圖板，它記錄我們的意圖，但卻很少提供它自己的見(jiàn)解或主意。

隨著三維印刷技術(shù)日益豐富，制造業(yè)歷來(lái)在資源和技能方面的障礙差不多消亡殆盡。如今的局限僅在于我們的想象力，而遺憾的是，我們的想象力也確實(shí)有限。我反復(fù)地看到過(guò)新入校的學(xué)生面對(duì)CAD的空白頁(yè)，卻只能用三維印刷機(jī)無(wú)窮的能力來(lái)設(shè)計(jì)出方方正正的物體，上面加一點(diǎn)直線槽口。在很大程度上，這是一種文化蒙蔽，它源自多年對(duì)屈從于傳統(tǒng)制造法制約性的批量生產(chǎn)物體的耳濡目染。但在另一方面，這也是由于常規(guī)CAD工具形成的設(shè)計(jì)思維，以及缺少能夠發(fā)揮三維印刷能力所提供的巨大設(shè)計(jì)空間的新型設(shè)計(jì)工具。

很明顯，盡管在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)中，典型的CAD模式仍將占據(jù)主導(dǎo)地位，但設(shè)計(jì)工具的新模式已經(jīng)嶄露頭角（圖2）。
 

功能表示

隨著我們控制材料形狀、成份及表現(xiàn)的能力提高，將幾何形狀和材料規(guī)格看作是編程而不是繪圖，這樣會(huì)更恰當(dāng)。例如你想要制作一個(gè)螺旋形表面，帶有一些呈半規(guī)則分布的橢圓孔。用傳統(tǒng)的制造技術(shù)來(lái)制作這樣的東西將是復(fù)雜而昂貴的苦事，因此，即便在先進(jìn)的CAD選項(xiàng)菜單中能找到這樣的能力，它們也會(huì)是深深隱藏的。這件工作需要多個(gè)步驟，而且簡(jiǎn)直要讓CAD軟件崩潰。但在解除了傳統(tǒng)制造法的制約后，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師想要簡(jiǎn)便、快速地探究的便正是這樣的幾何圖形。為什么不呢？實(shí)際上癲狂的形狀多過(guò)規(guī)則的形狀，只不過(guò)當(dāng)前難于去探究它們。用程式化構(gòu)造程序來(lái)描繪這種帶孔螺旋形狀或許比目標(biāo)幾何更容易（Pasko等人，2011年）——換言之，也就是用計(jì)算幾何、而不是畫(huà)法幾何，這很像生物學(xué)用發(fā)育過(guò)程來(lái)描繪表型，或是像軟件工程師描述動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的外觀。

 

圖2 新的CAD。它超越幾何建模，采用交互進(jìn)化、通過(guò)程式化構(gòu)造算法來(lái)描述產(chǎn)品，或是通過(guò)自動(dòng)匯編高級(jí)要求和制約條件來(lái)描述。資料來(lái)源：圖2a由康奈爾大學(xué)和http://endlessforms.com提供。圖2b：帕斯科（Pasko）等人2011年的著述，由TurlifVilbrandt提供。圖2c由JonHiller設(shè)計(jì)，由康奈爾大學(xué)和http://creativemachines.cornell.edu提供翻印版。
 

物體編譯器

設(shè)計(jì)的另一種方式是指定設(shè)計(jì)需要達(dá)成什么，而不是它應(yīng)當(dāng)看起來(lái)是什么樣子，然后便交由機(jī)器來(lái)按照你的規(guī)范進(jìn)行編譯。某些產(chǎn)品會(huì)很適合這種設(shè)計(jì)流程，尤其是純功能性產(chǎn)品。例如，我們可以想一下設(shè)計(jì)支承托架的任務(wù)。我們知道載荷及支承接觸點(diǎn)的幾何限制、需要承載的重量以及材料屬性。指明這些要求，按下設(shè)計(jì)按鈕，然后坐觀最佳設(shè)計(jì)如何自動(dòng)出現(xiàn)。最佳設(shè)計(jì)不會(huì)是帶有方形槽口和孔眼的磚塊，屏幕上出現(xiàn)的會(huì)是有機(jī)形狀的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，帶有形狀漂亮的空腔——人類的設(shè)計(jì)師用手工要花上多年時(shí)間才能設(shè)計(jì)出這樣的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在又假定這托架無(wú)法安裝，因?yàn)橐粭l管子伸進(jìn)了托架的位置。這不成問(wèn)題——添加管子凸出的制約條件然后重新編譯。通過(guò)指明目標(biāo)行為和制約條件來(lái)編程，然后將它編譯成功能幾何圖形，這樣就能解決復(fù)雜的要求，而且能夠在多材料三維印刷可供使用后最佳地運(yùn)用它所提供的新型制造能力。從某個(gè)方面而言，設(shè)計(jì)師便成了用戶，而CAD軟件則便成了設(shè)計(jì)師。
 

交互進(jìn)化

如果需要的物件不能定量描述，結(jié)果會(huì)怎樣？在設(shè)計(jì)有著讓量化無(wú)能為力的美學(xué)成份的物件時(shí)就常常會(huì)出現(xiàn)這種情況。想像你需要設(shè)計(jì)一只香水瓶。這件設(shè)計(jì)的某些方面是可以定量規(guī)定的，比如所需的容量與尺寸，但其它方面卻更難描述，比如外觀和觸感。此外，那些嫻于估量香水瓶的人或許無(wú)意涉足CAD語(yǔ)言。但新型CAD軟件卻能展示眾多原創(chuàng)設(shè)計(jì)概念，并使專家能夠指示出他們喜歡哪一種，或者換個(gè)更委婉的說(shuō)法：他們最不反感的哪一種。在取得這樣的信息后，機(jī)器就能開(kāi)始自動(dòng)推斷出設(shè)計(jì)師所想到的一種美感，并能生成一組新的解決方案，它們?nèi)詴?huì)遵守定量要求——比方說(shuō)瓶子的容量和尺寸，但它們會(huì)更加貼近設(shè)計(jì)師的審美偏好。通過(guò)按照某種序列的解決方案和選擇來(lái)重復(fù)這一過(guò)程，CAD技巧相對(duì)并不嫻熟的設(shè)計(jì)師或許就能夠設(shè)計(jì)出復(fù)雜的香水瓶。重要的是設(shè)計(jì)師實(shí)際上可能產(chǎn)生新的想法，而且可能忍不住進(jìn)入設(shè)計(jì)空間中前無(wú)古人的新天地。EndlessForms網(wǎng)站的訪問(wèn)者（Clune和Lipson，2011年）已經(jīng)用這種程序來(lái)協(xié)作設(shè)計(jì)了從家具到面孔、從瓶子到蝴蝶的物體。
 

FabApps

如果我今天想要設(shè)計(jì)一只牙刷來(lái)讓我的三維打印機(jī)印出來(lái)呢？要說(shuō)我能設(shè)計(jì)出良好的、符合人工學(xué)的安全牙刷，這不大可能。盡管牙刷似乎是件簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，但要成功設(shè)計(jì)一只牙刷也需要多年的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際知識(shí)。然而隨著三維印刷機(jī)的問(wèn)世，很可能人們就會(huì)想要這么干——設(shè)計(jì)自己的產(chǎn)品，哪怕幾乎毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)、而且也不大耐煩去學(xué)。解決方案或許是采用簡(jiǎn)單的、專用于小范圍產(chǎn)品的CAD應(yīng)用程序，其中包含所有相關(guān)知識(shí)，但卻向用戶提供程度合適的靈活性。這種FabApps（丹尼爾·柯亨（DanielCohen）和杰弗里·李普頓（JeffreyLipton）發(fā)明的詞）類似于花99美分就可以下載的iPhone應(yīng)用程序，它們專用于設(shè)計(jì)一件特定產(chǎn)品。與通用型CAD不同，F(xiàn)abApps采用廣泛的內(nèi)置實(shí)際技能來(lái)引導(dǎo)用戶設(shè)計(jì)一件物品，并確保產(chǎn)生的產(chǎn)品能夠成功。一套牙刷應(yīng)用程序會(huì)詢問(wèn)你的手和口部的尺寸，處理你面部和手掌的圖片，引導(dǎo)你瀏覽五十種不同選項(xiàng)，再詢問(wèn)二十項(xiàng)問(wèn)題，然后生產(chǎn)出獨(dú)一適合你需求、而且保證成功的完美牙刷。
 

結(jié)論

三維印刷只是對(duì)人類提高有形物體控制能力的一連串里程碑的提示。如果說(shuō)人類因能制造工具而不同于自己的進(jìn)化祖先，那么添加制造便代表著終極工具——或許以我們無(wú)法預(yù)想的方式來(lái)永遠(yuǎn)改變?nèi)祟愇幕?br />