假设你在去度假之前，突然决定要买一双新的运动鞋。通常的处理过程是：到一家运动器材商店选定某一款式的运动鞋，试穿一下以确定是否合脚；如合适便付款、将新鞋拿回家。
现在，我们来想象一下用如下的流程来做这件事：首先，在计算机上设计一双适合自己风格和颜色、并且大小合适的鞋，或者干脆从互联网下载一个现成的款式，然后启动打印机“打印”。当设备在桌上为你做鞋时，你可以外出用餐。当你返回时，运动鞋已做成了。
个性化设计
这种用来打印运动鞋的技术，或者更确切地说，至少是一次成型而不是将几部分拼合在一起的技术。尽管目前尚未达到可用程度，但已接近完成。已经有越来越多的物件，从顾客钟情的仿真珠宝到航天器的构件，正在由逐层建立目标的机器在三维空间进行打印的方式实施生产。
工业界对这项技术的通用术语为“熔覆制造(Additive Manufacturing - AM)”，但最广泛使用的设备称为3-D打印机。这些打印机可以小到称之为桌面设备，其所形成的生产方式不仅进入了车间和工厂，也进入了设计师、建筑师和研究人员的办公室，并正受到那些用它来创造全新产业的创业者的欢迎。
制造业: 用3-D打印机生产固体物件, 即使是非常复杂的物件, 也逐渐变得更容易和更便宜。也许这样的设备某一天会像文本打印机那样常见
3-D打印机目前可使用多种适合不同应用的技术，其中有不到1万美元的低档产品，也有100万美元以上的能够从事精细小批量生产的高端设备。一个相对小而简单的能拿在手里的目标，其打印过程大约要花一个小时；而较大的更为精细的部件则可能要长达一天。最新的机器可生产出精度高达0.1mm以上的部件。
据一位负责对科罗拉多州产业界监控的顾问特里·沃勒斯（Terry Wohlers）估计，2008年全球熔覆制造的市场份额已达12亿美元，2015年将翻番。他估计，各种类型的3-D打印机占销量的75%左右，剩下的是高性能的工业用机器。沃勒斯认为，随着价格下降和性能提高，3-D打印机可望占市场份额的90%之多。尽管模型制作(Model-making)及快速原型机制造依然是最常用的方法，但所有种类的机器都在接轨直接制造最终产品的部件，而不仅仅是制造原型机。
尽管设计软件允许人们在计算机屏幕上建立虚拟的3-D目标，但许多设计者或他们的委托方在投资制造业之前，还是喜欢预先做一个物理模型，以检验和观测其生产过程。模型通常用黏土、木材或金属材料制作。这是一项费时而费力的活，即便是制作一个看似相对简单的模型，事实上也是一个复杂的过程。譬如做一只鞋底，就要委托专业鞋业公司设计，大约一周时间完成，费用约1200美元。而使用位于马萨诸塞州伯灵顿的Z公司生产的3-D打印机来做，时间为90分钟，成本也仅有35美元。
3-D 打印机的设计提速将对业界产生巨大的冲击。“工程师们只要提出一个想法，就可以将其打印出来，与其他人分享或修改，然后再打印一个新的，”以色列3-D打印机公司Objet Geometries的首席主管大卫·雷斯（David Reis）说，“一夜之间，设计成了更为革新和创造性的工作。”该公司不仅能生产塑料固体物件，还能生产复杂的具有移动部件的物件，像自行车链条或小变速箱的工作模型，并且还可以打印由多种材料构成的目标，如塑料和橡胶构成的按钮遥控单元。
快速生产力
3-D 打印过程的第一步，也是关键的一步，是由软件对所建立部件产生切面图并计算好每一层的构建（不同的机器会采用不同的方法）。其中，大多数采用的方法或原理都是基于3-D印刷的最早形式，即激光固化快速成型技术(stereolithography)。这是由一家设在南卡罗莱纳州的Systems公司首创，他们于1986年首次推出该技术并用于商业化运作。
一款由Z 公司生产的3-D打印机
3-D 打印机在创建一个目标时，是采取逐层推进的策略：首先，涂一层经过配制的液态树脂薄层，然后通过由计算机控制的紫外线激光器，令其按切面上所规定的图式固化；紧接着，托盘下降，一层新的液态又被涂上，过程连续重复。最终，通过化学清洗将过量的软树脂清除。相关的处理方法，即选择性激光烧结方法，也可追溯到1980年代。该方法通过一台高温激光器将陶土、金属或玻璃熔化并熔融在一起，每次涂一层，逐渐形成所设计的3-D 外形。
相比之下，无论是Z公司还是Objet公司，都采用了改进的喷墨印刷形式。Z公司用打印头喷射液态粘合剂至白色粉末底座上（激光固化的区域）并同时进行着色（同一目标可以有多种色彩）的工序。托盘依次降低几分之一毫米，便于新的粉末层摊开并辗压。工序完成后，便显露出完成后的目标结构。粉末可以是塑料，也可以是一种柔软的特殊材料，以及适用于制造铸模的材料。每形成一层花费约15——30秒。
Objet公司的打印头可以来回走动以积淀两种液体光聚合物的薄层。既可以在切面图中需要加固的区域打印，也可以在需要留空、凸出以及其他表示特性的区域打印。当每一层打印完成后，紫外光源随即使加固区域的聚合物硬化，为目标悬空部位提供结构支撑。然后托盘下移，依次进行下一层处理，直至目标物成型。
另一种3-D打印的形式称为“熔融沉积建模(fused deposition modeling)”。位于明尼阿波利斯的Stratasys公司是这一领域的市场领导者。具体操作步骤是：首先将热塑材料的细丝从卷轴上抽出，送入一个移动着的喷嘴。然后加热材料直至熔化，并按照设计要求在制作平台上喷出堆积，同时对材料进行硬化以形成每层所需的固化部分（熔化后的热塑性材料需叠加各层面上）。在悬空部位，可以添加物理支撑，也可事先采用沉积水溶性材料作为支撑。
Stratasys公司的弗雷德·费希尔（Fred Fischer）明白，市场既需要能快速形成概念模式的价廉且简单的3-D打印机，便于放置在工程师和设计师的桌面上；同时也需要带有附加特性及高性能的精密机器，即可以为人们提供一种批量生产且符合成本效益的机器。换言之，今日的快速原型法将逐渐变成明日的快速生产能力。
3-D打印机基本工作流程
目前最大型昂贵的3-D打印机，具有激光―烧结技术直接生产塑料、金属及合金部件的能力，在电子消费者、航空航天界以及汽车制造业中，正变得越来越普遍。不仅能以完全不同的方式制造产品，如喷气战斗机上的空气动力导管这样的部件，无须用几十个各自加工的不同部件来装配，还无需分摊传统制造业名目众多的工具后续成本。
现状与未来
今年5月，Systems公司推出了一款成本低于1万美元的3-D打印机，这可是1980年代早期激光打印机的价格，现在已降至100美元不到。而Objet公司相信，3-D打印机的普及须经由喷墨技术这一关。理由在于喷墨头技术具有打印不同材质的能力，这项技术已接近于能打印具有工程质量的塑料。“当我们达到那一步时，就意味着我们能迈向短线制造了，”Objet公司市场部主管阿米特·夏瓦茨（Amit Shvartz）说。
如同2-D的情况那样，许多小厂商可能不需要购置精密高级的机器，尤其是如果他们能获得3-D印刷局的服务来生产那些要求更为苛刻的订货的话。目前已经出现了某些按定单提供生产的服务。例如，Z 公司的机器正被众多公司用来让视频游戏――包括“魔兽世界”、“孢子”以及“摇滚乐队”――的玩家生成他们在游戏中角色的全彩色3-D模型。“我们正处在这样的尴尬时刻，人们关注这项技术却又说‘我们可以让企业不靠它’，”Z 公司商业开发主管斯科特·哈蒙（Scott Harmon）说。
荷兰的一家厂商Shapeways，允许用户在网站上下载设计和挑选某一种结构材料，以此获得报价。Systems公司最近组建了一家名为MQast的合资企业，是一家生产铝和不锈钢部件的在线供应商。而位于印度钦奈的iKix则已装备了Z 公司的机器，并提供一系列在线服务，事后将模型发送到订户手中。
在医学应用上，沃勒斯认为3-D打印机也具有很大的潜力。依照计算机断层扫描生成的数字打印出人体或器官的3-D模型，可以用于培训、向病人解释手术过程以及帮助外科医生设计复杂手术等。某些医院已开始尝试用3-D定向制作的金属和塑料部件作为人工植入物，或在整形置换外科中使用。“3-D打印有可能将架在可降解支架上的生物植入活细胞中，”沃勒斯说，“尽管还有许多问题需要克服，譬如像血管的创建等。但最终我们将看到，即使是要更换的身体部位也能打印出来。”
那么，如何降低成本来制造一台家用3-D打印机呢？“你几乎能用现有的技术来做到它，”哈蒙说。你也可以制造其他一些简单而有用的东西，譬如为旧玩具做一个缺失的部件，甚至可以制造你自己的3-D打印机。英国巴斯大学的一个名为“RepRap工程”(RepRap意为“可用于快速原型制造和生产的自我复制机器”――译者)的开源团体，已完成了一台3-D打印机的设计。该打印机建造费用大约为700美元，包括免费的设计专利，该专利可令机器生产出搭建另一台RepRap机所需的塑料部件。这对那些精通机械的人来说可能十分有趣；而另一些人则巴望着哪一天能在当地的五金店买到3-D打印机，这样就可以按要求提供一次性制造服务了。
资料来源 The Economist
责任编辑 则 鸣
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杰·伦诺（Jay Leno），美国著名电视节目主持人和汽车收藏家，他买了一台Stratasys公司的3-D打印机，用以管理其收藏的大量尚能在路上跑动的老爷车。他将不能使用的破损汽车部件扫描进计算机，或者干脆重新设计一个缺失了的部件，打印出一个塑料的备件。然后将备件按装到汽车上检验是否正确。在做完所有的调整后，最终将备件提供给机械师参考，以制造一个金属部件。此外，备件的数据也可直接传输到数控制床上作为加工流程。由于3-D打印机的功劳，伦诺先生的那辆1907年产的白色蒸汽汽车现在又能在路上跑了。