在布朗克斯的一個小地下室裡，最引人注目的不是架子上擺放的藍色變形頭骨模型。相反，雷曼學院3D虛擬和實體視覺化實驗室的焦點是一臺大型灰色印表機。
這不是點陣式的龐然大物。它是一臺精密的3D印表機，它鋪設液態藍色塑膠層，以建立“猴子”頭骨（實際上是靈長類動物化石頭骨）的3D模型。透過這種方法，該實驗室的創始人、古人類學家埃裡克·德爾森，可以建立詳細的化石發現複製品，以及更大的模型以供更仔細的研究。這些模型充當教學工具，使學生能夠檢查那些過於稀有和脆弱而無法直接接觸的化石複製品。作為研究輔助，3D列印簡化了化石重建，甚至允許德爾森模擬那些從未形成化石的靈長類祖先的頭骨。
其他領域的設計師使用這項技術列印原型，以決定將傳送到生產中的最佳模式。其他研究人員已經打印出了可工作的電晶體和太陽能電池。甚至用於人類的列印器官也可能很快成為現實。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
3D列印技術發展迅速。德爾森說，僅在10年前，在昂貴的3D印表機上列印的產品“看起來很糟糕”，因為垂直層太厚且間隔太遠，產生了起泡的表面。但是五年後，結果得到了如此大的改善，以至於德爾森能夠以15萬美元的價格購買他的Objet Eden260。如今，較小的印表機現在的價格為數萬美元，而像MakerBot Thing-O-Matic這樣的家用印表機的價格則不到1,300美元。
在雷曼視覺化實驗室中，1.2米高的印表機上的一個視窗顯示了一個列印頭，它像美杜莎的頭一樣佈滿電線，旁邊是一箇中央黑色托盤。托盤的數字表示填充了連線到印表機的兩個計算機螢幕之一。在控制檯上，研究生克勞迪婭·阿斯托裡諾載入下頜骨的數字影像；大約一分鐘後，數字托盤上出現一個3D下頜骨。
阿斯托裡諾可以在螢幕上將下頜骨滑動到不同的位置，旋轉它，甚至將其縮小到指甲大小或將其放大到現代人類牙齒的大小。所有這些修改都可以對所有三個維度進行，也可以僅對一個維度進行。例如，一個頭骨在大小、寬度和高度上都增加了一倍，但在深度上沒有增加，從而產生了一個看起來像是全速撞到磚牆上的模型，將其臉部擠壓到頭後部。形狀怪異的頭骨裝飾著變形頭骨的架子，以及那些設定不正確或眼窩充滿塑膠的熔化的標本。
並且可以一次列印多個樣本——螢幕上的下頜骨僅填充了托盤的一個角落，為其他樣本留出了空間。只需單擊滑鼠，另一個下頜骨就可以加入其中，或者可能是完整的頭骨模型。當阿斯托裡諾啟動列印作業時，她首先放置儘可能多的模型，確定適當的尺寸，並確定最佳方向，以使模型具有高解析度，而不會花費太長時間進行列印。
由於3D列印方法，垂直方向將具有最高的解析度——但列印時間也最長。當計算機觸發機器時，列印頭開始工作，在物理托盤上來回滑動並沉積液態藍色塑膠，以形成計算機螢幕上發光的任何3D形狀的最底層。這一層只有大約20微米厚，大約是人頭髮寬度的五分之一，然後在紫外線的幫助下凝固，從而觸發從液體到固體的轉變。托盤下沉一小部分，逐漸降低到印表機主體中，然後列印頭再次開始移動以沉積下一層。總而言之，這些層使垂直方向的解析度達到每英寸1200點（dpi），這比其他方向的約300至600 dpi的解析度要好。
儘管可以透過選擇具有最大垂直度的位置來最佳化解析度，但這會使列印花費更長的時間。印表機不僅必須等待每一層凝固，而且托盤必須在沉積每一層之前緩慢調整其垂直位置。例如，一個南方古猿頭骨的真人大小的複製品可能需要兩天才能完全列印。
另一個複雜之處在於印表機一層一層地鋪設，從底部開始。它不能打印出完整的最終產品，而必須使用“支撐材料”來防止其部分塌陷。例如，如果想要列印一個倒置的杯子，列印頭將首先鋪設空心圓柱體的圓形側面。當印表機要鋪設作為杯子底部的層時，如果沒有支撐材料，它們將落入圓柱體的中心，從而破壞模型。但是，如果印表機在杯子的空心中心填充黃色半透明的支撐塑膠，那麼底部將完好無損地打印出來。
根據建立的支撐材料的不同，列印完成後有不同的方法將其分離。一些公司生產可溶於水的支撐材料，但德爾森的實驗室使用一種易碎的材料，可以透過噴水將其從建模塑膠上敲掉。一個帶透明前部的大型塑膠盒中的水射流用於此目的。操作員開啟盒子上的一個埠，以將列印好的模型放入其中，然後將他們的手穿過橡膠手套埠伸入盒子中，以將其拿起並抓住噴嘴。準備好，瞄準，噴射：當模型被轉動以暴露每個表面時，支撐材料飛脫，在幾分鐘之內，剩下的只有藍色塑膠。為了使表面最終平滑和清潔，該模型在氫氧化鈉浴中放置約15分鐘。
其他3D印表機只是簡單地鋪設粉末層，然後新增材料以使顆粒粘在一起。有些甚至透過從標準列印紙上切割每一層來建立每一層。甚至金屬也可以替代3D印表機中的墨水。隨著列印成為製造越來越多物體的選擇，該技術可能會變得更加普及——即使您不是猴子頭骨模型的市場。
透過3D打印製作的化石模型的目的是什麼？更多詳細資訊請參閱“3D列印技術取得進展：人類學家使用列印技術來建模化石”