清華博士3D列印煎餅，刷爆朋友圈
9月初，一則有關清華學子放棄百萬年薪、用3D列印賣煎餅、并斬獲徐小平千萬級投資的新聞刷爆了朋友圈。這個煎餅機可以列印出小黃人、Hello Kitty等卡通圖案，還可以定制人像。徐小平就吃掉了一個印有自己頭像的煎餅。
「清華」、「3D列印」、「煎餅」這三個關鍵詞形成了鮮明的反差，引起衆多喟歎和好奇——3D列印怎麼攤煎餅？這有何難？他們到底想做什麼？
最近，機器之心對「3D煎餅之父」、清軟海芯科技有限公司CEO施侃樂進行了深度專訪。你一定想不到，攤煎餅竟然用到了有限元分析和Matlab。他說：「我們的目标是做3D列印界的iPhone！」
清華3D煎餅俠
施侃樂：北京清軟海芯科技有限公司創始人、CEO，清華大學博士畢業，法國國家資訊與自動化研究所博士後。
吳一黎：清華大學軟體工程畢業生，供職過甲骨文和IBM，放棄百萬年薪，與夫妻創業賣煎餅，創辦「食好運」。
施侃樂和吳一黎是清華大學2003級軟體學院的同學，讀書時就常在一起吃煎餅。但畢業後，兩人的人生軌迹卻好像和軟體脫離了關系——吳一黎創辦了「食好運」，開始賣煎餅，為了剁菜和趕早高峰每天起早貪黑；施侃樂從法國留學回來後開始做3D列印，為了研發自主知識産權的列印機，揮汗如雨地扛原料、擰螺絲。闖入餐飲業和制造業的他們在一次同學會上一拍即合，決定一起做點事情——用3D列印技術來攤煎餅。
3D列印煎餅，沒那麼簡單
于是，他們成立了「煎餅機團隊」，開始研發全世界第一台煎餅列印機。如今，這台名為「三弟畫餅」的煎餅機已經快要上市，并将于10月8号在京東衆籌。但是，研發的過程卻并非一帆風順。
“三弟畫餅”煎餅機即将在京東衆籌
施侃樂創辦的清軟海芯公司本身就是做3D列印的，使用的材料是無毒的塑膠。一開始，大家都認為，隻要把塑膠換成煎餅面漿，再在底下換上加熱的烤盤，列印煎餅不是分分鐘的事情嗎？真正着手去做，才發現困難重重。列印出來的煎餅歪歪扭扭、坑坑窪窪，甚至連一條直線都畫不出來。列印頭走直線時，烤盤上擠出的面漿卻是S形，而且粗細不均。他們才發現，原來煎餅面漿擁有着獨特的實體性質。
用有限元分析和Matlab來解決煎餅問題
3D列印又叫「增量制造」（Additive Manufacturing），簡單來說就是在計算機控制下，将融化的材料擠出後層層堆疊，冷凝成固态，形成三維的形狀。
是以，傳統的3D列印是先融化，再冷卻。但攤煎餅卻是反其道而行之——面漿是涼的，擠到烤盤上加熱成固體。下方烤盤的溫度非常高，是以列印頭不能離烤盤太近，否則面漿受熱固化，就會堵住列印頭，甚至可能粘在烤盤上。但是，如果列印頭過于遠離烤盤，烤盤上的面漿線條就會與列印頭的運動軌迹不一緻。這與蜂蜜十分相似——倒蜂蜜時你會發現，蜂蜜不是垂直下滴，而會打轉。施侃樂曾在Nature上讀過一篇論文，講到這種螺旋形在自然界是普遍存在的，比如花兒攀藤的路徑、七鰓鳗的牙齒等等，沒想到攤煎餅也遇到了這種現象。有人形象地稱為「流體力學縫紉機」（FMSM，fluid mechanical sewing machine），認為是由流體與底闆接觸點的側向周期運動所造成。
為解決這個問題，他們進行了有限元分析。比方說，在列印頭走直角時，面漿會拐圓角；那麼，如果需要讓面漿拐直角，列印頭就不能走直角，而需要往相反方向進行補償。用這種方法，他們總算可以控制煎餅的形狀了。
此外，線條的寬度易受液面高度、空氣量、移動速度等因素影響，也很難控制。他們拿出做科研的精神，查閱了衆多文獻，試驗了上萬根線條，采集了大量參數，拟合在高維超空間内，最後用Matlab反解出來，終于弄清楚了每個變量對線條粗細的影響。施侃樂認為，把這套“煎餅機”算法搬到真正的3D列印機中，一定能極大提高精度。
就這樣，全世界第一台煎餅列印機「三弟畫餅」就在上地誕生了。據介紹，京東衆籌的版本将配備一台平闆電腦，使用起來非常友善，使用者還能自己塗上豆沙或巧克力，制作出“夾心”的煎餅。
從香脆煎餅到精密玻璃
施侃樂認為，最重要的事并不是能用面漿列印出一條直線，而是在弄明白如何列印直線的過程中，解決其他材料（如玻璃）也會遇到的共同問題。3D列印玻璃是一個前沿領域，但光學儀器極其精密，目前的3D列印技術現在還遠達不到工藝的要求。比如先拍攝再對焦的光場相機鏡頭上就擁有10萬個微鏡頭的陣列，每個的大小隻有十幾微米（Lytro的微鏡頭高度僅為13.9微米）。
光場相機的微鏡頭陣列
原因之一是因為玻璃和煎餅面漿一樣具有高黏性，并且冷卻固化的速度較慢，否則容易破碎。目前玻璃列印主要采用黏合劑噴射法和燒結法，但列印出的玻璃十分脆弱，不透明，精度差，無法滿足光學儀器的要求。今年8月，麻省理工學院發表了最新的玻璃3D列印技術「G3DP」，炫酷的視訊在網上引起了轟動。但根據論文的介紹，他們也遇到了蛇形軌迹的問題，在列印精度、軟體環境上都還存在着很多不足，列印頭也常被固化的玻璃堵住。
MIT的G3DP玻璃3D列印技術也存在軌迹問題
盡管列印煎餅和列印玻璃看起來相去甚遠，但在施侃樂眼裡，它們的問題都是相通的，都涉及到相似的實體性質，解決的方法也有異曲同工之妙。是以他相信，煎餅問題的解決一定會為列印高精尖的材料提供深刻的啟示。
「我們要做3D列印領域的iPhone！」
在普通人眼裡，3D列印依然是一項前沿技術，從未想過它能走進自己家中。施侃樂認為，3D列印的現狀與90年代初的個人電腦很相似。那時大家都認為電腦很有用，每個學校都競相配備機房，可是老百姓并不會把這個笨重的家夥買回家。後來有了windows系統，圖形操作界面讓電腦實作了娛樂的功能，才最終走入千家萬戶。施侃樂認為3D列印之是以離普通人很遙遠，根本原因就在于缺乏一個圖形化的作業系統。是以，他的公司除了做煎餅機之外，還緻力于開發3D列印機及其作業系統，讓它變得簡單好用。
清軟海芯的3D列印機及作業系統
施侃樂說：「我的夢想是成為3D列印界的iPhone。」但iPhone的競争力不僅在于手機，還在于整套生态。是以，施侃樂的計劃是：
- 作業系統：開發簡潔直覺的圖形作業系統「Neobox OS」。目前他們開發的3D列印機上配備了一個7.1英寸的高清電容屏，可完全脫離PC獨立運作，還可直接通路網際網路下載下傳模型。據介紹，這是全球首款3D列印圖形作業系統，連4歲的小孩子都懂如何使用。他們還開發了手機應用“3D列印工場”，可用手機操作列印。
- 生态系統：蘋果系統中的應用商店和iTunes帶來了海量的玩法和内容，而施侃樂的3D列印系統中也包含應用商店和模型商店，并且已有12萬個模型，可以随時下載下傳和列印。應用商店也在建設當中。玩法多種多樣，比方說，可開發「聲波列印」應用，将某句話的聲波列印成項鍊，或者與語音識别相結合，隻要說一句「列印一個機器貓」，它就會自動在網上搜尋模型，并列印出來。
然而，3D列印還有一個嚴重的問題——速度極慢，列印一個東西至少需要兩三個小時，如果層數多，可能需要更長的時間。記者在清軟海芯參觀時，看到一台機器正在列印《星球大戰》中的尤達大師。由于選擇的精度太高（小小雕塑需要1644層），螢幕顯示剩餘時間還有56個小時！難怪有人說，有些蘑菇長得比3D列印都快。針對這個問題，施侃樂說他們已經成立了團隊，專門研究高速列印。
今年年初，美國Carbon 3D公司曾開發出一種高速3D列印技術CLIP（
點此可看機器之心對此的報道），采用光敏樹脂，在10分鐘内就能列印出精細的結構。
Carbon 3D的CLIP技術
但是，光敏樹脂對人體有毒，在施侃樂看來并不能普及到家庭使用，是以他們采用的材料、列印的過程都是全無毒的。盡管這限制了列印的速度和精度，但卻是讓3D列印走進家庭的必經之路。
想列印蝦滑，最看好建造機器人
機器之心還和施侃樂聊了聊其他話題，來看看這位留法清華博士對業界熱門話題的看法：
機器之心：Kickstarter上一個煎餅列印機的衆籌項目叫PancakeBot，發起人是一位想為自己孩子列印早餐的土木工程師。和你們的機器有何差別？
施侃樂：這個項目我們有關注過。我相信他一定也會遇到和我們同樣的問題，但不知道他會如何解決。
（9月26日，PancakeBot在一年一度的Maker Faire上展出，從視訊中可看出，精度還亟待提高。）
PancakeBot
機器之心：會列印巧克力嗎？有何技術難點？
施侃樂：我們也有很多朋友在研究3D列印巧克力。巧克力和煎餅不一樣，它恰恰和傳統的3D列印很像，高溫融化後擠出，遇到冷空氣凝結成固體。但巧克力的冷凝是緩慢進行的，擠出後不能定型，恨不能用液氮來冷卻。
機器之心：你還想列印什麼食物？
施侃樂：蝦滑。如果火鍋、鹵煮也可以用上3D列印的話，我也想嘗試一下。
機器之心：怎麼看待3D列印器官？
施侃樂：技術尚不成熟。TED演講上曾有人列印出一個腎，但那是非活體，不能用在人身上。細胞之間的連接配接非常複雜，列印出來很難存活，更不用說形成組織和器官了。器官列印目前隻是一個科幻故事，媒體過度誇張了。
機器之心：最近有人用3D列印月餅，你怎麼看？
施侃樂：那是用3D列印出模具，再用模具來做月餅，并不是真正意義上的3D列印月餅。
機器之心：如果可以選擇的話，你會用3D列印去做什麼？
施侃樂：建造機器人，如果它能算3D列印的話（荷蘭3D列印公司MX3D正計劃在阿姆斯特蘭3D列印一座橋梁）。假如建築業能用3D列印和機器人完成，将解放成千上萬的勞動力。盡管短期來看他們會失業，但我相信長期來看，這是對人類創造力的解放。我認為隻需10～20年，這樣的變革就會發生。未來，這些重複勞動不再需要浪費寶貴的人力，人們都可以去做藝術家和哲學家，做更有創新性的事情。
機器之心：3D列印和機器人如何結合？
施侃樂：3D列印機，其實就是一種機器人。在未來，機器人和3D列印技術會慢慢融合在一起，形成一整套技術棧，下端是機器人技術，上端是3D列印技術、材料科學等等，融合成一個大的門類。總體來說，我相信這套技術在未來會有極大的發展，我很看好。
結語
目前，清軟海芯的3D列印機價格在1.5萬～8萬人民币之間，對普通家庭來說還很昂貴，主要客戶是教育、企業應用和科技展示。Elon Musk曾說過，
特斯拉的商業計劃是先開發高檔頂級電動車，用賺到的錢開發中檔電動車，再用這部分收入開發便宜的普及型電動車，最終願景是讓電動車走進千家萬戶。施侃樂的想法與他不謀而合——先從較昂貴的商用級3D列印機做起，用這部分收入開發便宜的家用級3D列印機，最終讓3D列印走下科技神壇，飛入尋常百姓家。