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3D打印:新工业革命的序幕  

2012-10-24 15:50:43|  分类: 技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  今年以来,三维打印(俗称“3D打印”)技术可谓“风起云涌”。各种有关3D打印的报道层出不穷,3D打印品也让人大开眼界———不仅可以“打印”出一幢完整的建筑,甚至可以“打印”出人体的毛细血管,以至于可以用在航天飞机中给宇航员“打印”各种生活所需。


3D打印:新工业革命的序幕 - 子月 - 向明工作室
 

  貌似神奇的“3D打印”技术,如今通过开源处理之后,逐渐走入日常生活。在工业设计、模具开发领域,“3D打印”尤为突出,而我们在日常生活中同样可以“打印”出各种千奇百怪的东西。未来,3D打印机的应用将会更加广泛。

  这项只有25年历史的技术,被英国的《经济学人》周刊评价为“与其他数字化生产模式一起,推动第三次工业革命的实现”,美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“十大增长最快的工业”。

3D打印:新工业革命的序幕 - 子月 - 向明工作室
 

  要“打印”先“虚拟”?

  ———建造3D模型很重要

  从技术原理来看,与其说“3D打印”是一种打印技术,不如说是从“3D虚拟”到“3D构造”的过程。最关键的步骤,是需要在电脑中建立起三维模型。借助3D辅助设计软件,工程师们可以设计出一个个的3D模型,或者直接照着原型来设计,打印的材质不同而已。

  随后打印的过程,就是一个“构造”的过程。之所以被称为“打印机”,是参照了其技术原理,3D打印是断层扫描的逆过程,断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片,3D打印就是一片一片的打印,软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上。打印机会将连续的薄型层面堆叠起来,直到一个固态物体成型,成为一个立体物体。

因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似,所以,也可以直接理解为“喷墨”。但3D打印机与传统打印机最大的区别,就是它使用的“墨水”是实实在在的原材料。

3D打印:新工业革命的序幕 - 子月 - 向明工作室
 

  “打印”还是制造?

  ———又一次工业革命的序幕

  原材料需要凝固成型,需要在成型的区域喷洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散,然后再喷洒一层均匀的粉末。在一层胶水一层粉末的交织下,实体模型将会被打印成型。

  一般来说,从成型技术的区别看,3D打印机有两种类型,一种是堆叠法,一种是烧结。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质,对固化反应速度有要求,而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来,实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。

  所以,“3D打印”说是打印,其实就是一种“制造”技术。难怪世界首个公布3D打印机开源数据信息的科学家英国工程学家阿德里安·鲍耶表示:“未来你想要什么,只需下载图纸,按一下‘打印’键,剩下的所有事,请统统交给打印机。”他甚至认为:“3D打印机将来不是要取代某一个制造业,而是要取代几乎所有的制造业。”

  打印机昂贵?

  ———3500元淘宝有卖

  都说“物以稀为贵”,一套三维打印机的价格从一般的750美元到上等质量的27000美元不等。在淘宝上,很多店家销售3D打印机,价格都在3500元以上,贵的甚至要万元。甚至还有进口的全封闭的3D打印机,售价42万!

  事实上,自从开源软件Arduino出现之后,普通桌面3D打印机的价格已经“俯身向下”。由5个国际工程师研发的Arduino开源软件,最初旨在帮助学生们实现把输入的数据原型输出(即3D打印工作),而后推广开来变为完全开源,它的设计文件和规格说明书、控制软件、文档(基于创意公用)也是开源的。Arduino唯一付费的地方就是商标。

  也正是有了开源技术之后,3D打印开始越来越普及,价格也从昂贵变为低廉。人们通过3D打印机,“打印”出更多更实用的物品来。

  千奇百怪的3D打印”成果

  1、“打印”房子

  2010年3月,一位名为恩里科·迪尼(Enrico Dini )的发明家设计出了一种神奇的3D打印机,可以“打印”出一幢完整的建筑。这种打印机的原料主要是沙子。打印机开始工作时,它的上千个喷嘴中会同时喷出沙子和一种镁基胶,这种特制的胶水会将沙子粘成像岩石一样坚固的固体,并形成特定的形状,然后只需要按照预先设定的形状一层层喷上这种材料,最终就可以“打印”一个完整的雕塑或者教堂建筑。

  2、“打印”人体骨骼

  由于3D打印的神奇效果,有国外媒体报道,已经出现了可以替代真实人体骨骼的3D打印机,将来外科医生们或许就将可以在手术中现场利用打印设备打印出各种尺寸的骨骼,用于临床使用。

这种骨骼替代打印材料,据说可以支持人体骨骼细胞生长,并且在老鼠和兔子身上进行了试验。今后,这类“替代品”很可能帮助医生进行骨骼损伤修复,或者用于治疗骨质疏松,以及牙科治疗。

  3、“打印”人体模型

  由于3D打印的神奇效果,日本一家公司甚至推出了面向个人的“Baby复原服务”。在母亲怀孕的时候,只需提供婴儿在母亲肚子里的X光照片,他们便可以复原成三维图像后,打印出一个肚子里的婴儿模型作为纪念。

  4、“打印”无人飞机

  利用3D打印机,汽车和飞机都可以自己造出来。英国南安普敦大学制造的世界上第一架“3D打印”飞机。近日,美国弗吉尼亚大学工程系研究人员更是制造了一架3D打印的无人飞机,巡航时速可达到45英里。美国弗吉尼亚大学工程师大卫·舍弗尔称,五年前为了设计建造一个塑料涡轮风扇发动机需要两年时间,成本大约25万美元。但是使用3D技术,我们设计和建造这架3D飞机仅用4个月时间,成本大约2000美元。

  而16名比利时工程师就利用3D打印机制造了一辆全尺寸赛车,并完成测试;而3D打印制造出来的汽车最出名的当数Urbee车型,采用汽油和电力混合发动机,是世界上最环保的汽车之一。有了3D打印技术,汽车维修行业也有了支持工具,可以用它来打印稀缺的汽车零部件。

  5、“打印”食品

  在3D打印机的基础上,英国科学家成功地使用液态巧克力作为“油墨”,打印出各种形状的巧克力。

  由此可以提示,未来将会出现专门用于制作食品的“3D打印机”。甚至普通人在家中,都可以自己动手制作蛋糕、面包以及各式各样的食品来。以往那些看似复杂,不能够在家中自己制作的食品,同样可以通过3D打印机来完成。

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