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撩开3D打印的面纱 [复制链接]

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发表于 2017-12-5 18:04:34 |显示全部楼层

3D打印也称增材制造,或快速成型技术,常见的3D打印通常是指利用低成本、功能简单的桌面级设备进行的增材制造。3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料,打印机与电脑连接后,通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说,3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备

1986年,美国科学家查尔斯.胡(Charles Hull)开发了第一台商业3D打印机,并成立全球首家增材制造公司3D Systems,成为国际两大3D巨头之一,自此正式拉开3D打印改变世界的序幕。3D打印对于制造业产生的革命性意义在于可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量,制造工艺由传统的"去除法"到今天的"增长法",由有模制造到无模制造。对于民用来说,随着3D打印技术的逐渐成熟和成本的进一步降低,从3D打印照相馆如国内首家的西安非凡士以及品啦和记梦馆,高端礼品的个性化定制,珠宝首饰模具制作等应用服务中体现出3D打印正逐步从细微处丰富着我们的生活和认知。

3D打印的应用领域非常的广泛,它主要应用在航空航天,医疗器械,建筑,教育装备,玩具设计,模具设计,产品开发,创客教育,雕塑,文物保护与修复,动漫影视器材等等,可以说它从经济基础到上层建筑都覆盖到了。

3D打印技术已经被空中客车和它的美国冤家波音所使用,这两家公司的巨型客机——空客A350和波音B787梦想飞机——当中均有3D打印零件。据称,打印零件的优势在于无需工具,而且制造极为迅速。同时,生产的金属零件也能比之前轻30%50%,而且制造过程中几乎没有材料浪费。

不久前,美国加利福尼亚州的生物技术公司ISCO发布消息,称其已经开发出了一款新的生物3D技术,可以显著提高生物打印干细胞的质量和功能。这种新的技术打印出来的3D肝组织,可以替代人体的受损肝组织,帮助恢复肝功能。还有的研究机构已经结合3D打印技术和多光子聚合技术,成功打印出了人造血管。该人造血管可以和人体组织之间实现“沟通”,从而不会产生器官的排斥,且可以生长出类似于肌肉的组织。更加不可思议的是,来自瑞士苏黎世联邦理工大学的人造心脏团队宣称,成功用3D打印技术造出了一颗柔软的人工心脏。这颗心脏可以自然地跳动半个小时,然后物质就会开始分解。现在研究人员正在改进这一发明。

3D打印在医疗方面的最大应用在于牙齿打印,但这项技术的未来可不仅仅在一颗牙齿上,其材料强度、工艺精度上的优势,有望在更多医学领域发挥作用,比如应用于骨科的硬组织修复、大尺寸特殊结构骨骼部件的制备等。

用3D打印硅橡胶材料量身定做一张“人工皮肤”,看起来跟真实皮肤一样,还能促进皮肤组织再生。硅橡胶3D打印在医用领域有广阔应用前景。但硅橡胶材料特殊,并不能像热塑性塑料或者金属那样经过加热就能打印成形。四川大学高分子材料工程国家重点实验室通过分子设计,合成了可热塑加工的自修复硅橡胶(PDMS)弹性体材料,可进行超细粉体化。在此基础上,川大与意大利国家研究委员会聚合物、复合材料和生物材料研究所合作,在世界上首次实现了硅橡胶的选择性激光烧结3D打印。

3D打印在建筑方面,201710月,江西宁都县温玉荣就用3D打印技术建了一栋民宅成了“第一个吃螃蟹的人”。房子建成后,引来好多村民参观。整栋房子采用钢结构和3D打印技术建造,没有用一块砖头,也无须拆卸建筑模板,基本上没有产生建筑垃圾。3D房屋建筑和传统建筑相比施工周期短且价格低廉。同样建4层楼,采用传统方式最少需4个月,单平米预算过千;采用3D打印技术只需20天,每平米600元。而且因为房子浇筑一体成型,在抗震方面有很大优势。

在服装方面,阿迪达斯正在用3D打印技术来制作高性能的衬垫和鞋底,耐克宣布与惠普结成合作伙伴关系,深化在3D打印上的合作,越来越多的鞋业零售商家正在试图利用3D技术生产出高精尖的鞋子,例如阿迪达斯研发的一款基于3D打印技术的概念鞋,根据用户在门店的跑步机里留下跑步数据,就可以为用户定制一双穿着舒适的跑步鞋。尽管打印一双属于自己的鞋子非常炫酷,但是价格也不菲,不过对于有着更高需求的专业运动员来说,完全可以利用3D打印技术来定制一双独一无二的、个性化的鞋子,不但适合脚型还符合自己的运动方式。

3D打印出来的服装依然看起来有些奇怪,穿着舒适度也有待加强,但是3D打印在服装领域的应用可以减少制造中的材料浪费,降低昂贵的模具费用;尤其重要的是,3D打印技术能够根据用户身体的精确形状、尺寸和支撑需求来进行量身定制,对于从事游泳、体操、跑步的运动员,或是有着特殊需求的用户来说,则是不二良选。

3D打印让很多以前不可能完成的设计成为现实。特别是对花瓶、雕塑、饰品等装饰类的用品而言,3D打印天马行空的设计和实现能力让很多“mission impossible”轻松完成。

卫浴领先品牌“美标”就用3D打印技术制作了一款水龙头DXV,使用了直接金属激光烧结SLS,这种工艺令设计师能够将水路隐蔽成一个看起来仅仅起到装饰作用的精细结构,让水流形成一种天然瀑布的形态。

3D打印不仅可以用于新产品的设计,在破损家具的利旧翻新上更是如鱼得水。宜家公司将这些需要打印的3D部件文件发送到用户手上,用户找到3D打印机直接打印出来即可修复,省时省钱还环保。

当前的食品3D打印机,很多采用的都是挤出原理,即把膏状的食材通过喷头挤出,然后根据预先输入的3D数字模型绘制出需要的形状。在未来,食品3D打印机将能够精确控制食物的营养成分分布,还能与手机等设备相连接,从而令厨房变得更加智能化。不过,这种挤出方式只适用于巧克力、奶油等流状食品,对于需要进一步加工的食品就不适合了。

现在的3D打印机就像20世纪中叶的计算机,随着技术的发展,用来打印任何东西似乎都变得可行。笔者小远认为,也许它能携手云计算,大数据和互联网+在工业4.0时代掀起革命浪潮,星星之火,可以燎原!


小远

2017.12.05


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