3D打印引发高端制造
发布时间：2012-9-6 01:36
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“3D打印”是通俗的叫法，学术名称为快速成型（RapidPrototyping，RP）技术，也称为增材制造技术，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。 3D打印机出现在上世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“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。这打印技术称为3D立体打印技术。 目前全球有两家3D打印机巨头。一家即为上述Stratasys公司，它是纳斯达克上市公司，刚刚收购了以色列一家名为Objet的3D打印机公司；另一巨头是亦在纳斯达克挂牌的3DSystems公司，它在2012年初通过收购另两家3D打印机品牌ZCorporation和VidarSystems奠定其江湖地位。 2011年3月，英国一名科学家设计出一款名为Airbike的自行车，并用打印机一次成型地打印出车轮、轴承和车轴。通常情况下，这些零部件需要由多个工厂制造，而后进行组装。这辆自行车采用尼龙材料，坚固程度与钢铝材料不相上下，但重量却减少了65%，关键是——它可以骑。 几乎与此同时，美国康乃尔大学一位教授带领他的学生，在实验室里用一台打印机，打印出一块有草莓酱的巧克力蛋糕；4个月后，英国南安普顿大学一位教授和他的团队，“打印”了一台最高飞行时速100英里的电控飞行器。这架飞机上2米长的机翼、集成操纵面以及舱门，均由打印机制作而成。哈佛大学医学院的研究人员则宣布开发出一台可以进行生物打印的设备；2011年9月，世界首辆3D打印机制造的汽车现身加拿大温尼伯市…… 
《第三次工业革命》作者里夫金称，“3D打印机可以打印出能骑的自行车、可穿的衣服、能飞的飞机。现在，在非洲乡村，假使你使用的某一个东西的零件坏了，就得等上好几个星期，但使用3D打印机，你可以当场制作出一个零件。你可以用几千美元买一个小的3D打印机，这样你就拥有一个小家庭工厂，或者小镇上的小公司，可以以非常之低的成本实现生产和销售；通过互联网接受订单，销售成本也几乎为零；物流成本也很低，因为运输工具都可以在所在地随时充电。在美国，一位纽约大学辍学学生创办了一家非常成功的网络家具销售网站Etsy，已经吸引了50多个国家的数百万的买家和卖家，采用的就是这样的模式。他被认为会是新一代的比尔·盖茨。” 揭秘“打印”过程原理 3D打印机的成型技术与喷墨式平面打印技术类似，也是在平面上喷原料，不同的是，3D打印机需要喷很多薄层的原料才能使之成为最后的立体成品。 以现在Stratasys公司研发的基于FDM技术的快速成型机为例。首先，它会将电脑中的模型数据导入3D打印机的控制软件，而后生成支撑材料和加热喷头运动轨迹。这时，加热喷头会根据电脑中模型的横截面轮廓信息做平面运动，原材料也会输送到加热喷头，经过加热熔化后成半液态挤压出来，涂在工作平台上。快速冷却后平台上就会形成一层约0.1mm厚的薄片轮廓。这就完成了一个薄层。如此类推，打印机在完成了足够多的薄层后，成品就会“出炉”了。 与传统的3D打印机相比，FDM的快速成型机拥有两个加热喷头，工作效率较高，而且采用的原料多为聚碳酸酯等，在制作工作中，不会产生污染气体，更重要的是，它“打印”出来的成品精准率极高。 
只是3D打印机使用的打印材料是特制的粉末而非普通的墨粉或墨汁。这些粉末在打印过程中会被一种特制的胶水逐层黏合、固化，并不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。恩里科·迪尼发明的打印机使用的材料是沙子。当打印机开始工作时，它的上千个喷嘴会同时喷出沙子和一种镁基胶。这种特制的胶水会将沙子黏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”出一个完整的雕塑，甚至一座教堂建筑。恩里科·迪尼设想，如果这种打印机能使用月球尘土为材料，应该就可以在月球上使用这种打印机，快速地建造出人类的月球基地。 能制造出以上成品的3D打印机价格并不便宜，他们从一万美元到十万美元不等。不过，这种价位与它们带来的经济效益可谓九牛一毛。要知道，甚至有人想用3D打印机来造房子。 3D打印机技术的应用 在医疗行业，3D打印机可以给医院打印“人体器官”,帮助病人了解手术方案。最近，一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染，因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨，这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。 
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