3D打印什么都能打出來
先來看看3D打印是多么神奇的一件事情,它能打印出許多你無法想像的東西,比如一部汽車!沒錯,來自比利時的16位高級工程師組建了“新一代工程 師”團隊,負責設計一款名為“亞利歐(Areion)”的3D賽車,它在4秒內可從0速度提升至60英里/小時,行駛中最高速度可達到87英里/小時。要 打印這部3D賽車就得從外殼開始,將設計好的3D數(shù)字模型傳給3D打印機,經過漫長的等待,整個外殼結構比就打印了出來,甚至在汽車的兩側按照設計均打印 出了復雜的冷卻通道;然后,結合集成芯片,裝上輪胎和發(fā)動機,這個團隊在三周內便完成了這部3D賽車的打印工作。
另一部名為Urbee的3D打印汽車最近也在加拿大亮相,它是一輛三輪、雙座混合動力車,使用電池和汽油作為動力。雖然單缸發(fā)動機制動功率只有8馬 力,但由于其小巧輕便,最高時速可達112公里。“Urbee”橙紅色車身,扁長圓的外形顯得小巧可愛,底盤為不銹鋼制成,包括玻璃嵌板在內的所有外部組 件都是通過大型3D打印設備生產。而先進的3D立體打印技術不僅使Urbee具有時尚前衛(wèi)的流線型外觀,還減少了制造過程中對原材料的浪費,可謂是名副其 實的環(huán)保車型。
還有什么更神奇的?打印禿鷹的喙,給它一個人工“義喙”。一只名為“美麗”的禿鷹被一名偷獵者用槍擊中面部,喙受傷嚴重,不能自己進食。非營利組織 “西北猛禽”(Birdsof Prey Northwest)的志愿者用管子喂它,但它的喙再也不會長出來,這意味著“美麗”會永遠喪失自己進食的能力,面臨被施以安樂死的命運。猛禽專家簡芬 克·康特威爾聯(lián)合機械工程師和一位牙醫(yī),設計出一個可以完全替代“美麗”失去的上頜的尼龍聚合物喙,這個“義喙”就是用3D打印機打印出來的。盡管手術后 “美麗”的新喙并不是很完美,但它至少可以自己進食了。
打印一套房子也不是天方夜譚。美國南加州大學的Behrokh Khoshnevis教授正進行一項研究,建造一個可以在一天內打印出一套房子的3D打印機,只需要20小時就可以完成!這個巨大的3D房子打印機將從房 子地基開始,地板、墻、天花板、管道甚至更高級的東西,比如電線都可以被打印出來,設計師只需要設計好門和窗戶的CAD圖樣,其他的就留給巨大的3D打印 機吧。別擔心這種打印出來的“塑料房子”很脆弱,Behrokh Khoshnevis教授認為到2050年,3D打印房子將不再是一個稀奇事,而且到時候完全不用擔心房子的堅固度,一般的房子30年-50年就要重建 了,而現(xiàn)在生產的各種高強度塑料能保證使用5年-10年沒問題,關鍵是低成本,人們大可以幾年就換一套新的房子。
神奇!
3D打印原來是這樣的
好了,見識過萬能的3D打印后,你一定很有興趣知道它是怎么實現(xiàn)的。其實說白了3D打印跟我們熟知的2D打印原理是一樣的,只是3D打印噴出來的不是墨水,而是特別的材料,而且這種技術其實在上世紀90年代就已經出現(xiàn)。
使用3D打印機就像打印一封信:輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕,一份數(shù)字文件便被傳送到一臺噴墨打印機上,它將一層墨水噴到紙的表面以形成一幅二維 圖像。而在3D打印時,軟件通過電腦輔助設計技術(CAD)完成一系列數(shù)字切片,并將這些切片的信息傳送到3D打印機上,后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起 來,直到一個固態(tài)物體成型。3D打印機與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。
將打印變3D的方法很多,有些3D打印機使用“噴墨”的方式。例如,使用打印機噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質噴涂在鑄模托盤上,此涂層然后被置于紫 外線下進行處理;之后鑄模托盤下降極小的距離,以供下一層堆疊上來。還有一些3D打印系統(tǒng)使用粉末微粒作為打印介質。粉末微粒被噴灑在鑄模托盤上形成一層 極薄的粉末層,然后由噴出的液態(tài)粘合劑進行固化。它也可以使用一種叫做“激光燒結”的技術熔鑄成指定形狀。當遇到包含孔洞及懸臂這樣的復雜結構時,介質中 就需要加入凝膠劑或其他物質以提供支撐或用來占據空間。這部分粉末不會被熔鑄,最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。如今可用于3D打印的介質種 類多樣,從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。有些打印機還能結合不同介質,令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟??茖W家們正在利用3D打印機制造 諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織,很有可能有一天我們能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。如果生物打印機能夠使用病人自身的干 細胞,那么器官移植后的排異反應將會減少。人們也可以打印食品,比如康奈爾大學的科學家們已經成功打印出了杯形蛋糕。幾乎所有人都相信,食品界的殺手級應 用將是能夠打印巧克力的機器。
如果我們要制作一個塑料材質的蘋果,首先需要在電腦上使用CAD軟件制作出一個蘋果的3D模型文件,然后把它轉換成3D打印機支持的文件格式。接下 來需要給3D打印機放入塑料耗材,然后點擊一下“打印”,剩下的事情就交給3D打印機去做吧。等等,還有一個重點需要說明,就是3D打印機到底會把這個蘋 果分成多少層來打?。恳粋€最簡單的邏輯是:層數(shù)分得越多,打印出來的蘋果精度越高,例如圓弧越接近自然,這跟數(shù)碼照片的分辨率原理有點類似。而打印層數(shù)其 實是由3D打印機的“層厚”來決定的,越高級的3D打印機能打印出來的層厚就越薄,而層厚通常是微米級別的,這也是衡量3D打印機性能的重要標準。但讓人 糾結的是,層厚越小,精度越高,3D打印的速度就越慢。真可謂魚與熊掌不可兼得。
厲害!
3D打印將顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)
美國人甚至動起了用3D打印機打印iPhone的主意,因為這種新的制造技術將顛覆傳統(tǒng)的生產模式,不需要大量的工人做同樣的一個產品,重復同樣的 一個生產工作,這些都交給3D打印機去辦,設想一下為蘋果生產i-Phone的富士康員工跟3D打印機比拼生產效率,說不定哪天美國人自己用3D打印機打 印出來的iPhone成本會比今天富士康生產的還要低。事實上,以目前的3D打印技術,顯示屏和傳感器這種看起來“高精尖”的元器件,都可以被直接打印出 來了,那么,我們離直接打印iPhone的那一天還遠嗎?
就是這樣一個簡單的道理,如果能用機器去辦的事情,為什么還需要人工去生產呢?3D打印技術改變了傳統(tǒng)的制造流程,人們不再需要分批制造各種不同的 零部件,然后再把它們組裝在一起,而只需要做一個很棒的設計,剩下的事情就交給3D打印機來完成,這部機器可以打破零部件的概念,直接打印出產品的整體。 顯而易見的是,3D打印這種制造流程不光能節(jié)省大量的人力勞動,而且能使材料的利用最大化。
不過,目前的3D打印仍然只能被用于非常規(guī)的制造領域,比如企業(yè)可以用3D打印出一個樣品給客戶看,但卻不能成批量大量打印產品出來交付給客 戶,3D打印技術仍有很大的制約瓶頸。其中最大的一個是耗材問題。試想一下,如果只是打印一個塑料的蘋果,那是很簡單的事情,只需要給3D打印機加注一些 塑料原料耗材,但如果真要打印iPhone,那就得需要鋁合金、玻璃、塑料,以及各種導電材料了,打印聚合物鋰電池看起來也是一個棘手的問題。要在一部 3D打印機上面使用這么多不同材料的耗材,目前來看還是有技術難度的。
但是,技術難度并不能阻礙3D打印被追捧,英國《經濟學人》雜志認為它將“與其他數(shù)字化生產模式一起推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命”,用3D打印機替代大量工人的愿景終有一天會到來。
#p#副標題#e#
問:3D打印機是萬能的嗎?答:至少目前3D打印機并不是萬能的,它的生產制品受到原料耗材的制約,如果材料學有突破的話它會更加完美。
問:3D打印機會取代傳統(tǒng)制造嗎?
答:目前看來不會,它可以改變傳統(tǒng)制作過程中某些環(huán)節(jié),使其更高效更節(jié)省成本。
問:3D打印機能直接打印出彩色嗎?
答:專業(yè)級和生產級的3D打印機很多已經能夠直接打印出有顏色的物品了,個人級的3D打印機可以通過選擇有色原料也可以制作單色的物品。
問:為什么3D打印機價格貴嗎?
答:3D打印機產品針對的市場不同分為個人級、專業(yè)級、生產級,結構和采用技術、耗材各不相同,所以價格差距很大,有幾千元的也有幾十萬元的。
試一試
3D打印個人也能玩
好了,看到這里你是不是已經流口水了?想自己 打印一部自行車試試,或者設計一對屬于自己的情侶玩偶,甚至很想擁有一臺個人的桌面式3D打印機。辦法還是有的。盡管目前頂尖的3D打印技術都是大型企業(yè) 才用得起的,數(shù)萬美元以上的售價真的不菲。不過,對個人玩家或者小型企業(yè)而言,還是有途徑去嘗試3D打印這種新玩意的。
目前國內已經出現(xiàn)了一些專門面向個人或者小型 企業(yè)的3D打印服務,客戶只需向他們提供設計好的3D圖樣,他們就可以為客戶打印出來,而這種打印出來的小玩意所費并不太多,比如一臺用3D打印機打印出 來的小跑車模型,通常需要400元左右。甚至,如果你是一個搞設計的專業(yè)人士,那么擁有一臺桌面3D打印機也是可以的,通常售價只需要3000元 -5000元,當然,這種個人級3D打印機功能就很簡單了,通常只能使用塑料耗材,用來打印小設計最合適。
事實上,3D打印機也在向小型化發(fā)展,一些美國企業(yè)已經推出面向個人和小型企業(yè)用戶的桌面3D打印機,售價通常在2000美元以下,便宜的機型甚至低至400美元。而國內也有專門推出個人3D打印機的企業(yè),國產品牌的3D打印機售價也只需要幾千元,但功能相對簡單。
有分析認為,3D打印機就像過去的PC一樣, 剛開始只有少部分的技術人員需要用到PC,但當PC應用逐漸大眾化的時候,PC就迎來了進入千家萬戶的普及時代。3D打印機也是一樣,當人們發(fā)現(xiàn)它可以打 印許多人們日常生活所用到的物品時,3D打印機也就迎來了進入千家萬戶的時機。



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