未来智讯 > 3D打印论文 > 3d打印能否改变世界

3d打印能否改变世界

发布时间:2018-11-23 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3d打印能否改变世界作者: 本刊编辑部   有人把它比作当代珍妮纺纱机,有人认为它会带来第三次工业革命,对生活的影响甚至会超越互联网。它打印出了房屋、模型,未来也许是器官、食品……但目前看,它或许不过工业设计的利器和个人用户的玩物。
  “3D打印”这一词语在今年刚出现的时候,它只被很多人当做奇闻异事而已。但随着打印楼房、汽车甚至肾脏的新闻出现,它起初被各路媒体连篇累牍地报道。有关它的各路消息也越来越多,不知是3D打印在这一年确实发展神速,还是媒体将它捧成了明星。
  其实,3D打印的观念早在几十年前就已提出。20世纪70年代,随着电脑3D设计的兴起,越来越多的设计师通过电脑软件就能设计三维物体。但要把设计的物体真正制作出来,就需要各类材料、加工技能和专门的工人。一旦需要批改,又得重新制作,费时费力。能不能像打印机那样,直接把模型喷出来呢?基于这一需求,3D打印首先的构想变成了。
  1992年,美国斯川塔斯公司卖出了第一台商用3D打印机。它应用计算机软件设计出三维立体建模,然后进行打印。其打印的方法如同高等数学里的微积分一样,把立体的图形切分成无数个切片,打印机获取每个切片的信息进行打印,最终用一层层的切片堆叠出物体。
  据亚洲制造业协会CEO罗军介绍,3D打印技能最早被称作快速成型技能。它制作物体的原理与打印机相似。最大不同便是“墨汁”不一样。平面打印机使用墨粉就够了。但3D打印机使用各种各样的材料,包括树脂、尼龙甚至金属。
  中科院化学研讨所研讨员、新材料实验室主任宋延林告诉记者,任何材料只要可以形成半流体,并容易固化,都能够作为3D打印机的“墨汁”,比如沙石、食物甚至细胞。把它们通过高温或者激光的方法抽成丝状,就能够让打印机进行“喷墨”了。
  “墨汁”材料的扩展,才使3D打印焕发生机。因为,如果只可用树脂、石膏,只是是方便设计师做模型而已。但各种材料都能使用,3D打印出来的便是实实在在的产品。
  2011 年9 月,世界上第一辆“3D 打印汽车”在加拿大亮相。名叫“Urbee”的汽车是一辆三轮、双座混合动力车,使用电池和汽油作为动力。虽然单缸发动机制动功率惟有8马力,但由于其小巧轻便,最高时速可达112 公里。
  目前,打印房屋的试验正在美国南加州大学进行,该校教授比洛克・霍什内维斯说,一旦试验成功,打印一幢200平方米的房子,只需要20小时。
  不但如此,一些机构正在进行打印诸如皮肤、肌肉和血管片段等大略的活体组织的试验,在未来,如果3D打印机可以使用病人自身的干细胞制造出像肾脏、肝脏甚至心脏这样的大型人体器官,那么器官移植后的排异反应将会大幅降低。
  如此看来,3D打印对世界的改变和影响似乎会是颠覆性的。无怪乎很多人将其称作第三次工业革命的标志。英国《经济学人》杂志给出了相对客观的评价:“伟大发明所能带来的影响,在那时那个年代都是难以预测的,1750年的蒸汽机如此……1950年的晶体管也是如此。而今,我们仍然无法预测,3D打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。”
  的确,3D打印在当下生活中能否使用,如何使用才更关系到我们自身。
  我在家打印小模型,
  他们打印出了飞机部件
  3D打印的神乎其神,更多人是听说或者看到。普通人究竟能不能用?在工业制造中,它又运用于哪些方面呢?在宋延林看来,当前的3D打印应用于两个方向:民用方面,把3D打印当做工艺品的一种制造方法;在工业制造领域,则更多的是用来制作模型、模具来简化生产环节。
  3000元即可打印
  3D打印机有没有,或者是否普遍,问问电商就知道了。在淘宝上查询“3D打印机”,会出现数百条结果,价格从几千元到几万元不等,最便宜的要三千多元。难道,三千多元就能实如今家3D打印么?
  杨阳是中软集团的软件工程师,典型的“技能宅”。他在北京参加了一个叫做创客空间的组织,其中一个项目便是3D打印。据他介绍,他们所使用的3D打印机便是几千元的“便宜货”,打个小东西,足够了。
  机器惟有一个桌子大小,有一个半透明的罩子,它连接电脑,快速“吐丝”,半个多小时的时间,一个塑料扳手就成型了。它不但仅是个模型,在顶端还能转动,同真扳手一样,只只是是塑料制成的,强度造成其无法使用。
  据杨阳介绍,打印这样的扳手,差不多需要一卷塑料。到耗材市场去买,差不多需要一两百元。而这样的打印机,几千元购买也能够,但对于他们这些“极客”而言,自己做出来更有成就。因为,国外早就把3D打印机的关键技能在网上公布了,不乏爱好者自己制作3D打印机。
  这样的制作成本,一般家庭足以支付。只要有闲情逸致,打印个水杯、塑料盒还是挺有情趣且实上用的。只是真相上并没有那么大略。
  图纸建模是关键
  很多人都去关注制作的过程,而忘记了最核心的要素――“图纸”。电脑上需要有扳手的三维建模,才可能打印出来。而这样的建模并不是一般人可以做出来的,因为,并非每个人都能使用3D软件进行图像设计。
  “其实,如果有兴趣,也并不太难,”杨阳介绍道,如今有不少国外的相关公司会把各种建模贴到网上,例如Tinkercad等网站。而且,它们使用起来并不复杂,一张照片或其他2D图片,都能通过程序转换成3D图像。还有一款名为Photofly的软件,只要有一张自己的照片,就能把自己生成3D建模,打印一个自己的人偶也并非难事。
  虽然看似把3D打印与普通人拉近了一步,但也并不大略。如果没有十足的兴趣,一般的现代人不会花时间去钻研这件事。更何况,只可复制已有的东西,不能天马行空地创造。
  杨阳在半年多前就打印过几回,之后再也没玩过。据他自己分析,主要是因为创造性太小,都是拿网上图纸打些已有的东西,自己发挥的东西不多,而且创意也不够。“这个项目里玩得最high的便是学艺术并且会建模的,惟有他们才能把自己的创意形成现实,获得成就感。”   国内3D打印已应用于飞机
  在我国,早在1991年,华中科技大学就成立了快速制造中心。其中,华中科技大学教授史玉升及其团队凭借对3D打印技能的研发,在2001年就获得了国家科技进步二等奖。中国对于3D打印技能的关注并不晚。
  今年10月,由亚洲制造业协会结合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同倡议的中国3D打印技能家当联盟正式宣告成立,成为全球首家3D打印技能家当联盟。
  据史玉升介绍,我国在3D打印技能的核心领域已经与美国3D公司,以色列objet公司等国际巨头基本处于同一水平。虽然,民间的使用还有一定差距,但在制造业领域,中国技能已处于世界领先水平,并且广泛应用到航空航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造。
  北京航空航天大学材料科学与工程学院教授王华明担任了中国3D打印技能家当联盟理事长。他和研讨团队通过3D打印技能,已研制生产了我国飞机装备中迄今尺寸最大、结构最复杂的钛合金及超高强度钢等高本能关键总体构件,并在大型客机C919等飞机研制生产中得到应用,这在世界尚属首例。
  王华明告诉记者,他们所研讨的技能叫做激光成型,是3D打印的最高形态。常常来讲,飞机上大型复杂金属构件,需要制定、开模具、锻造等一系列环节。仅仅使用生产模具就需要几十万甚至上百万,并且生产周期也很长。激光成型技能的使用,大规模节约了成本和时间。“特别是钛合金这种很难加工的金属构件,利用激光成型技能可以直接生成一个很精致的毛坯,再进行小量加工,就能够直接在飞机上使用。”
  社会化制造挑战“Made in China”
  相对照中国对于3D打印的关注,国外“动手”更早。2011年6月,美国领袖奥巴马就宣布了一项新政策,并向3D打印家当支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。不同的是,中国更多用在重工业,而国外有些“不务正业”。
  美国加利福尼亚州的Legacy Effect公司,利用 3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型,为演员量身定制能够完全符合演员的脸、颈部和头部的道具,在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。
  日本一家公司推出了面向个人的“Baby复原服务”:只需提供婴儿在母亲肚子里的X光照片,他们便能够将其复原成三维图像后,打印出一个“肚子里的婴儿”模型作为纪念。
  2011年巴黎春夏时装展上,荷兰的一位时尚设计师发布了他直接用3D打印机制作的立体服装,这些超太空感的服装由锦纶打印而成。
  3D打印的出现,不再依赖人工,没有组装流程,如果成本降低,制造业将被重新定义。专家预测,2020年之前,3D打印机将能够从事小规模生产。若果真如此,社会化制造将对劳动密集型的“Made in China”带来极大的挑战。
  神奇的家用3D打印机
  今年9月,3D打印机制造商MakerBot在曼哈顿和休斯敦开设了两个零售店,推出他们的Replicator2系列打印机。它不是一套复杂的设备,也不需要处理高级软件,而只由一个大略的操作系统驱动,就能够把电脑中的设计图纸形成实物。在店里,基本款的Replicator2售价2199美元,而高端款Replicator2X售价也只需2799美元。在MakerBot的CEO布雷・派蒂斯看来,3D打印机的春天已经来了。他的指标是让3D打印机创造出桌面制造系统。
  和首先的桌面出版设备一样,早期的3D打印机还很粗陋。然而发展到Replicator2系列,由于配置了更易操作的软件和可选式双层挤压机,它已经能够识别更为多样化的曲线,制作出更复杂的产品,分别率更高,色彩更丰富,而且质量更有保证。随着3D打印数据库的不时丰富,自由设计图案越来越多,我们能够预测3D打印机带来的桌面制造革命将挑战传统工场大批量生产的模式。
  现在在一些美国牙医诊所,不少定制的口腔设备如今都会用到3D打印机。像调整牙齿排列的口腔防护器,戴上它几个月后就能把牙齿调整到合适的位置,牙医只需扫描牙齿位置就能够利用软件制作一个口腔防护器的塑料模型。而且速度还很快,牙医甚至能够现场使用3D打印机制作出牙齿模型,大略磨制后就能把假牙给你换上。
  入门级的Replicator2使用的是一种环保生态塑料PLA。主要成分是玉米淀粉,温度降低的时候不会收缩,因此不需要机器进行太多调整,更方便个人操作。据派蒂斯介绍,“PLA是可降解的,打印时的味道就像奶油蛋糕”。在官网上,PLA是48美元/公斤,够做400颗国际象棋。
  虽然你如今可能还想不到买一台3D打印机回家的用处,然而在派蒂斯看来,这就像早期的电脑,在真正使用前没人理解它的魅力。他表示,“你将创造出各种神奇的东西”。这些神奇的东西可能是首饰、智力玩具或者各种古怪的雕塑。孩子们经常会有些奇思妙想,会要一些奇怪的玩具,而使用者将在他们眼皮底下变出来。这也便是为什么刚刚起初出售MakerBot时,有一半以上的用户是程序员,而如今更多的用户是父母。
  或许未几以后,也许只需数年,实用的主流3D打印机的市场规模将达到数百万台,消费者在沃尔玛或者好又多之类的超市里就能够买到,或许售价只需99美元。
  3d 打印能引发
  下一场工业革命?
  看起来很美,想起来很炫,用起来并不大略。预想与现实的对比,让人不禁疑惑3D打印技能真的能掀起一场新工业革命么?
  至少,美国著名科技杂志《连线》的前主编安德森这么认为。不但如此,他还用实际行动诠释了这一观点:辞去主编职务,投身于3D打印的创业当中。“3D打印是一件比互联网更重大的事情”,他在新书《造物者:新工业革命》中如此写道。
  在接受媒体采访时,安德森说道:“3D 打印就像当年的Macintosh(电脑操作系统)一样,会掀起一场技能革命。它将会走入千家万户,成为居家旅行‘必备良品’,我女儿就有一台。当我看到人们用他们惊人的想象力打印出各种成品时,我意识到这是连接我们的想象和现实的新纽带,这便是一场革命。”   安德森在新书签售的演讲中把3D打印机类比1764年的珍妮纺纱机。后者是工业革命的起源,而前者将会是新一次工业革命的起源。他之所以没用惯用的蒸汽机作比方,是因为珍妮纺纱机与3D打印机一样,都基于家庭诞生,是一个历史的循环。
  毫无疑问,安德森是3D打印技能的疯狂拥趸。他的观点也遭到了无数人质疑。但其实,无需去想象遥远的未来,就目前现状分析,3D打印至少有着三大瓶颈。
  “墨汁”局限打印能力
  3D打印不是一项高深艰难的技能。它与普通打印的区别就在于打印材料。
  目前,以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已经能够使用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料,两种材料的混搭使用、上色也已经是现实。然而,这些材料种类与人们生活的大千世界里的材料相比,还相差甚远。不但如此,这些材料的价格便宜的几百元一公斤,最贵的要四万元左右。
  在北京化工大学材料科学与工程学院教授苑会林看来,可打印材料的稀少和昂贵是制约3D打印技能的最大瓶颈。3D打印需要的材料必须是高分子材料,加热或激光照射之后要具有流动性,可以形成流体、半流体,成型之后有能力立刻固化。拥有这样条件的材料目前并不多。
  3D打印的发展也体现了“墨汁”的决定作用。当只可使用塑料、石膏的时候,3D打印的应用主要局限在样品模型制作;当它能使用钛合金的时候,也就直接打印出构件使用在飞机上。如果未来几年,土壤、岩石、细胞等都能成“墨汁”,再造一个世界也就成为了可能。
  对此,苑会林持相反观点。“只管,使用材料的范围会扩大,但不会囊括所有。每一个材料都有其自身化学特性,并不是都能实现液化、固化的转换。例如生命科学家想利用干细胞打印器官。干细胞如何液化、固化转换,即使转换成功,还能保证正常机能么?这些预想,我认为都不大可能实现。”
  变革仅在工业领域
  只管王华明多年致力于3D打印的研讨,并成功完成了科研项目,但他也并不认为3D打印会改变人民生活。
  “就我多年跟3D打印技能接触来看,这项技能在工业领域,确切地说,便是在大型关键总体构件的制造方面,带来了革命性的变化。在其他方面,还看不出会带来什么变革,特别是人民生活方面。说它是工业革命,说得太大了。”
  即使是在工业领域,3D打印也不是万能的。例如汽车,如果是一整片车盖,使用3D打印技能没问题,然而把整辆汽车打出来,一种材料无法完成;如果是一个部件一个部件地打印,再拼装,那还有什么意义?做个新奇酷品能够,生产使用不可能。
  在目前来看,3D打印使用的优势就在于工业中的大型总体构件。仅在这一方面,3D打印也还是刚刚起步,有很多不足。据王华明介绍,3D打印应用在工业领域就要对工艺有着很高的要求,特别是精密机械。“打印出来开不开裂,能不能成型,质量能否达标,本能怎样,都是未来3D打印技能需要努力的方向,”王华明说道,“更重要的是标准。进入生产领域,技能标准体系就需要建立。从这些方面来看,3D打印才刚刚起步。”
  不是人人都需要
  从另一个方面来看,3D打印在民间应用所主打的“人人都是制造者”,并不是每一个人的需求。
  例如,国外科技网站ZDNet的特约撰稿人弗莫尔斯基就十分不理解在家打印塑料小玩意跟去便利店购买相比,有着多大优势。并不是每个人都有情调,费时费力费钱地制造些小玩意儿能获得满足。更何况,现代人的生活已经够累了,希望一切都是可以买到的,谁还有心思去自己制造。
  即使是个有情趣DIY的人,他也不见得精通3D绘图软件,还得求助专业公司;他也许不只想要个塑料制品而已;他可能也不想负担那么多钱。所以,当前在民间应用3D打印的,都是“极客”。未来几年也会是他们。
  因此,在目前看来,一个只可制造塑料玩意儿的3D打印机能对我们的生活产生多大的颠覆性影响呢?即使有一天,3D打印成本跟购买商品成本一样低,相信也有很多人去选择购买。
  如果从现状来看,硬要说会有什么变革,那便是诸如飞机等大型工业制品成本会降低,机票可能会便宜了。
  枪支、武器可能泛滥
  如同核反应既能发电,又能破坏一样。3D打印技能在初期就让人们看到了一系列隐忧,而未来的发展也会令不少人担心。如果什么都能彻底复制,想到什么就能制造出什么,听上去很美的同时,也着实让人恐惧。
  据国外媒体11月26日报道,一个自称“分布式防御组织”的公司目前正在进行一个名为“维基武器”的项目,这一颇具争议的项目能够设计出全球第一款从网络下载武器设计图,并可以完全利用3D打印机制造出来的设备。现年24岁、得克萨斯大学法律系的大二学生同时也是该组织创始人的科迪・威尔逊宣布,全球第一台能够打印塑料材质武器的3D打印机原型机即将在今年末正式进入测试阶段。目前,在其公司网站上已经可以下载两款枪支的3D打印图纸。其中,AR-15冲锋枪配备了移动部件,与真枪十分接近。
  虽然,“分布式防御组织”打印的武器还没有测试使用。但据美国《大众科学》网站消息,一位自称“HaveBlue”的网友在网站发文称自己近来成功打印出真枪的局部组件,并联合真枪其他部件制作成一把枪,还在一个农场进行了试枪。“6米远的地方都能瞄得很准,累计射击200余次,枪身依然完好无损。”HaveBlue颇为自豪地说。
  如果他所言非虚,他将成为世界上第一个成功使用打印枪的人。但同时也引起了公众恐慌。如果手枪可以轻轻松松打印并且成功使用,那么人人持有武器的时代就会到来。特别是在中国等大多数公民不能持枪的国家,社会问题将尤为严重。因为,它的步骤太过大略,拥有一台3D打印机,下载一张图纸,购买需要的材料,就能够静待出“枪”。打印枪一出现,立刻启发了网民的思绪,手榴弹等制作大略的杀伤武器被纳入了打印的范畴。   不但仅是武器,一些唯一性的东西,有了3D打印技能也不再平安。比如,手铐的钥匙。前未几,德国的一名警察就通过扫描打印出了手铐的钥匙并成功开锁。当然,对于白领来说也有“福音”,指纹打卡机将会形同虚设。
  设计再无秘密
  3D打印是“骨子里”的复制,这让靠智慧、设计吃饭的人再次担忧。从网络信息共享时代吃尽苦头的创作人刚刚摸出了赢利途径,又被3D打印的到来重重打击。3D打印成熟之后,版权问题将层出不穷。
  当iPhone第20代出来的时候,山寨厂商扫描一下,打印一下,山寨机就会源源不时。特别是制造业上的巧妙设计,将毫无秘密可言。以设计为主要成本的衣服、鞋子、名牌包将会被山寨得一模一样。把路易威登新出的帆布包,打印成皮包也不是不可能,只要用户购买了合适材料。
  即使在当前,打印“墨汁”还没有那么丰富,一些领域的大公司也明显感受到3D打印带来的威胁。那便是游戏模型厂商,例如乐高。如今用塑料3D打印出乐高玩具不是问题,水平高的玩家甚至能自己批改设计,打造出属于自己的乐高。
  据报道,前未几,中国发明家协会组织了一些企业到北京计算中心参观3D打印机,大多数人对这一技能不敏感,不觉得它物有所值,唯一产生兴趣的是一家想做山寨眼镜的企业。可见,3D打印技能天生对于山寨有着巨大引力。
  “人身抨击”与“异形”
  2D时代,偷拍、艳照的泛滥,以及PS技能的移花接木。如果把它们都形成立体的呢?将这些2D作品转换成3D建模并不复杂,再把它们打印出来亦非难事。那么,带有明星脸的充气娃娃将会是宅男们的最爱;也能够把痛恨的人做成沙袋。但问题也就来了,用户的行为是否违法呢?照片毕竟不过一张纸而已,而一模一样的模型着实有些吓人。
  前未几,在英国广播公司网站上的一段视频中,美国威克森林大学再生医学研讨所教授安东尼・阿塔拉使用一台3D打印机打印出了一块柔软的人类组织。只管打印器官还处于科学幻想阶段,但在中国科学院北京基因组研讨所甄二真教授看来,这个方向在未来是有可能的。
  提取人体的干细胞制成“生物墨水”,打印出来,这在生物学家们看来,原理上说得通。如果未来实现,器官捐献将不再需要,人类将会摆脱疾病、残疾。然而,如果我想打印一双翅膀安在身上呢?这些邪恶的想象如果成真,究竟会出现超人还是怪物?
  资源大量消耗
  3D打印让设计不再是设计师的专利,让生产不再是工场的专利。人人都能够生产东西。随之而来的便是设计海洋、创意疲劳和信马由缰积极滥造。
  环境保护者要头痛了,在自由想象与创造欲望的驱动下,随心所欲地涂鸦将带来灾难性的后果,各种耗材被民间大量使用。大量打印品的出现并快速地更新换代,会对环境造成不小的污染。只管在制造业领域,3D打印的出现会大大节省成本、节约资源。但普通百姓的大量使用,对资源的消耗将会有过之而无不及。
  3D打印鸟喙拯救秃鹰
  美国秃鹰Beauty曾被偷猎者射中脸部,嘴部被打伤。动物援救事务者在它饿死之前找到了它,非营利组织通过插管对其喂食。Beauty在志愿者的照顾下逐步恢复健康,然而它的喙却永远不能长回来了,面临进食困难它可能无法生存下去。在这种情况下,它很可能被执行安乐死。然而,猛禽类专家Jane Fink Cantwell拒绝为其执行安乐死。他投入了机械工程师Nate Calvin的队伍,同其他科学家、工程师甚至一位牙医一同设计了用尼龙聚合物制成的喙。这个特制的鹰喙完美地契合了秃鹰原先损坏的局部。Calvin利用3D建模软件设计出了新的鹰喙,并且用3D打印机制作出了这个“喙”。而Beauty在履历了艰难的手术之后,获得了重生。
转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2018/1123/45696/
 与本篇相关的热门内容: