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3D打印,将如何改变这个世界

发布时间:2018-12-28 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印,将如何改变这个世界作者: 毛毛虫   要去亲戚伙伴家做客,你是不是还在愁穿什么衣服,拿什么礼品?想衣服能穿出个性,礼品既能表达心意又独一无二,不妨自己动手吧,做一件不会撞衫的衣服,做一份新颖的巧克力礼品……只要你能想到,就能做到!这不是痴人说梦,最新的3D打印技能将会实现你的许多创意。
  神秘的3D打印
  对于大多数人来说,3D打印听起来或许相当陌生,到底什么是3D打印呢?
  3D打印技能,出如今上世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技能的快速成型装置。它的事务原理类似于普通的打印机,先通过CAD等计算机辅助设计软件在电脑上设计好样图,然后由机器打印,不同之处在于打印出来的是3D版,而不是平面的――机器通过喷射熔融态塑性材料来层层堆积,固化后变成一个立体实物。只是,打印中,普通油墨被换成了各种材质,通过喷嘴喷出的是塑料、尼龙等原材料,就像是普通打印一样,先是打印出一个层面,然后通过激光的热量或是胶水,将这些喷出的材料固化在一同,继而再打一层,和下面一层凝结成一体,如此层层叠加,一个3D立体产品就诞生了。
  你能够把这个过程想象成很多张打印纸累加的结果――最初便是分层打印,其中每张纸是一个图层,横切面上的图案依靠打印材料构建出来,并被强力黏合,然后,多张纸的不同图层叠加。如果还是不能理解,那就想象一次搭积木的过程,比如搭建一个宝塔,从最下层逐级往上递加。最后这些涂层就会从平面的图形形成一个立体的三维结构。至于你想打印什么,就完全靠你的创意和想法了,可大可小,可软可硬。小物件直接在家里一个人就能够操作完成,大一些的物件则需要更大的机器和空间。而打印的材料也有多种选择,比如树脂、尼龙、石膏、塑料等。根据不同材质,具体的方式可能略有差异,但大同小异,都能够通过不同型号的打印机打印出你需要的产品。
  能够预见,钛、不锈钢或铝、铁等金属材料也将随着研发的进展在今后的3D打印中出现。也便是说,很多工业领域的各位伙也可以“自助”生产。那将会是怎么样的情境……
  初步明白了3D打印技能,接下来让我们看看3D打印究竟能够帮助人们实现哪些梦幻般的创意?
  名词解释〈〈〈〈〈
  3D是英文“Three Dimensions”的简称,中文指三维、三个维度、三个坐标,即有长、宽、高,换句话说,便是立体的,是相对于惟有长和宽的平面(2D)而言。今天的3D,主要特指基于电脑/互联网的数字化的3D/三维/立体技能,也便是三维数字化。包括3D软件技能和硬件技能。
  打印飞机
  很多人年少时都怀有一个翱翔蓝天的梦想,希望自己亲手设计并制造一架飞机,但在现实中真正实施起来谈何容易。只是,英国南安普敦大学的工程师实现了这一梦想。
  英国南安普敦大学的工程师制造出了世界上第一架“打印”出来的飞机,并成功升空。这架飞机以前到后――包括舱门、机翼、总体抑制面等机身的5大模块――均是通过“打印”的方式生产出来的,也便是先由设计人员设计出样本,利用尼龙激光烧结机层层打印出塑料或者金属结构,再将这些部件组合起来。这架名为“SULSA”的飞机,翼展长两米,最高时速约为每小时160千米。科研人员希望利用这架飞机进行勘探、邮递等任务。
  因为利用3D打印技能打印飞机不需要额外的安装工具,所以如果你想对飞机的外形、体积、材质做些改变,甚至是颠覆性的变化,都不是难事。
  专家点评〈〈〈〈〈
  要是在从前,选取常规的方法和材料制成这样一架飞机,恐怕需要几个月时间,而且费用高昂。但这架“打印”出来的飞机从提出设想到首次飞行仅花了短短几天时间,制造成本也惟有5000英镑。而实际的生产过程只需要几分钟,一架完整的飞机即可组装完成,且不需要借助任何工具,简直不可思议!
  打印衣服
  说起衣服,各位的印象肯定便是柔软轻便,一般由纺织服装企业完成打样、裁剪、缝盘、印花、整理这些工序,但如果告诉你衣服也能够打印出来,你相信吗?
  美国时装设计师玛丽・黄与3D打印领域的专家詹娜・费瑟利用3D打印技能“制造”了世界上首款3D打印的比基尼泳衣。她们最初扫描了模特的体型,再通过一款3D设计软件在电脑上设计出3D打印泳衣的样图,然后通过机器打印出泳衣。这款泳衣的材质为尼龙,具有牢固、易弯曲、轻便的特点,厚度仅有0.7毫米,而且这种材质经水浸泡后会更加柔软舒适,既是绝佳的打印材料,也是合适的制衣材料。为了保证泳衣的牢固耐用,费瑟利还专程编写了一个计算机程序,以方便计算并批改泳衣的样式,确保泳衣穿上后不会意外破裂。
  专家点评〈〈〈〈〈
  对于追求时尚的年轻一族来说,这样一件独一无二的泳衣无疑将成为夏日沙滩上的必杀技。而且,这样的泳衣已经在网上公开销售了,不过泳衣价格贵得有点离谱,两件套总计约4000元人民币。只是,随着3D打印技能的普及,这种泳衣的价格将会有很大的降落空间。
  打印眼镜
  时尚达人恐怕不会满足于戴一副不时“撞镜”的“街镜”出门,可是,眼镜又不像时装,能够定制。只是,利用如今的3D打印技能,时尚达人们能够量身定制个性眼镜了。
  在我们的印象中,眼镜生产的套路是先画设计草图,然后将批改过的模型送交制造商,再批量生产。青年设计师Asher Levine没有按照传统方式先画草图,而是用黏土做出模型――就像是我们小时候用橡皮泥来捏模型一样,进而再选取3D设计软件按照他理想的样式在电脑上一点点批改调整,然后将最后结果输入机器中。未几后,3D打印机通过喷射熔融态ABS热塑性工程材料,一点一点打印出他设计的太阳镜。整个太阳镜包括镜片在内全由塑料制成,与传统方式相比,这种制作方式更为高效,而且相当经济。
  专家点评〈〈〈〈〈
  在纽约的时装周上,Levine现场演示了他的打印太阳镜,作为与Lady Gaga一路的前卫青年设计师,他的方案给现场嘉宾留下了深刻印象,颠覆了人们从前对时尚家当的理解。而这要归功于神奇的3D打印技能。   打印下颌骨
  比利时一位83岁的老妇人下颌严重感染,需要摘除,但对如此高龄的患者,医院选取常规的显微重建手术显然不合适,因为患者要面临手术时间长、风险高等一系列问题。
  针对这一病例,医院事务人员大胆使用了3D打印技能,并成功完成了手术。该手术由比利时哈瑟尔特大学的研讨所主要负责设计,由来自荷兰的外科医生全力配合进行。手术的整个设计过程相当复杂,需要根据患者的情况预先设计好下颌骨,然后打印出来。其间利用计算机抑制高精度激光加热钛粉颗粒,以保证这些颗粒正确地融合在一同。一层一层地打印之后,变成一个由多层钛粉构成的完整立体下颌骨。1毫米大约有33层,一个立体的完整的下颌骨,有数千层之多。就下颌骨本身来看,不但设计了酒窝,还留有一些小孔,以帮助肌肉附着在下颌骨上,另外,这个下颌骨上还有沟槽,能够指引血管和神经在沟槽当中再生。最终,涂上生物陶瓷涂层,这种涂层具有良好的生物相容性,能够防止身体发生排异反应。全部搞定之后,就只要通过手术将下颌骨植入患者面部即可。
  手术历时4个小时,听起来似乎相当长,但要知道,常规下颌骨重建手术合起来要耗时近20小时。最后手术进行得很顺利,而且相当成功,病人麻醉清醒后未几就能开口说话,第二天就恢复了正常的说话和吞咽功能,仅过了4天,这位高龄手术患者就回家了。
  专家点评〈〈〈〈〈
  这在从前,几近是不可想象的。病人履历这样的常规手术后至少需要留院观察2~4周。这项技能的前景相当好,为患者量身定制的各种植入物将被广泛使用。
  打印巧克力
  看够了那些冷冰冰的工业打印项目,让我们再来看看可以调动起我们味蕾的美食吧!
  英国埃克塞特大学的研讨人员开发出了世界上第一款3D巧克力打印机。这款打印机使用的打印材料不是钢铁或尼龙等材料,而是液态巧克力。打印事务流程和前面提到的大同小异,只只是因为巧克力的特殊性,需要额外考虑到巧克力在输入和输出时的黏稠度以及温度,所以研发人员特别安装了一套保温及冷却系统,用来保证输入和输出的定型效果,使打印过程可以顺利进行。当一层巧克力打印出来后,要稍待片刻,经过一个凝固过程之后,才能进行下一层的打印。最后得到一个层层堆叠而成的立体图像。利用这种3D打印机甚至还能够打印出巧克力服装,既能够穿在身上又能够随时吃掉。
  专家点评〈〈〈〈〈
  未几以后,借助3D打印技能,人人都能够成为大厨。“吃货”们尽能够按照自己的想法设计专属于自己的巧克力样式,在线发送至打印现场,就能够静待专属于自己的巧克力了。当然,你不喜欢吃巧克力的话,也能够打印其他你喜欢吃的东西哦!
  打印血管
  3D打印技能更令人期待的应用是在医疗领域,通过打印真正的活生生的组织和器官,来解决病人的实际问题。
  澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司宣布,由他们两家公司一起研发的全球首台商业化3D生物打印机正式问世。这台3D生物打印机的独特之处在于它打印选取的不是塑料或尼龙等原料,而是被称为“生物墨”的活细胞。科学家从成年病人的骨髓和脂肪中提取出干细胞,通过不同的成长因子将其分化成不同类型的细胞,继而将这些细胞制成液滴,一滴“细胞液滴”中大约包含1万到3万个细胞。这台3D生物打印机有两个打印头,打印时,一个出“墨”,另一个出凝胶,细胞以凝胶为骨架,按照凝胶的走向在其上生长。3D生物打印机的底座会随着打印的进程自动下移,从而完成层层打印过程。打印过程中,误差能够抑制在20微米以内。然后,在这个骨架之上,自然生成的细胞起初重新组织、融合,最后变成一个完整的器官。因为3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞,所以得到的器官能够显著降低排异反应。Organovo公司已起初尝试利用患者自身的细胞打印静脉,每条静脉血管大约需要一小时变成,但这种血管需要数天时间融合在一同。这种打印出来的血管将会在动物身长进行试验,进而尝试临床试验。
  专家点评〈〈〈〈〈
  我们能够相信,这种打印血管在几年后就能用于人体当中。因为在我们体内几近任何地方都密布血管,所以,从血管起初作为生物打印的切入点具有重要的实际意义。虽然目前还处于早期测试阶段,但科研人员有信心利用这项技能在5年内打印出心脏搭桥手术中所需的动脉和静脉血管,同时,争取在10年内实现打印心脏和肝脏这类复杂的器官。当然,科学家最希望将生物细胞形成打印材料,再添加一些化学材料,能够将完整的人体器官打印出来。
  改变世界的技能
  现在,3D打印技能已经在很多领域被起初尝试使用,设计者能够利用电脑细心设计物体的布局、外形和颜色等各个细节,然后,点击电脑屏幕上的“打印”就能够了。像建筑、玩具、汽车、服饰行业,甚至是食品和医疗行业,都对3D打印技能热烈欢迎。
  3D打印技能最吸引人的地方便是能够按照我们自己的想法生产物品,而不必在工场里量产商品。在这样一个追求个性的时代,“独一无二”无疑具有巨大的吸引力。更重要的是,对于一些构成复杂的产品,我们能够重复批改调整,不必像传统方案那样建立专门的生产线生产出产品后,再对成品重复批改,避免了传统方式对资源的浪费。理论上,你见过的没见过的几近所有物品都能够利用这项技能来进行生产。总而言之,将来每一个人都能够是设计师和工程师,每一个家庭或办公室都能够是工场,如此或将掀起一场新的革命。
  康奈尔大学科学家霍德・林普森批评道,3D打印机可以将任何材料形成产物,同时,任何人都可以既快又廉价地生产出几近任何产品,人类的创意和个性将被极大地激发,3D打印工艺可以从我们无法想象的体例改变人类文化。
  3D打印技能究竟会对工业家当和我们的生活带来什么样的影响,未来的市场潜力究竟有多大,将来会不会成为今天的激光打印机一样流行和普及,如今还不得而知。然而,著名的《经济学人》杂志对这项发明给予了极高的认可和评价:“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,1450 年的印刷术如此,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 打印技能将在漫长的时光里如何改变人类世界。”
  (编辑 巧克力)
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