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3D打印将虚拟“打”进现实

发布时间:2018-12-28 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印:将虚拟“打”进现实作者: 本刊编辑部   今年3D打印起初越来越多地出如今媒体的报道里。只管3D打印似乎还是个不那么主流的话题,但和其它技能相比,它更有潜力带来一次技能革命。为此,蝌蚪五线谱采访了中国自动化学会副理事长兼秘书长、复杂系统管理与抑制国家重点实验室主任王飞跃研讨员。
  什么是3D打印?
  理想中的3D打印技能可以让以下场景形成现实:工场里不再有流水线,而是一台台打印机正在打印不同的产品;家里来客人了,缺少一个杯子,在网上找个喜欢的样子,在家用3D打印机“打”出来,就能够用了;建筑师有了什么新想法,在电脑上点一下,模型几个小时就能够制作完成。
  3D打印机能够让任何3D模型从电脑里的虚拟物体形成实实在在的物品。这听起来有点像科幻小说,然而它便是这样一项正在快速发展的新技能。
  听着玄乎,只是3D打印的原理并不复杂。王飞跃介绍说,最初计算机会将3D模型切分成很多的薄层,然后3D打印机会像普通打印机一样把每一个薄层打印出来,不过不是打印在纸上,而是一层层打印出立体的物体。用的材料也不是墨,而是塑料或者陶瓷、金属粉末等。早期的3D打印用胶水把薄层粘贴起来,当所有的薄层被粘贴好后,一个物体就打印出来了。
  快速成长的3D打印
  第一次家当革命是由机械取代了手工劳作,诞生了现代意义的“工场”;第二次家当革命是电的使用,流水线工业生产使得规模化生产成为可能。而3D打印则被很多人认为将带来第三次家当革命。
  2012年9月19日,著名科技杂志《Wired》的主编Anderson专门撰文介绍了3D打印机的进展情况,并起来一个以危言耸听般的标题“The New MakerBot Replicator Might Just Change Your World(新的MakerBot Replicator或将改变你的世界)”。世界首个公布3D打印机开源数据信息的科学家、英国工程学家阿德里安·鲍耶曾向媒体表示:“3D打印机将来不是要取代某一个制造业,而是要取代几近所有的制造业。”
  虽然直到1995年,“3D打印”(3D Printing)这个名词正式出现,王飞跃感觉这两年3D打印的发展势头出乎意料的快。
  据报道,MakerBot公司新推出的低端3D打印机Replicator 2的价格仅为2199美元,高端的 Replicator 2X也惟有2799美元;几年后价格可能会降到相当亲民的99美元。而其也已被应用于对设计制作要求较高的航天航空、医学健康等多个领域。
  还有一个大略的数据最能说明问题,和王飞跃研讨员一同事务的沈震博士介绍说,美国两3D打印公司——3D SYSTEMS和Stratasys,在过去一年里股价已经出现大幅上扬,其中Stratasys股价从30美元涨到80美元左右,而3D SYSTEMS股价增加了约2倍,从15美元涨到近50美元,而同期纳斯达克指数涨幅仅为约18%。
  最大的难题是材料
  之所以会被资本如此看好,是因为3D打印代表了未来制造业发展的新方向——加式制造。王飞跃介绍说,加式制造是相对于减式制造而言的。减式制造,即通过模具、车铣等机械加工技能与工具将原材料转化成产品的工艺过程与设备的总称,其特征为利用缩削、削减材料来生产部件。自古以来,减式制造便是人类生产的主要方式,更是现代制造工业的基础。而加式制作是利用逐层增加材料的方式生产各种产品,无需模具,因此也被称为无形制造技能(Freeform Fabrication,简称FF或FFF)。3D打印不过实现加式制造的一种主要方式。
  现代的加式制造有两个源头:照相雕塑(Photosculpture)技能和地貌成形(Topography)技能,分辨始于1860年法国人Willeme发明的多照相机实体雕塑和1890年美国人Blanther发明的分层应急地貌图。从上世纪八十年代起,各种各样的加式制造技能大量出现,并在许多领域里进行了创造性的应用,变成今天的加式制造,特别是3D打印技能的新场合。
  虽然前景很诱人,人们也已经用3D打印技能打印出了心脏瓣膜、下颚骨、电路板、汽车、自动步枪、飞机零部件等很多东西。但“目前来看,还没有能力立刻取代传统制造业。”王飞跃表示,目前3D打印主要应用于小批量生产,以及小尺寸、高价值、高复杂度和高难度部件等的制造,从而消除制造过程对部件模具和机器工具的需求,实现降低成本、缩短工期的目的。
  美国有研讨将主要问题总结为下面七个方面:材料的刻画,材料的研制,过程抑制问题,过程的建模与分析,机器的验证与标准,机器的模块化构造与组合,设计工具与软件。
  王飞跃认为,其中最难解决的是材料问题。目前,不仅可以用于3D打印的材料相当有限,主要为塑料、陶瓷等容易塑形的材料,而且很多材料的硬度强度都无法达到预期。例如,打印一把能够使用的锤子就对照困难,因为强度达不到要求。此外,大局部3D打印所使用的材料必须是颗粒、粉末状的。
  可持续的个性化生活
  现代工业的快速发展依靠的是标准化,产品都是一个模子“刻”出来的,在过几十年或者十几年后,“模子”的观念会在生产和生活中逐步消失。
  王飞跃表示,在3D打印的大潮之下,当时个性化的定制产品将成为主流,在互联网和搜索引擎的连接下,社会需求将同社会制造可以实时无缝地衔接。“每一个人的不同需求,都能通过3D打印得到满足。到时候我们在google上就不是搜一个名词,而是寻找3D文件,或是能够完成设计的人。”
  搜索便是制造,搜索便是生产,搜索便是消费。他预计,当时家当工人的数量会大幅降落,“社会上最需要的具备较高综合素质的设计人材。而应试教育培养出的人恐怕很难满足这种需求。”
  不同的需求在这个框架下会得到快速满足,会不会带来资源的浪费?“会比如今的工业化大生产更节约”。王飞跃解释说,一方面,它是按需定制的,而如今的生产产品,盈利与否与生产数量直接相关,因此生产商会想尽办法扩大产能,如果产品不被市场接受,便会带来很大的浪费,而个性化产品,即便不成功,也不过一件产品被闲置而已。另一方面,3D打印所用的材料都是能够回收循环使用的。
  “3D打印体现了真正的可持续发展。”王飞跃说。
  (责编:董子凡)
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