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3D打印能改变世界吗

发布时间:2019-01-11 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印能改变世界吗?作者: 周文新   查尔斯·赫尔20世纪80年代发明3D打印机的时候,肯定没想到他的这个发明会如此深刻地影响这个世界。英国《经济学人》杂志甚至宣称,3D打印即将开启新一次的工业革命。
  原理:用计算机“堆砌”出物品
  3D打印技能的原理相当大略:便是用盖房子的方法,把一件东西精确地“堆砌”出来。
  最初需要用计算机辅助设计软件(CAD)对要打印的物件进行三维建模(3D建模),之后用软件对虚拟的这个立体模型进行分层,以便于3D打印的分层打印。完成分层模型文件的制作后,将文件传输给3D打印机,3D打印机随即使用其装载的原材料(比如液体,粉末或者是板材)起初一层一层地“堆砌”,最后完成物件制造。只是,这个打印过程不过打印出一个“毛坯”,打印出来的东西要比初始设计的原样稍微大一些,随后还需要进一步精细加工,通过铣、磨等方式,去掉多余的局部,使最后零件的尺寸和表面质量等都达到初始设计的要求。
  分析整个3D打印过程不难发现,3D打印机的材料使用、机器大小都在限制打印物品的材质、本能和大小。目前市面上能够买到的最便宜的3D打印机价格在1万元左右,其加工精度惟有米级,用来加工门板之类尚可,若用它来打印牙签,打出来的只可还是门板。而要制造那些厘米级的精细物件,则需要百万元以上价格的3D打印机。
  应用:几近涵盖三百六十行
  3D打印技能的最大优点是省去了加工和组装的过程,以往生产一些物件特别是工业制品的时候,由于这些制品往往形状不准则,有棱有角有分叉,使用传统切削工艺会浪费很多原材料;而用铸造工艺制造,精度又达不到要求;如果分段建造并组装,强度又不够,而3D打印技能能够一次成型,保证总体强度,同时其初始精度虽然还需要深加工,然而已经远超铸造工艺,因此被广泛用于样机研讨、建筑、工业设计、军事、工程等领域。我国航空航天领域的不少难题都是用3D打印技能成功突破的。而荷兰阿姆斯特丹建筑大学的设计师们于今年1月已经起初打印全球第一座打印建筑物了。
  除此之外,医疗、时尚、珠宝、教育和食品等领域也起初使用3D打印技能。在医疗领域,3D打印技能为复制人体代用器官提供了更为精细的选项,比利时和荷兰科学家联手用3D打印为一位83岁女性打印出了人造下颚,德国一家公司使用3D打印技能制造出了人体血管。前未几,浙江龙泉的艺人用3D打印技能打印出了精细的青瓷工艺品,其加工精度与优秀大师的作品不相上下。还有一家美国公司尝试选取3D打印技能制造猪肉,目前世产出的第一片猪肉几近与普通猪肉一样。
  前景:三大瓶颈有待突破
  3D打印技能的应用前景相当辽阔。然而它要想一飞冲天,还需要突破几个瓶颈。
  最初是材料的瓶颈。3D打印使用的材料或者是粉末,或者是融化的材料,包括钛合金、光敏材料等,目前价格都相当高,难以推广。另外,这些可融化材料的熔点都较低,因此3D打印出来的部件不能用于高温环境,这大大限制了3D打印的应用范围。2012年美国一个工程师在自己家里用3D打印机制造了一个步枪零件,这个树脂步枪零件与真实步枪零件相差无几,然而如果真用这个3D打印零件替换真枪零件,打上几发子弹后它就要被高温烧蚀掉,而真枪零件可是能承受上万发子弹射击的。
  其次是推广的瓶颈。目前3D打印机低端产品不少,加工精度在米级上下,而高端产品才能体现3D打印精细化和一次成型的优势,然而目前这些高端3D打印机的价格至少几百万元一台,几万万元或者上亿元的机器也有。高昂的价格使3D打印机无法大规模加入生产。而且目前使用金属材料进行3D打印的制造效率不高,每小时只可“堆砌”100到3000克左右,对于动辄几百公斤的部件来说,这个制造速度太慢了。
  再次是设计的瓶颈。3D打印的核心之一便是计算机模拟实际物品进行三维创作。应付大略构造的物品还能够,遇到复杂的物体,比如大脑等人体器官,由于人类本身对其的认识水平都十分有限,3D打印技能就爱莫能助了。在3D打印技能的北京体验馆,观众能够在现场打印出自己的三维模型,然而这个模型仅仅不过个空壳,无法体现人体内部机能。
  以上三点的解决,必须依靠人类在基础学科的理论和实验突破才能解决。随着人类的不时进步,相信这些科学上的瓶颈迟早会突破。精细化的3D打印技能一旦普及,可能会改变人类的生产模式:以往需要大型厂房、工业流水线才能组装的飞机、汽车,可能一个人在家里就能打印完成。由此带来的对工业革命以来生产方式的变革将是难以估量的。——只是,由此带来的社会伦理思索更令人挠头:如果有一天,人们能够在家里使用3D打印技能任意制造出枪支甚至重型武器,人类社会是会更有秩序,还是更无秩序?
  (责编:石磐)
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