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3D打印:让我们的想象空间不再局限

2015年09月02日 09:45中国机床商务网点击:5296

  【中国机床商务网 机床上下游】大部分人了解3D打印技术是源于《经济学人》刊发题为《3D打印如何改变世界》的封面文章。文章描绘了这样的一个场景:“你在电脑上建立一个大致的3D模型,并对其形状和颜色进行必要的修正。然后你只需要轻轻一按‘打印’键,摆在附近的机器就会悄然开始工作,发出轻微的呼呼声,并一点点将你的模型打印出来。无论是往喷嘴里填充材料,还是使用胶合剂或激光来固定塑料/金属粉末薄层,都由机器自己来完成。”
  
  上文所说的这项技术意即3D打印技术,俗称“三维打印技术”或“快速制造技术”,是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机,采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。
 
  
  打印与3D打印
  
  实际上,3D打印技术和传统的打印技术有着很大差异。传统打印机只能在纸张上用墨水打印。而3D打印则突破了这种条条框框。它的“墨水”可以是各种材料,比如金属、陶瓷、塑料、细胞、砂石甚至各种食物。通过高温或者激光的方法,“墨水”被抽成丝状。随后,这些半流体状态的材料按照计算机中的三维模型,喷嘴按照x、y、z三个坐标轴的定位点喷出,然后在指定的位置凝固成形。经过一层一层地堆积后,模型就渐渐形成立体的结构。
  
  简单来说,3D打印就像断层扫描的逆过程,断层扫描是把对象“切”成无数叠加的片,而3D打印则是一片片地打印,然后逐渐累积成为一个立体物体。这就意味着,只要有3D模型,你甚至可以打印出一座等高的维纳斯雕塑放在家中。
  
  3D打印技术的推广程度正以指数级增长。在今天的工业生产中,已经有越来越多的公司依赖三维打印技术来制造零件和模型。例如,在汽车工业中,设计师在设计新的零部件时,已经习惯使用三维打印技术来制作快速模型;医疗设备公司也在尝试用这项技术制造完整的假肢,新的假肢将比传统方式制造的更便宜,而且可以让使用者放心地机洗。
  
  3D打印带来的改变远不止于此。以前科学家研发新药品时,要长时间地在实验室里摆弄瓶罐,尝试新的反应流程,开发反应容器。现在,一种廉价、自动化、设置方便的实验平台有希望取而代之,直接打印出科学家想要研究的分子,让实验室创意更快转化为工业化产品,这给制药行业以及其他科研领域提供了更大的动力。
  
  3D打印会成为家庭必备吗

  
  乐观人士认为几年之后,3D打印机将会成为一种消费电子设备。现在你可以以5000元以内的价格买一台家用3D打印机。你可以通过USB接口将它与自己的电脑连接,然后安装一些免费的建模软件和打印材料;真的只有这么简单。对于大面积使用3D打印机的唯一障碍是原始购买的高昂成本,而且打印材料的价格同样不便宜。
  
  不过在随后的一些时间里,这些成本都会下降。打印或者说添加材料制造技术将会提升。3D打印机速度将会提升,颜色还有成品的选择范围将会扩大。对于现在来说,这些魔力打印机不过是原型设计师、发明者还有小玩意爱好者的游戏,不过不久之后这些打印机将会在家庭里出现。首先它们会被连接到一台家庭电脑,可以确信的是无线版本的将过不了多久就能出现在厨房的工作台上。
  
  换句话说,过不了几年,每一户家庭都能拥有一台设备可以打印任何固态的物体,甚至是简单的机械对象。也许现在你还需要一个3D建模程序,不过像Thingiverse这种网站提供了数量巨大的可供打印的模式资源,下载一个3D设计正在变得越来越简单,只需要点击“生成”键即可。接下来就是安装了流行设计的3D打印机了。设想一下点一下厨房里3D打印机上的“碗”或者“杯子”按钮,然后还有“叉子”和“勺子”按钮。它还适合于更大的对象,例如切肉板、漏勺还有洗衣篮,对于提供相当广泛的定制化应用也相当容易:一个条纹杯上面可带有你喜欢的颜色,一个更细的叉子,或者一个锥形的碗用来装下外形不规则的西瓜等等。
  
  3D打印机比你想象的更有趣

  
  现在想象一下如果你将3D打印与其他的技术相结合的可能性,例如Photofly这种技术,可以将照片中真实世界的物体变成数码3D模式。当前你可以使用Photofly给你最喜欢的马克杯进行拍照然后通过3D打印机做一个完美的拷贝,虽然价格昂贵但是确实可以实现的。还有的3D打印机可以用巧克力代替塑料,当然了我们离打印一顿小鸡晚宴还有一定的距离,但在不远的将来应该可以实现。虽然在几年之内不会发生,但如果我们掌握了芯片集成制造技术将平板印刷和原子层加入到一台3D打印机会怎么样?
  
  这将带我们进入复制与传送的课题。在未来的某一时刻,我们将可以按一台机器上的一些按钮创造出几乎任何东西,就像是星际迷航中的复制器。今天我们可以以更加高端的方式进行操作,使用塑料、巧克力还有硅块这些材料,真的下面这个想法一点也不疯狂,将来我们可以拥有这样一种机器,可以将原子进行重新排列组成分子,然后用这种分子改变食物、饮料、武器、汽车等等。如果你知道它的分子组成的话,你可以做出任何东西来。
  
  不过对于活的东西会怎么样?从根本上讲,一台传送器是更长范围的复制器,它不是根据杯子的材料来创造出一个杯子,而是做一个活的可以呼吸的东西。一个带有15000个神经细胞的鼻涕虫真的比带有数亿晶体管的硅片要复杂吗?如果我们知道正确的分子结构还有一个鼻涕虫的基因组,而且我们有能够通过碳、氧气还有一些追踪元素来制作这些分子的机器,那我们能用一台3D打印机兼复制器创造出一个鼻涕虫吗?既然我们能创造出一个鼻涕虫,那我们为什么不能创造出带有100000个神经元的果蝇呢,或者100万个神经元的蟑螂?我们划定可以复制的真实事物的界限在哪儿?我们可以划界限吗?
  
  这样问题就出现了,就像是克里斯托弗·诺兰的著名电影《致命魔术》里的那样。想要传送某种东西,既要让它重新出现在一个遥远的地方,还要让它在原始的地方消失,否则将仅仅是复制,如果我们开始复制活的东西那么这个世界将会变得非常的混乱。在这种情况下,我们能将一个鼻涕虫“融合”成构成它的分子组合吗?我们能用一把椅子或者桌子做到吗?我们可以用一种复杂的动物,像一个人来做它吗?如果我把我自己传送到另外一个星球,我当然不想我的另一个身体到处游荡,这点非常肯定。
  
  3D打印技术的医疗应用
  
  “全球最大的BT种子服务器”海盗湾曾对外宣称,未来他们要使用3D打印技术让全世界的饥饿人口吃上饭。当然,3D打印不仅能做汉堡,最近有科学家研发了使用3D打印制作抗癌药的方法。
  
  治疗癌症的药物向来昂贵,这要归结于药物高昂的研发制造成本,几个大型制药企业每年的研发经费甚至要超过苹果及谷歌。据TheVerge报道,Parabon纳米实验室的科学家们利用3D打印技术,研发了一种更加快捷方便的抗癌药制作方法。
  
  借助于一款名为inSēquio的CAD软件,科学家们可以直观地在电脑屏幕上拖放拼接药物的3D模型,添加药效分子基团。待到药物的3D模型建立完成,纳米制造技术可以在短时间内制造出数十亿个药物分子。以往的药物研发过程不得不借助低效的试错法,Parabon资深研究员HongZhong表示,他们开发了全新的工程过程。
(来源:北京青年报)
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