3D打印技术入选美国十大增长最快的工业

中国制造

美国作家罗伯特·希克利曾在小说里描写了一台“万能制造机”，任何人只要对它发出口头指令，它就能把你想要的东西制造出来。如今，科幻正逐渐变成现实，因为我们有了3D打印机。

“3D打印”发源于军方的“快速成型”技术。1994年，美国麻省理工学院的研究人员正式为其发明的3D打印技术申请专利，并将其正式推向市场。

目前，“3D打印”在欧美市场已被视为一项极其重要的新兴产业。美国《时代》周刊已将其列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》更指出，3D打印机将会颠覆传统的大规模集中化生产制造业，就像蒸汽机在第一次工业革命中的地位那样，与其他数字化生产模式一起，促成第三次工业革命！

也许未来，每个家庭都能轻松成为一个“工厂”。那时，将会是更考验人类创意与想象力的时刻！

原理简单 用材特殊

罗伯特·希克利曾经在一个科幻故事中描述过一种“万能制造机”：它的机身上杂乱地安装着刻度盘、小灯和各种指示表，使用者只需要按下按钮，对着它大声说：“我要硬铝螺帽，直径为4英寸。”接到指令的机器很快就能按需求制造出一个真实的螺帽。在作家的描述中，这台机器就像神奇的阿拉丁神灯，可以神速地为使用者变出活蹦乱跳的大虾、矿泉水、手表和沙拉酱……这台“万能制造机”其实与今天已成为现实的3D打印机在原理上十分相似。

3D打印机和普通的复印机并无太大不同。“3D打印”的原理也很简单：首先将一项设计物品转化为3D数据，然后根据这些数据进行逐层分切打印。说得简单一点，“3D打印”是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，“3D打印”则是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物品。

只是3D打印机使用的打印材料是特制的粉末而非普通的墨粉或墨汁。这些粉末在打印过程中会被一种特制的胶水逐层黏合、固化，并不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。意大利发明家恩里科·迪尼发明的打印机使用的材料是沙子。当打印机开始工作时，它的上千个喷嘴会同时喷出沙子和一种镁基胶，这种特制的胶水会将沙子黏成像岩石一样坚固的固体，并形成特定的形状，然后只需要按照预先设定的形状，一层层喷上这种材料，最终就可以“打印”出一个完整的雕塑。恩里科·迪尼设想，如果这种打印机能使用月球尘土为材料，应该就可以在月球上使用这种打印机，快速地建造出人类的月球基地。

打印快速 无废弃物

“3D打印”的概念早在几十年前就已提出。上世纪70年代，随着3D软件的兴起，设计师们已能通过电脑制作出虚拟的三维物体，那时人们就开始设想，如何快速地把这些虚拟物体变成现实。这种理想的“快速成型”机，实际上就是3D打印机的前身。

1994年，麻省理工学院的几位科研人员发明了一种“三维打印”（简称“3DP”）的技术，并申请了专利。这种技术操作容易，成形速度快，设备价格便宜，只是精度还不够高。1997年，一家名为Z-corporation的公司把“3DP”技术推而广之，他们是最先提出把3D打印机当成办公用品的生产厂商。

恩里科·迪尼的设计把这种概念进一步强化。据他介绍，这种3D打印机建筑实物比常规的建筑方法在速度上最少要快四倍，而且使用的原料也只有平常方法使用的三分之一到二分之一。更重要的是，在这种打印过程中几乎不会产生任何废弃物。

2012年3月，来自维也纳科技大学的研究人员推出了“纳米级”3D打印机，它可以创建复杂的对象，比如微型F1赛车、维也纳圣史蒂芬大教堂和伦敦塔桥的微型模型等，它们甚至比一粒沙子还要小。这种打印机使用液态树脂，采用一种名为“双光子光刻”的高新技术，通过激光使树脂硬化成形。它的打印速度可以说是创造了一个新的世界纪录——可达到5米/秒。

发展迅猛 应用广泛

恩里科·迪尼称，3D打印机应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。这也是这种打印机技术发展迅猛的主要原因之一。在消费电子业、航空业和汽车制造业，“3D打印”已经变得越来越流行。

如今类似的3D服务公司在世界各地蓬勃发展。除了最有名的Shapeways。另一厂商 Systems也设立了一家合资公司Mqast，这家公司的机器已可以支持用铝和不锈钢来打印。目前全球最先进的3D打印机，已可以用激光烧结直接制造复杂的塑料、金属和合金元件。它们不光可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件，而且还可以用不同方法来制造出不同材质的物品。有报道称，一位老爷车收藏者利用这种3D打印机打印出了收藏品中缺失的零件，终于让他收藏的老爷车得以重新启动。这种技术甚至可以制作单个的喷气式飞机上的空气动力导管，而不再需要工序麻烦地制作很多不同的元件去组装它。

据外媒报道，外科医生们还可以根据需要，在手术现场利用打印设备打印出各种尺寸的骨骼用于临床使用。目前这种3D打印机已经被制造出来了，而用于替代真实人体骨骼的打印材料，也在紧锣密鼓地测试之中。

最重要的是，现在人们可以在一些电子产品商店购买到这类打印机，工厂也在进行直接销售。一套3D打印机的价格从一般的750美元到27000美元不等。再有10年或者20年时间，很多家庭都可以拥有一台3D打印机，只需要上网下载设计图，就可以随心所欲打印任何需要的物品。

耗材有局限 成型精度不高

“3D打印”仍存在缺陷
几乎每一项新技术的应用，都会经历很长的市场培育期。“3D打印”技术虽然已有近20年的发展历程，但仍存在缺陷。

耗材的局限性是“3D打印”不得不面对的现实。目前，“3D打印”的耗材非常有限，现有市场上的耗材多为石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。如果真要“打印”房屋或汽车，光靠这些材料是远远不够的。比如最重要的金属构件，这恰恰是“3D打印”的软肋。

耗材的缺乏也直接关系到“3D打印”的价格。据了解，打印一件飞机零部件，所需要的金属粉末耗材一斤就要卖4万元，所以“3D打印”样品至少要卖2万元。但是，如果采用传统的工艺去工厂开模打样，几千元就可以做到。因为价格的问题，很多客户往往望而止步，除非在需求紧急的情况下。否则，客户们还是通过传统的方式。

成型精度和质量问题，也在困扰“3D打印”。由于“3D打印”工艺发展还不完善，特别是对快速成型软件技术的研究还不成熟，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用，不能作为功能性部件，只能做原型使用。

以Stratasys公司的“3D打印车”为例，车子固然能“打印”出来，但是否能在路上顺利跑起来？使用寿命又有多长？从现有的技术来看，恐怕有点够呛：由于采用层层叠加的增材制造工艺，层和层之间的粘连再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，这意味着在一定外力条件下，“打印”的部件很可能会散架。

同时，由于并非所有人都精通3D绘图软件，目前恐怕更多需要求助于专业的3D打印公司。

不过，拥有全球两家3D打印机制造巨头的美国正在加快对3D技术的研发投入。2012年8月，美国政府宣布将在俄亥俄州建立一所由政府部门和私营部门共同出资8500万美元的制造业创新研究所，专业研发3D打印技术。有业内人士预计，到2020年之前，3D打印机将可以从事小规模生产，制造过去的劳动密集型工艺品和商品。

（原文标题：原理简单 用材特殊 发展迅猛 无废弃物 3D打印：将虚拟“打”进现实）

来源：今晚网

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