3D打印:万能万物制造机?

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  如今,正风靡全球的3D打印技术,如同美国科幻作家罗伯特·希克利笔下的“万能制造机”,告诉机器你想要的东西,在一阵指示灯闪烁之后,成品就出现在了眼前。在不久的将来,动手达人们便会真正迎来“自己动手,丰衣足食”的时代。
  打印出来的飞机
  很多人年少时都怀有一个蓝天梦,希望自己亲手设计并制造一架飞机,但这又谈何容易。不过,英国南安普敦大学的工程师却做了一个很好的表率,世界上第一架“打印”出来的飞机最近问世并顺利遨游天际。
  这款飞机从前到后——包括艙门、机翼、整体控制面等机身的5大模块——均采用了“打印”的方式,也就是先由设计人员设计出样本,利用EOS EOSINT P730尼龙激光烧结机层层打印出塑料或者金属结构,这些部件只需要几分钟就可组成一架完整飞机,而且不需要借助任何工具。这款飞机名为“SULSA”,飞机翼展2米,最高时速接近100英里(约合每小时160公里),科研人员希望其可以用于勘探、邮递等任务。
  虽然只是一架无人驾驶机,但整架飞机从提出设想到首次飞行仅用了短短几天,制造成本也不过区区5000英镑。要在以前,采用常规的方法和材料,恐怕需要几个月,而且花费高昂。因为不需要额外的工具,所以如你想对飞机的外形、体积、材质做些改变,甚至是颠覆性的变化,都不是难事。而这些,都要感谢最新的3D打印技术。
  搭积木原理
  如此神奇的技术,原理其实很简单。首先是设计目标物,设计的好坏全在于制图和创意水平。可以使用传统的计算机辅助设计软件,之后将标准的文件格式导出并传送给一台3D打印机,这就完工了。在隆隆作响的打印过程中,实现着二维向三维的转变。打印机一点点配出材料,逐层堆积,在胶水或激光的作用下,保证这些材料结实地粘合在一起。一些小的细节,还可以后续继续补充,在骨架上进一步完美。
  可以把这个过程想象成很多张打印纸累加的结果——首先就是分层打印,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,并被强力粘合,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。最终这些涂层就会从平面的图形变成一个立体的三维结构。
  至于想打印什么,就完全靠创意和想法,可大可小,可软可硬。小物件在家里一个人就可以直接操作完成;大一些的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、塑料等等,都可以通过不同型号的打印机打印出你需要的产品。而且,可以预见,钛、不锈钢或铝、铁等金属材料也将随着研发的进展在今后出现。也就是说,很多工业领域的大家伙也能够“自助”生产。
  打印一个想法
  实际上,3D打印技术的设想和技术雏形在很久之前就已经出现了。比如,在工业设计领域,新型汽车或飞机在生产之前,都会有一个小型模型,在此基础上不断完善,再进入生产线。而现在,工程师可以直接将零部件甚至是完整的飞机都打印出来。
  如今,几乎各个领域各个行业都可以使用3D打印技术,设计者可以利用电脑细心打磨物体的布局、外形和颜色等各个细节,然后,点击电脑屏幕上的“打印”就可以了。像是建筑、玩具、汽车、衣物,甚至是食品和医疗,都对3D打印技术热烈欢迎。
  英国一位科学家正在将喷涂材料改为巧克力,通过喷嘴把融化的巧克力喷成各类形态的新型巧克力样式。而更令人期待的则是医疗领域,通过打印组织和器官,来解决病人的实际问题。而且,科学家还有更大的野心,不仅仅是打印像关节或是骨骼一样的“硬件”,他们还希望打印真正的活生生的组织。科学家希望将生物细胞变成打印材料,再添加一些化学材料,将完整的人体器官打印出来。美国的一些科学家正在进行积极的尝试,最新进展是已能打印出血管,他们相信,这些“打印血管”在几年后就能用于人体当中。如果真有这么一天,那生物学或是医学则将迎来一个新的时代。
  康奈尔大学科学家霍德·林普森评论道,三维打印机能够将任何材料变成产物,同时,任何人都能够又快又廉价地生产出任何产品,人类的创意和个性将被极大地激发,三维印刷手艺能够以我们无法想象的体例改变人类文化。
  全民制作与家庭作坊
  3D打印技术究竟会对产业和生活带来什么样的影响,未来的市场潜力究竟有多大,将来会不会像今天的激光打印机一样火爆和普及,现在还不得而知。著名的《经济学人》杂志对这项发明给与了极高的认可和评价:“伟大发明所能带来的影响,在当时那个年代都是难以预测的,1750 年的蒸汽机如此,1450 年的印刷术如此,1950 年的晶体管也是如此。而今,我们仍然无法预测3D 打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。”
  我们不妨设想一下:想要什么就打印什么,听起来如同科幻小说的情节,但现在,3D打印技术正在将这个想象变为现实。这也是3D打印技术最吸引人的地方,如果你设计的是一样小物件,而材料也是常规材料,那么仅需一台电脑和一台打印机,就可以在家里搞定一切。当然,如果你的场地够大,也可以做出大件东西。也就是说,如果将来人人都能自制生活用品,那人人就都是设计师和工程师,整个工业或许就重新回到了家庭作坊的时代。
  最近,一家名为MakerBot的公司正致力于3D打印技术研发,短短几年的时间就已发展壮大,吸引了上千万美元的投资。他们不仅供应3D打印机,还提供打印家居产品的资源库,会员可以上传自己的得意之作,也可以下载别人的经典,会员当中不乏通用电气这样的大公司。3D打印技术目前受到广泛欢迎,比如设计师、艺术家、学生等群体都已经成为其忠实粉丝。他们可以随时随地展示自己的实物作品。如今,以MakerBot公司为代表的3D打印公司正风生水起,投资者越来越看好这一领域,大量资金正涌入市场,而越来越多的普通人也在加入DIY的行列。3D打印机的销量正在看高,并已经开始接受预订服务。所有人欣喜地看到,整个3D打印市场正在日渐成熟。
  我们现在已经开始步入“全民手工工场”的时代,正应了那句话,“没有做不到,只有想不到”。
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