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[业界新闻]3D打印创造的未来 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2013-05-21 08:46:22

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5月21日消息，杰里米·里夫金在《第三次工业革命》写道：“第三次工业革命 40 年的基础设施建设将创造出无数的新商机和就业机会..... 即将到来的互联网技术与可再生能源结合而释放的合作性权力，将从根本上重构人类的关系。”而最近大热的3D打印机则可能是这第三次工业革命中的一项革命式技术。

其实3D打印这一概念早在上世纪80年代就已经出现了。从1986年Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机到1995年MIT创造了了“3D打印”这个名词，3D打印正在一步步的朝我们的生活走来。英国的《经济学人》杂志认为3D打印技术将与数字化生产模式一起推动实现新的工业革命，美国《时代》周刊已将3D打印产业列定义为“美国十大增长最快的工业”，越来越多的科技媒体也在竞相讨论着关于3D打印的话题。它给普通人最大的感受就是人人都是发明家，人人都是制造商，只要你想要一个东西，无论是模型、零件甚至食物、汽车，只需你动动鼠标，3D打印机不多时就能将其自动打印成型。这听起来就如同科幻小说中的情节，如同一个取之不尽的宝库那样令人神往。看到这里很多人不禁要问：什么是3D？3D打印真的就那么神奇吗？
简单来说，3D打印就是在两维平面打印的基础上多增加了一维。它的根本工作原理与传统的打印机基本相同，只不过3D打印的原材料更为特殊，经过与电脑连接之后，打印机将这些“打印材料”逐层叠加，通过每一层不同图形的累积，最终形成了一个三维物体，从而将电脑上的模型变为可见的实物。
起初，3D打印只停留在科学家的实验室里，随着技术的发展，这一技术已经逐渐平民化，进入到我们生活里面。最初3D打印机非常庞大，一般只存在于医院、企业、实验室等研究机构中，而且使用费用更是不菲，几十几百万不等。不过目前3D打印机早已不再那般笨重，基本上跟常见的喷墨打印机差不多大小，而且有关3D打印的设计软件也原来越多，有了硬件跟软件的支持，3D打印想不火都难。
到今天，3D打印机已经能够打印出很多东西，对医疗、文化、建筑、食品、汽车等行业也产生了非常大的影响，它的应用范围之广可能是我们无法想象的。理论上来说，只要是能够在计算机上绘制成型的产品都可以通过3D打印机将之付诸现实。下面我们就通过3D打印在各行业带给我们那些美妙绝伦的产品，来畅想一下3D 打印所创造的未来吧。
一、传统制造业
3D打印冲击最大的无疑是传统的制造行业。由于3D打印是通过计算机进行建模控制，所以在成本、速度以及打印的精确度上要胜于传统的制造行业。另外由于3D打印快速、精准的特性所致，非常适合用于规模生产，从而降低了成本，提高了效率。
世界首款3D打印汽车Urbee 2

这是一款混合动力的汽车，它的绝大多数零件都是用3D打印的方式完成，而它的打印材料大部分则是塑料，地盘和引擎还是钢铁钢铁材质。这款汽车是由Jim Kor和他的Kor Ecologic团队合力完成。他们认为未来的汽车应该是“用最少的能耗开最远的路程；把生产、使用、回收过程的污染降到最低；尽可能用汽车产地附近的原材料生产汽车”。
Urbee 的生产车间是RedEye，世界上第一款3D打印机摩托车原型也诞生于此。Kor认为3D打印的一个巨大的优势就它具有其他片状金属材料所不具备的灵活性和可塑性。传统的汽车制造是生产出各部分然后再组装到一起，3D打印机能打印出单个的、一体式的汽车车身，再将其他部件填充进去。据称，新版本3D汽车需要50个零部件左右，而一辆标准设计的汽车需要成百上千的零部件。
于是3D打印让制造业变得更简单。只要将模型的每部分上传到打印机上，经过大概2500小时，就可以将所有的塑料部件集齐，然后他再把这些东西组装在一起。完整的Urbee看上去像是一个大号电脑鼠标。
全球首款采用3D打印技术的滑雪板

Signal跟GROWit 3D两家公司通过3D打印的方式打造了一台滑雪板，不过受制于本身的物体大小，他们将滑雪板分成了一小块一小块地进行打印，最终将各部分通过树脂真空封接接完成。
在外形上与传统的滑雪板并没有什么太大的区别，采用了更加宽的板头设计，外型上也更为大气一些，为了保证期坚固性，Signal在这块滑雪板上加入金属条进行固定。虽然它可以用来滑雪了，滑行速度相当地慢。不过Signal则认为，只要对它进行一些改进，就能解决掉速度慢的问题。
我们都知道，在高速滑行的时候，雪板的坚固程度非常重要。而很多雪板为了提升耐用度和安全性，都采用了一次成型的制造技术。但对于这款3D打印机来说，仅能分块打印，再拼接使用，但坚固程度上肯定是大打折扣，如果要是能有个大点的设备，也许情况就会不一样。我们也期待着，真正能打印出完整滑雪板的3D打印机能快点出现。
二、医疗行业：
对于那些需要器官移植的患者来说，3D 打印技术无疑是他们的福音。一方面我们无需担心不同机体器官之间的排异反应，另一方面相较于人体器官，3D打印成本非常之低，例如打印一个人体心脏瓣膜，只需要价值10 美元的高分子材料即可。
3D打印人体器官

英国赫瑞瓦特大学成功研制了一种基于胚胎干细胞能够定制化打印制造人体器官组织的新技术。如果这项技术可以普及开来的话，许多重症患者就能够很容易的获得可供移植的肝脏、心脏、人体组织等其他人造器官。
之前科学家已经用相同的方法制造除了骨骼和皮肤，不过目前他们希望能够培育更复杂的胚胎细胞架构，从而打造出精密的“人体器官”。科学家研究发现，通过改变 3D打印机喷嘴直径可精确控制细胞分发的速度，新打印形成的胚胎细胞具有能够转变成为任何类型细胞的能力。如果这项技术最终成行的话，不仅解决了器官捐量上的难题，同时可以避免器官移植排斥性等难题带来质上的提高。
该项目的负责人威尔-休博士表示：这是人类首测实现用3D打印机制造人类干细胞，这项技术能够制造更多精准的人体器官从而去帮助更多人。长远规划来看，打造能够依据患者的细胞进行定制和人体植入的3D人体器官，实现该计划的第一步；接下将干细胞转变成为人们所期望的细胞，使之能够最终培育形成新的人造器官，从而完全匹配患者的身体情况。
毁容者的救星

据《悉尼先驱晨报》报道，一名患者因为癌症不得不切除了脸的大半部分，从此他的脸上留下了一个大洞，更糟的是因为这个原因他将无法进行正常的饮食，只能依靠饲管进食，必须用手托着脸才能够说话。
医生首先利用CT和面部扫描技术扫描Moger的头骨，然后根据扫描的图像在电脑中构建正常的脸部3D模型，最后利用3D打印技术将模型打印出来。通过使用特殊的尼龙塑料，医生可以打印出的假脸能够与患者面部进行完全贴合。无独有偶，用来固定假脸的螺丝也是3D打印的产物。
手术是非常成功的。半边的假脸令患者Eric Moger的生活发生了质的变化，不仅能够正常进行饮食，而且说话时再也不用托着嘴巴。他本人也对生活重新燃起了希望。而这一切，正式归功于3D打印技术。
三、文物保护
3D打印出的复制品可以作为博物馆里文物的替代品予以展出，避免真品遭受到意外的伤害。
3D打印19世纪的人面壶

来自南卡罗来纳州的非裔美国人Chipstone 通过3D打印技术创作了一件19世纪的人面壶。这是一种描绘人脸的陶壶，原始制作材料为高岭土，由19世纪下半叶尚处在奴役阶段的非裔美国人创造。
制作过程也与常见的3D打印无异，通过3D扫描仪扫描人面壶之后形成3D模型，然后在计算机中进行检验和调整。模型构建好之后就可以交给3D打印机进行打印了，打印陶器使用的是激光粉末烧结技术。打印完之后的人面壶表面细节上完全吻合，除了没有采用相同的釉彩，取而代之的是电镀一层带有银色光泽的镍，颇具现代元素。
修复古文物领域应用

根据Wired的报道，哈佛大学闪族博物馆的两位研究员Greene和Aja利用3D打印机和3D扫描软件，成功修复了一个在3000年前被打碎的瓷器狮子。
他们首先拍摄每块碎片制作3D模拟图，然后将其整合，做出了原物的3D模拟图。通过对比模拟图与同地发现的完整物品，他们能够很清晰而明确的找到缺失的部分以及结构，最终将这些的缺失部分再用3D打印机打印出来即可。目前，重新修复的瓷器已经在博物馆展出。
Greene 认为，3D打印机的使用可以为物质文化提供一种“版本控制”。对于他们来说，他们最关注的还是博物馆内大量收藏的珍贵文物。“闪族博物馆有成千上万的物品可以用上这种技术，全世界的其它博物馆也是一样”，Greene说，“3D成像，无论是否进行3D打印，都是一种学习、保存、分享和教授物品使用的完美方式”。
不过，扫描这些文物也面临着新的挑战，因为这不仅需要技术，还需要懂得文物保护。“我们需要一个小心对待物品的公司，最好在我们的博物馆内，或者在我们的监督下工作”，Greene 解释说，“幸运的是，我们曾经和Donald Sanders有过合作，他曾受过考古学训练，而且经常和工艺品打交道”。如果艺术品实现3D打印复制的话，会对文物带来更多的保护，当然以后我们在文物交易市场更要小心了，可能一不小心就会买到一个极其逼真的3D打印赝品。
四、建筑行业
在建筑行业中，已经有不少设计师、工程师涉及3D打印行业，通过3D打印机打印的建筑模型更为快速，成本也更为低廉，而且更接近于设计师的原始构思，提供了工作效率，节省了大量的建筑原材料。
世界上第一座3D打印建筑：莫比乌斯屋

荷兰阿姆斯特丹建筑大学的建筑设计师Janjaap Ruijssenaars最近利用3D打印技术完成了全世界第一座3D打印建筑，其外形酷似“莫比乌斯环”，将天花板延伸成为地板，建筑内部则可以延伸成为外墙。
Ruijssenaars和数学家、艺术家Rinus Roelofs共同设计了这个项目，他们首先利用3D打印机将所需要的建筑块逐块打印出来，每一块的尺寸都达到了6×9米，然后拼接成一个整体建筑，预计需要耗时一年半才能完成。
这次使用的3D打印机也是非常特殊，由意大利发明家Enrico Dini设计出来的“D-Shape”，体型上要比一般的3D打印机庞大的多，可以使用砂砾层、无机粘结剂打印出一幢两层小楼。不过尽管如此，打印一件完整的建筑物难度还是非常大的，超过1000平米的3D打印建筑仍需要混凝土来加强。Ruijssenaars称第一座3D打印的“观景房屋”将于2014 年最终成型。
3D打印月球建筑
图片:0810198524572604.jpg

在月球上建造一座“月球基地”，在很多科幻小说以及电影中都成出现过。随着科技的发展，构建类似于太空站的月球基地在技术上已经比较成熟，不过由于地球与月球之间的距离过于遥远，运输建筑材料的成本过高，导致这一想法一直未能实现。不过有了3D打印技术之后，这一难题可能就迎刃而解了。
欧洲航天局联合Foster+Partner公司以及Monolite UK公司决定使用月球本身的岩石作为建筑材料，利用3D打印机，配合三维打印，让人类在月球上构建基地成为可能。
该建筑利用一种类似于“悬链线”形拱顶以及蜂窝结构的墙体，使建筑内部能免受月球上的小型流星体和太空辐射的损伤。除此之外，基地还设计了一种增压充气配件来保护建筑物内的宇航员，整个生活区就像一个牢固的保护壳。
五、配件饰品行业
3D打印为消费者提供了更多充满个性化的选择，只要展开你的想象力，就能够为自己打造一些专属个性配饰。目前国内外已经有不少公司为消费者提供个性化的3D打印服务，很有市场前景。
3D打印的骷髅手机外壳

在手机千篇一律的情况下，很多人都会选择一些个性十足的手机壳来彰显自己的与众不同，当时我们买到的手机壳往往跟我们心中理想的还有些差距。不过有了3D打印之后我们就能够随心所欲打造自己的个性化专属手机壳，因为它可是“独一无二”的。
国外一名名叫Hugo Arcier的设计师利用3D打印机打印了一组精致的骷髅手机外壳，它有着极其复杂的细节和极其华丽的视觉效果，每一件作品都堪称为艺术品，而且还有多种造型可以选择。
目前这款手机壳售价为52美元，折合人民币约323元，在线选择好自己喜欢的图案并完成支付后，商家就会打印出货了。
3D打印色彩斑斓个性化音响

一位名为为Evan Atherton的Autodesk通过3D打印机打印出了一套Objet Connex 500音响。与传统音响不同的是，它可以跟随音乐的变化呈现不同的颜色，使用起来非常个性，而且造价方便也更为低廉。
它的工作原理其实还是比较简单，首先用橡胶跟塑料将音响的外壳打印出来，然后通过内嵌LumiGeek单片机对可寻址的RGB LED灯管进行控制，最终就能实现随着音乐脉动进行变色。为了能够更方便的进行控制，Atherton还为此专门研发了相关的配套应用。
制作这套音响需耗时60小时，因制作成本还是很高的，总造价约为2000美元。如果是商用进行量产的话成本将会大大缩减，只不过目前Atherton并没有出售的打算。
总结：3D打印已经像我们慢慢走来，越来越多的3D打印产品也已触手可及。如果你真的喜欢创造与尝鲜的话，3D打印能够最大可能的满足你的创造欲，制作出你想要的任何事物。所以，以后有机会的话不妨就买一个3D打印机，创造未来世界其实真的非常简单。