3D打印不是黑科技,它就在你身边

3D打印是什么?

美国科幻作家罗伯特·希克利曾经描写过关于“万能制造机”的场景。一台神奇的大机器,机身上安装着各种零件、刻度盘、指示灯和按钮。故事的主角之一阿诺尔德站在机器前,按下按钮,对着机器下命令说:“我要硬铝螺帽,直径为4英寸。”接到指令,机器发出低沉的轰鸣声,灯光闪烁,闸板缓缓打开,就出现了一颗闪闪发亮已经制好的螺帽。

现今3D打印技术就能将这个科幻场景变成现实。那么什么是3D打印呢?我们日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品,3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料,打印机与电脑连接后,通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说,3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备,比如打印一个机器人、打印玩具车,打印各种模型,甚至是食物等等。


3D打印的制作过程

1. 建模:就像要盖一栋房子也要有建筑师的设计图纸,所以3D打印的第一步是在电脑上通过Auto CAD等软件画出物体的三维模型,这个物体可以是现实中存在的,也可以是通过想象设计出来的。

2. 切片:切片就是打印前,打印机要获取模型横截面的信息,就像用刀把模型切成一片一片来研究。3D打印是一层一层地叠加起来的,用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来,再将各层截面粘合起来从而制造出一个实体。

3. 加工:3D打印出来的实体并不是完美的,有些表面可能达不到所要求的精细度,所以要根据设计要求对打印出来的成品进行打磨、把多余的地方切除掉、加入其它材料等二次加工。


3D打印的应用

所有新技术刚开始被提出的时候都是遥不可及的,3D打印也不例外。但现在不一样了,3D打印已经被应用到了生活的方方面面。

1. 工艺制品

3D打印应用最广泛的领域就是工艺品的制作,在各种3D打印的展览上经常可以看到各种精美的工艺品。3D打印可以制作出很多手工难以实现的工艺品造型。

2. 食物

荷兰一家叫Food Ink的餐厅是“全球首家 3D 打印概念餐厅”,餐厅食材主要是糊状食物为主,比如豆泥、奶酪、巧克力和面粉等等,放入打印机后根据程序设定,在盘子上“挤”出不同的美食造型。

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除了餐厅,也有很多公司推出了3D食物打印机,这些食物打印机可以打印的食物主要是巧克力、糖果、饼干等等。比利时一家叫Miam Factory的巧克力公司就推出了3D打印巧克力订制的服务,顾客可以带着自己的创意前来订制巧克力,而该公司的任务就是将顾客的创意付诸实现。

3. 建筑领域

2015年,世界上第一座用3D打印技术打印出来的别墅出现在了苏州的一个展览,这座别墅的材料不是传统的钢筋水泥,而是以高标号水泥与玻璃纤维混合作为建筑的材料。打印出这栋别墅的打印机高6.6米、宽10米、长32米,底面占地面积相当于一个篮球场。

4. 医学

3D打印可以制作出残疾人的假肢,带上这些假肢之后就可以让他们更加便利地生活。在哥伦比亚波哥大有一家非盈利组织Fabrilab,致力于通过3D打印技术为经济贫困的儿童、青少年提供免费个性化假肢。

5.  航空领域

  2016年,中科院对外宣布,国内首台在外太空在轨运行3D打印机研制成功。这台3D打印机可以帮助宇航员在失重环境下自制所需的零件,大幅提高空间站实验的灵活性,减少空间站备品备件的种类与数量和运营成本,降低空间站对地面补给的依赖性。

3D打印还被应用到汽车、服装、家具设计等与我们生活息息相关的行业。


发展限制

虽然3D打印已经比以前发展了很多,但还是存在很多限制着它更进一步的因素。

1. 材料的限制:3D打印的根本是原材料的进一步扩展,现在应用到实际的材料都是塑料、某些金属或者陶瓷等,生活中很多物体的原材料因为硬度、温度和成本等不能被应用到打印当中。

2. 机器的限制:3D打印是将一个物体原原本本地还原出来,这个物体的大小就决定了打印机的大小,上面3D打印的应用就有提到,打印别墅的机器足足有一个篮球场那么大。所以很难将3D打印应用到物体体积比较大的领域。

3. 道德的挑战:3D打印一直被非议的就是如果将来能够打印出人体器官组织,或者甚至直接出来一个活人,那么人类的道德伦理问题就会受到极大的挑战。


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