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神奇的3D打印机只有想不出没有打不出

2019-03-04 17:44:24

一台打印机可并不是只能打印出黑白或彩色的图片, 而是能打印出各种形状的巧克力、创意玩具、礼品,还能打印汽车、飞机,甚至还能打印出一幢能抗八级地震的别墅……它就是神奇的正在飞速发展的3D打印机。

3D 打印机的迅猛发展

3D打印技术并不是近几年的产物,其实它是来自于20世纪80年代美国人查尔斯·赫尔的发明。赫尔首次使用光固化的方式制作出个实物,1986年该技术获得专利,赫尔在加州成立3DSystems公司,这是全球首家3D打印公司。1988年,赫尔将光固化3D打印机正式推向市场,但其商业化、市场化进程缓慢。

进入21世纪,3D打印技术及其应用得到了迅猛发展。2005年ZCorp公司研发成功世界首台高清晰彩色3D打印机;2008年Objet Geometries 公司发布全球首例可以实现不同材料同时喷射技术;2010年澳大利亚 Invetech公司和美国Organovo公司携手研制出了全球首台商业化3D生物打印机,可利用人体脂肪或骨髓组织制作出新的人体组织;2011年8 月南安普敦大学工程师开发出世界上架3D打印的飞机;2012年比利时International University College Leuven的研究小组测试了一辆几乎完全由3D打印的小型赛车,其车速达到140千米/小时;2013年 SolidConcepts公司设计并制造出全球首支3D打印金属枪;2014年美国国家航空航天局(NASA)将一台3D打印机送入国际空间站(ISS);2017年新西兰发射世界首枚3D打印火箭。在未来的几年中,我们将会看到更多的3D打印成果,并且一些小型的3D打印机会越来越多地进入家庭中,用来打印些小模型、创意礼品等。

3D打印机怎么工作?

3D打印技术又称添加式制造或直接数字化制造。其核心原理是分层制造,

神奇的3D打印机只有想不出没有打不出

逐层叠加。与日常所用喷墨打印机工作原理基本相同,只是所用打印材料不同,普通打印机的打印材料是墨粉和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂、巧克力等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料。3D打印机与计算机连接后,通过计算机控制可以把“打印材料”一层一层叠加起来,终把蓝图变成实物。 其具体实现过程如下:

1.设计:首先利用CAD等电脑软件建好物品的三维模型,或直接利用3D扫描仪得到物品的三维数据生成三维模型,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,生成3D打印机可识别的数据文件,目前常用的标准文件格式是STL(STereo Lithography)文件格式。

2.打印:3D 打印机通过读取文件中的横截面信息,用液态或固态的材料将这些截面逐层地打 印并进行粘接,从而制造出实体。3D 打印机打印截面的厚度( Z方向)以及平面方向( X-Y 方向)的分辨率是以 dpi(dot per inch)或微米来计算的。

3D打印机的9大应用领域

3D打印机虽然在家庭中还不常见,但在生活、工业等很多领域都已发挥着重要作用,并且应用前景相当广阔。

生活娱乐

食品方面,3D食物打印机原理和其他打印机类似,主要的是原材料的种类不同。西班牙的一家公司推出全球3D食物打印机,可以“打印”出甜品、汉堡等。2015年在美国举行的消费电子展上,3DSystems打印机公司和“好时”食品公司推出了 3D巧克力打印机,它可以将巧克力碎片制作成任意精美的造 型。3D打印食品材料简易、制作简单,可根据用户要求进行定制,十分个性化。

儿童成长方面,相关科研人员推出了适合在儿童群体中寓教于乐的3D打印机,用于打印一些动物、玩偶等。

教育教学

一方面,传统的课堂教学模式很难引起学生对所学事物的直观认识,特别是一些工科学科。另一方面,学生的想象力、创造力强,3D打印可以将他们脑海中新奇的想法直接转换为三维世界中的实物。因此,将3D打印用于改进这类课程的教学方法显得尤为重要。国内外已经开始研究如何把3D打印运用在教育领域,来培养既具有扎实基础理论,同时又具有超强动手能力的学生。

汽车行业

3D打印技术在汽车行业的应用主要体现在以下几方面:

1.功能性测试样件的生产,以及生产过程中应用模具的开发制造,可明显提高产品开发设计的速度。

2.维修环节的零部件直接制造。

3.个性化和概念化汽车部件的直接制造。

医学

骨创伤是骨质发生病变的一种疾病,将3D生物打印技术运用到骨创伤领域, 可大大提高手术成功率。用3D打印机制作出的“人工颈椎”可帮助术后患者缓解疼痛,恢复神经功能,重建运动功能。在心脑血管研究与应用方面,3D打印可以协助医疗人员快速了解病人病情。目前,3D打印在生物医学方面的应用还处在初级阶段,主要应用还是在牙齿、假肢等功能相对简单的器官,一些功能相对复杂的器官如肾脏、心脏等还处在研究阶段。相信随着科技的进步,3D打印在重塑人造器官等医疗方面会起到越来越重要的作用。

航空航天

与传统制造业的大规模、低精度相比,3D打印技术更适合应用于对零部件要求比较高的领域,如航空航天领域。2015年,我国成功研制出首台航天多激光金属3D打印机,用于卫星或飞机等精 密零件的制造。经过测试,这些3D打印的零件性能满足要求。2016年,中科院成功研制中国首台空间3D打印机,并且完成了抛物线失重飞行试验;美国也致力于将3D打印运用到无人机和飞行器的产品升级中。将3D打印机送上太空,可用作打印维修工具及维修用的精密零件,这样既可减少飞船承重,又可降低维修飞船的难度。

建筑设计

3D打印技术先期可构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试,具有传统方法无可比拟的逼真效果。

机械制造

适用于单件、小批量及外形特殊复杂零件的制造,具有制造成本低、周期短的优点。

模具制造

传统的模具制造方法,存在着模具生产时间长、成本高的问题。运用3D打印技术,可缩短模具制造的开发周期、提高生产率。

文化艺术

可用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。我们知道,杜莎夫人蜡像馆对明星们的蜡像塑造可谓是惟妙惟肖,其实,我们利用3D打印机也完全可以打印出一个跟自己一模一样的个人雕塑,在纪念日时,不妨别具一格,送给自己一个“自己”吧。

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