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3D打印技术——窥视工业模式自由化的未来_3

  2014年年初,GE公司的研究人员宣布,未来50年内,3D打印技术将能够成功打印出一台航空发动机。要知道,航空发动机是当今装备制造业的皇冠,它对材料技术和制造工艺的要求极高,其制造过程又非常的复杂。GE的这一宣称,无疑又一次激起了人们的极大兴趣:3D打印真的将颠覆传统的制造业吗?

  从2012年以来,关于3D打印的话题井喷式的出现在互联网和媒体上,很多人会误以为3D打印是横空出世的新技术,其实3D打印技术已经悄然发展了一个多世纪。

  近20年的高速发展,是因为插上了互联网的翅膀,使得3D打印的软件核心数字模型得以高速发展,再加上劳动生产力的进步和技术的革新,使得3D打印机的成本不断下降,3D打印的硬件基础也已成型。

  被打印出来的新玩法

  食品行业

  很难想象,3D食物打印机将是完美的厨师。我们设想把食物的材料和配料预先放入容器内,再输入食谱,余下的烹制程序会由它去做,输出来的不是一张又一张的文件,而是真正可以吃下肚的食物。

  3D食物打印机所使用的材料可以有很多种,有饮用水、植物油、蛋白质、碳水化合物、维生素剂和巧克力,这些材料经过混合之后加入到挤压设备中,混合好的食物通过喷嘴直接打印成任何形状。

  2014年8月6日美国军方对外发布了一款食品3D打印机,这台打印机所打印出来的东西可以直接让士兵们吃掉,这台军用后勤3D打印机所使用的打印材料是营养含量极高的物质,能够为训练、战斗了一天的士兵提供充足的热量,恢复身体机能,补充维生素。

  建筑行业

  3D打印将彻底颠覆传统的建筑行业。2013年1月,荷兰建筑师JanjaapRuijssenaars与意大利发明家Enrico Dini一同合作,他们计划打印出一些包含沙子和无机粘合剂的69(米)的建筑框架,然后用纤维强化混凝土进行填充。最终的成品建筑会采用单流设计,由上下两层构成。该工程预计在2014年年底完成。

  美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克?霍什内维斯一直在研究一种新工艺不到20小时的时间内建造一幢面积为2500平方英尺的建筑。该项目获得美国宇航局和美国军方的支持和资助。霍什内维斯相信他的项目可以帮助全世界大约10亿急需改善住房条件的人提供足够住房。他把该工艺称为轮廊工艺,并且很希望在将来某天看到成为现实。

  轮廊工艺的概念在设计上很简单,但是实施起来相当复杂。该工艺由一个巨型的三维挤出机械构成。它的操作很像我们见到的打印机操作原理,不过有一个明显不同的地方:它挤出的是混凝土。

  医疗行业

  在医疗界,3D打印技术也正显现出它的独特与便利。体外医疗器械包括医疗模型、医疗器械如假肢、助听器、齿科手术模板等。根据美国组织Amputee Coalition的统计,目前美国有约200万人使用3D打印假肢。

  3D技术打印一颗牙只需10分钟搞定。相对于传统的种牙技术,患者需要往返医院多次的情况将会得到明显改善。不过最后装进患者嘴巴,至少需要3天。

  对于助听器,3D打印把传统的9个工序缩短到了3个步骤,即扫描、制模和打印。扫描过程利用数字照相机创造了大约10万到15万个参照点,然后发送给技术人员或模型师,他们把模板和几何形状应用到耳朵印模上。在这个步骤中,技术人员会试验多种组合和几何模型,以便订做出适合特定客户群的助听器,外壳用树脂打印出来,再装配上必要的通气孔和电子器件。

  另外,3D打印已经进入到人体活器官的按需打印领域。器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命,但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。不过,随着未来生物打印机的问世,这些问题将迎刃而解。

  汽车行业

  2014年9月15日,世界上第一辆3D打印汽车面世。这辆汽车只有40个零部件,建造它花费了44个小时,最低售价1.1万英镑(约合人民币(6.1262,0.0017,0.03%)11万元)。这辆由美国Local Motors公司设计制造、名叫Strati的小巧两座家用汽车开启了汽车行业新篇章。

  Strati轿车整个车身上靠3D打印出的部件总数为40个,相较传统汽车20000多个零件来说可谓十分简洁。充满曲线的车身由黑色塑料制造,再层层包裹碳纤维以增加强度,这一制造设计尚属首创。汽车由电池提供动力,最高时速约64公里/小时,车内电池可供行驶190~240公里。

  尽管汽车的座椅、轮胎等可更换部件仍以传统方式制造,但用3D制造这些零件的计划已经提上日程。制造该轿车的车间里有一架超大的3D打印机,能打印长3米、宽1.5米、高1米的大型零件,而普通的3D打印机只能打印25立方厘米大小的东西。

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