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3D打印机的梦想与现实  

2013-02-25 14:02:42|  分类: 新产业杂志201303 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【文/梁钟荣】2012年用3D打印机(3D printers) 打印出一把AR-15突击步枪并试射6发子弹后,美国激进组织DefDist在2013年1 月份又打印出一支新的步枪,而且在成功连续发射了多发子弹后,仍然完好无损。

 

手机、房屋、汽车、咖啡机、洗衣机、水龙头、汉堡包等等,在过去的一年中,众多的产品纷纷被3D打印机制造出来,并不断给世界一个又一个的惊奇。是的,甚至有一天大家乘坐的飞机都可能是3D打印机打出来的。

 

这并不是虚幻的想象。欧洲飞机制造公司A i r b u s的设计师透露了3D打印飞机计划,预计2050年前完成。该计划将使用机库般大小的3D打印机, 制造飞机零件。Airbus的员工Bastian Schafer描述他的构想:此架飞机80米长,曲面机身由透明材质制成,乘客就感觉仿佛翱翔在云端。

 

3D打印机发端于军方的快速成型技术,已有数十年历史,美国的3D 打印机制造商Stratasys于1992年卖出第一台商业化产品。

 

3D打印技术的原理在于将计算机设计出的物体分解成若干层平面数据,然后把不同形态的金属、陶瓷、塑料、砂等材料按平面数据构成一个平面形状, 再通过层层累积叠加,像植物生长般一次性整体成形。

 

事实上,一场由3D打印机带来的革命正在席卷欧洲。3D打印机不仅是一个新潮的技术发明,还是一场堪比互联网的产业革命。而这一技术的背后,也隐藏着全新而巨大的商机。

 

国务院发展研究中心产业经济研究部副研究员王忠宏解释,3D打印是一项信息技术、材料科学、精密机械等技术相融合的高新技术。可以不使用模具, 直接根据计算机图形数据,通过增加材料(液化、粉末化、丝化的固体材料, 如塑料、树脂、陶瓷、金属等)的方法生成任何形状的物体,简化产品的制造程序,缩短产品的研制周期,提高效率并降低成本。

 

目前全球有两家3D打印机巨头。一家是上述St r a t a s ys公司,是纳斯达克上市公司,刚刚收购了以色列一家名为Ob j et的3D打印机公司。文章开头讲的D e f D i st打印出的突击步枪就是采用该公司的打印机。

 

另一巨头也是在纳斯达克挂牌的3D S y s t ems公司,在2012年初通过收购另两家3D打印机品牌ZCorporation 和Vidar Systems奠定其江湖地位。

 

在过去的一年中,越来越多的领域开始利用3D打印技术创造神奇,而关于3D打印机魔幻现实主义般的新闻时有发生。

 

在2012年上映的007系列新电影《Skyfall》(007大破天幕杀机)中, 那台超跑阿斯顿-马丁D B5就是3D打印机的杰作。科学家们使用P L A环保材料,结合3D打印技术,成功打印出了人体器官--鼻子,而打印出来的鼻子能够将不同器官组织的生长精确激活,避免了移植器官出现相互排斥的痛苦。

 

在手机领域,芬兰手机巨头诺基亚公司新近发布了工具包,使用户可以利用3D打印机制造自己喜欢的L u m i a 820手机保护套。在过去两年中,3D打印版的关节和骨头现正帮助大约3万名病人正常行走,另有1000 万人正在使用3D打印出的助听器。在不远的将来, 3D打印机还可以打印出药物处方。

 

在欧美国家,3D打印技术的应用已较为广泛, 大到飞行器、赛车,小到服装、手机壳,各领域或多或少都借着3D打印的东风,焕发出了新的生命。

 

只要你想得到,就能做出来,英国增材制造协会主席彼得·托马斯认为3D打印打破了传统制造的局限性,拓展了人们的创意空间。

 

充满天马行空的创意,摆脱了人工的依赖, 去掉组装流程的繁琐,没有边角料需要处理, 3 D 打印技术的这些特点,将在某种程度上重新定义工厂。若成本进一步降低, 个性产品将获得和规模产量同等的竞争力。甚至有科学家预计,到2020年之前,3D打印机将可以从事小规模生产, 制造过去的劳动密集型工艺品和商品, 而这也会对中国制造形成冲击。

 

3D打印最大的优势是能极大地减少制造成本,并缩短研发周期。一个产品的模具设计制作成本可能30万元或者更高,但使用3D打印技术几千元就能搞定,而研发周期也从过去的半年缩短到1个月左右。

 

华中科技大学快速制造中心主任史玉升解释,一个形状复杂的多管形汽车风管箱,若用传统倒模制造方法,至少要2个月的时间。但是如果用3D打印快速制造,只需要8个小时,如此一来, 生产效率提升了近百倍。

 

虽然理论上3D打印技术可以打印众多物品,但目前3D打印的耗材还只限于石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。比如模具制造中,最重要的金属模具制造,由于受限于打印耗材,一直无法进行产业化。

 

受制于耗材的限制,3D打印在最初的产业应用中主要定位在样品制作领域。随着可供打印使用的耗材研究的不断拓展,3D打印也逐渐具备了制作成品的可能,而这种变化在最近两年才逐步发生。

 

目前中国的3D打印还处于概念预热和产业培育期,国家层面推动3D打印技术在创意和设计领域的应用探索。也有一些国内企业在复制一些国外桌面消费级3D打印机产品,但由于无法形成规模,产品也基本都是简单粗糙的工程机,在淘宝网上可以找到类似的产品销售。

 

和美国相比,中国缺少D I Y(自己动手)的习惯和创意设计发展的土壤。3D打印机创业者金涛说,在新技术开启的下一轮制造业竞争中,中国表现如何还是个未知数。

 

在美国,3D打印技术已经开始进入寻常百姓家。美国很多中小学都已经开设这类课程,而中国在这方面才刚刚起步,且填鸭式的教育让中国学生的创意力、想象力和动手能力远弱于欧美国家。

 

在国家投入领域,美国国家航空航天局则在研究一项被称为未来3D打印宇宙飞船的技术,希望通过3D打印, 制造出廉价的机器人宇宙飞船,奥巴马政府为此在俄亥俄州重点投入建一个专门整合国家资源的研究所,以加大3D打印技术的研究和应用力度。

 

对于中国而言,事关第三次工业革命最具标志性的生产工具的3D打印技术的结合工程建设,才刚刚开始。

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