如果3D打印在體素級別實現(xiàn)大規(guī)模定制，一切會怎樣,？

南極熊導(dǎo)讀：當(dāng)我們提及大規(guī)模定制和 3D 打印時，通常會想到個性化定制物品的形狀,。然而,，形狀本身并不能經(jīng)常成為一個好的商業(yè)案例。事實上,，增材制造 (AM) 的應(yīng)用成本依舊太高,，這也導(dǎo)致制造商往往會使用更便宜的替代技術(shù)，包括 CNC,、激光切割和水射流切割,。

如果所需的復(fù)雜幾何構(gòu)件只能通過增材制造完成，或者是物品足夠小,，那么選擇 3D 打印可能是有意義的,。對于助聽器、牙橋和牙冠來說都是如此,，定制對象的小質(zhì)量是使 3D 打印具有吸引力的因素之一,。實現(xiàn)某些物理特性的能力是 3D 打印具有決定性優(yōu)勢的另一個領(lǐng)域,。例如，獨特的紋理和內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)有助于骨整合和減少骨科植入物中的應(yīng)力剪切,。然而,，3D 打印的終極夢想遠不止于此。

體素級制造

如果想要 3D 打印單個體素,，且每個體素具有不同的屬性,，那又該如何做到這一點呢？首先,，需要確定3D 像素的大�,。�即體素），這些像素具有不同的屬性集,，可以以不同的比例混合,。然后，打印系統(tǒng)在正確的位置準確地噴射（或燒結(jié)或擠出）正確的體素,，從而實現(xiàn)梯度部分,。我們可以讓物品在某些區(qū)域更柔軟，而在其他地方更堅硬,。在整個結(jié)構(gòu)的不同位置,，某些東西可能或多或少是剛性的。然后我們可以構(gòu)建完整的設(shè)備,、電子產(chǎn)品,、磁鐵和一切（Neil Gershenfeld多年來一直以各種形式致力于此）。顯而易見的是,，大多數(shù)物體的完整組裝可以達到體素的壁厚,，而不是只制造某些1毫米薄的物品和有限的幾何形狀。

△Neil Gershenfeld,。圖片：維基百科

“工具工廠”方法

nScrypt公司推出的 "工具工廠（Factory in a Tool）"方法是目前少數(shù)幾個能夠在一臺打印機中集成擠壓,、拾取和放置、銑削等優(yōu)勢的方法之一,。他們的機器現(xiàn)在被用來在一臺打印機內(nèi)制造幾乎整個納米衛(wèi)星,。不難看出，任何3D打印設(shè)備都可以結(jié)合氣溶膠噴射,、數(shù)控,、擠壓和其他許多不同的工具來制造非常復(fù)雜的物體。

現(xiàn)在,，增材制造行業(yè)的成員都在他們的技術(shù)孤島中思考,。然而，一個更開放的方法將看到更多的人關(guān)注在一臺機器內(nèi)混合許多工具,。然后,，這個設(shè)備本身也可以是一個無塵室,，并負責(zé)到從包裝到產(chǎn)品的每一個步驟,。當(dāng)然,，F(xiàn)actory in a Tool并不是唯一一個可實現(xiàn)體素級制造的方法。

顆�,；旌蠑D出系統(tǒng)

想象一個材料擠出系統(tǒng),，它可以智能地動態(tài)組合不同比例的顆粒。然后,，它可以將這些顆粒打印成不同的細胞狀填充物結(jié)構(gòu),。這些結(jié)構(gòu)的壁、形狀和整體變化將根據(jù)部件的特性動態(tài)地進行編程,。一些單元將充滿空氣,，而另一些單元將完全被材料填滿。填充模式不僅僅是在不同的層上不同,，而是在整個過程中不同,，從而使結(jié)構(gòu)在特定的位置具有編程的硬度、柔軟度和其他特性,。無論是通過填充設(shè)計還是顆粒,，混合不同的屬性可以分配給不同的體素，提供高度的可變性,。

其他變體技術(shù)

當(dāng)然,，通過材料噴射，我們可以在同一時間有選擇地沉積不同性質(zhì)的材料,。這可以讓人們快速而精確地沉積具有不同特性的數(shù)十億個液滴,。梯度特性和具有許多不同材料和質(zhì)量的部件可以從這個過程中產(chǎn)生。

Rize的技術(shù)將材料擠壓和噴墨結(jié)合起來,，也是實現(xiàn)這一目標的另一種方式,。類似于Aerosint的工藝也可以發(fā)揮作用。結(jié)合擠壓和真空成型的選擇性金屬化工藝也可以使用,，早稻田的多材料DLP方法或加州理工學(xué)院的碳化水凝膠灌注技術(shù)也可以使用,。超精確的按需滴注可能是另一條噴墨路徑，也可能是電紡的一個變種,。在納米層面,，像UpNano、BMF和Femtoprint這樣的公司也在進行令人興奮的前沿工作,。Atlant3D的逐個原子制造很可能是這方面的最終技術(shù),。因此，以上的例子只是說明了有幾種技術(shù)路線都可以實現(xiàn)精確的體素級制造,。

△傳統(tǒng)的3D打印塑料結(jié)構(gòu)的金屬化方法與新興的在3D打印塑料結(jié)構(gòu)的選定區(qū)域沉積金屬的方法對比,。圖片來源：早稻田大學(xué)

體素級制造的前沿領(lǐng)域

顯然,，如果能夠?qū)⑵渲幸粋�流程真正應(yīng)用到我們的工業(yè)環(huán)境中，那將會打開新的應(yīng)用市場,。然而,，擔(dān)心體素級制造技術(shù)將來會像電影中演繹的那樣，擁有自主復(fù)制意識并占領(lǐng)我們?nèi)祟愂澜鐒t是完全沒有必要了,。畢竟該技術(shù)仍需要很多年的時間去驗證它的可行性,，最終才能面向工業(yè)化。然而,，即使你在這方面取得了部分進展,，你也可以擁有一個非常有市場的技術(shù)。

想象一下,，通過混合一些聚合物和晶格結(jié)構(gòu),，對網(wǎng)球拍柄進行體素級定制，以減少振動,、應(yīng)變和傷害,，同時讓球員用更舒適的球拍打出更多的球。這可能會徹底改變網(wǎng)球,、高爾夫以及其他任何球拍或俱樂部運動,。想象一下，只要有一個舒適度更高的,、吸水的床墊,、手套或方向盤的表面就可以了。有許多表面和產(chǎn)品,，我們可以通過一個半功能的體素級系統(tǒng)大大改善,。

3D打印公司正在制造材料。該行業(yè)只需要一種 "發(fā)泡膠 "類型的產(chǎn)品就會非常成功,。然而,，該行業(yè)可以開發(fā)出許多發(fā)泡劑，都具有不同的特性,。許多產(chǎn)品正在從使用金屬轉(zhuǎn)向使用聚合物,。只要讓這些商品更加舒適，就會是一個巨大的機會,。同時,，像工業(yè)過濾器、膜和表面這樣的物品是可以改進的,。因此,，即使有部分工作解決方案，該行業(yè)也可以獲得巨大的收入，可以推動其發(fā)展,。

真正的大規(guī)模定制,？

目前而言，體素級制造技術(shù)也已經(jīng)有一部分走進了日常生活,，例如我們可以選擇使用trinckle和Twikit來大規(guī)模定制真正適合客戶的東西,。人們可以在每一個體素上購買一個適合他們行走、需求和腳的獨特的鞋墊,。3D打印可以制造出功能最強,、最舒適的一切物品,，而這將是在通往“全能制造”的集成制造的道路上邁出的重要一步,。