3D打印的魅力

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3D打印的樣品,。

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資料圖片

　　英國將3D打印拓展到人類胚胎干細(xì)胞范圍。

　

　　美國科幻作家羅伯特·�,？死�曾��(jīng)寫過一個“萬能制造機(jī)”的故事,，故事里的人們帶著一臺“萬能制造機(jī)”飛往太空。

　　看過電影《十二生肖》的人都會被這一幕所驚嘆：成龍扮演的國際大盜用高科技掃描手段獲取了國寶獸首的三維數(shù)據(jù),，遠(yuǎn)程傳輸?shù)揭慌_神奇的機(jī)器上,，瞬間一模一樣的銅獸首復(fù)制成功。

　　盡管“想要什么就生產(chǎn)什么”的現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)沒有小說電影描述的那般輕松隨意,，但現(xiàn)在,，通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)小零件、食物,、自行車,、建筑甚至人的皮膚、腎臟等都已不再是天方夜譚,。

　　究竟3D打印有多神奇,？與普通的打印有什么不同？3D打印真的會給制造業(yè)帶來革命性的變化嗎,？

　　昨日,，記者走進(jìn)了揚(yáng)州首家提供3D打印技術(shù)的西安交大揚(yáng)州科技園的快速制造國家工程研究中心揚(yáng)州示范中心動手試驗(yàn)了一下3D打印。

　　發(fā)布

　　揚(yáng)州3D打印國內(nèi)領(lǐng)先

　　2012年7月,，揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西安交通大學(xué)揚(yáng)州科技園一期正式開園,，這其中就有“快速制造國家工程研究中心揚(yáng)州示范中心”。中心由中國工程院院士盧秉恒教授領(lǐng)銜,。

　　中國3D打印先驅(qū)牽手揚(yáng)州

　　西安交通大學(xué)教授盧秉恒,，被視為國內(nèi)3D打印業(yè)的先驅(qū)人物,。他1992年赴美做高級訪問學(xué)者，發(fā)現(xiàn)了快速成型技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用,，回國后隨即轉(zhuǎn)向研究這一領(lǐng)域,，1994年成立先進(jìn)制造技術(shù)研究所。同一時期,，華中科技大學(xué)等高校也開始參與到相關(guān)研究中來,，中國的3D打印技術(shù)開始踏上了征程。

　　從兩個數(shù)字看揚(yáng)州水平

　　在“快速制造國家工程研究中心揚(yáng)州示范中心”里,，負(fù)責(zé)人方翔對記者說,，經(jīng)過半年多的運(yùn)行，目前中心運(yùn)營情況良好,�,！拔靼步淮蟪�在揚(yáng)州設(shè)立科技園外，還在蘇州,、寧波,、山東聊城設(shè)有科技園，同時向這些地區(qū)輸出3D打印技術(shù),。不過,，無論從3D打印出的產(chǎn)品尺寸，還是精度來看,，揚(yáng)州無疑是最先進(jìn)的,。”

　　這主要表現(xiàn)在兩個方面：首先,，是生產(chǎn)設(shè)備的空間大,。揚(yáng)州引進(jìn)的3D打印機(jī)，可以打印出600×600×600毫米的實(shí)物模型,，這樣的尺寸在西安交大系統(tǒng)中是最大的,。“如果實(shí)物的體積超過上述規(guī)格,，可以通過分段打印,，再進(jìn)行組合�,！逼浯�,，打印產(chǎn)品的精度可以達(dá)到0.1毫米�,！跋喈�(dāng)于一根頭發(fā)絲的那樣,，這一指標(biāo)目前在國內(nèi)名列前茅,�,！�

　　綜合來看，方翔認(rèn)為，“揚(yáng)州的3D打印在全國處于中高端水平,，將極大地提高揚(yáng)州工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計水平,，與最高端中航重機(jī)的差距就在于還不能使用鈦合金粉末作材料�,！�

　　揚(yáng)企已近水樓臺先得月

　　“對于揚(yáng)州的制造業(yè)來說,，這將是制造模式的一次革命�,！笔薪�(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)相關(guān)負(fù)責(zé)人向記者分析,。

　　嗅覺靈敏的揚(yáng)州企業(yè)已搶先一步。記者從揚(yáng)州新菱電器了解到,，他們最近設(shè)計研發(fā)了新的自動復(fù)位式斷電保護(hù)器,，并委托“快速制造國家工程研究中心揚(yáng)州示范中心”“打印”出來，樣品讓他們非常滿意,�,！白钪饕�的是��(jié)省時間,對一個新產(chǎn)品來說，時間比什么都重要,�,！�

　　在揚(yáng)州，除了新菱電器,，不少工業(yè)企業(yè)開始關(guān)注3D打印技術(shù),，并積極先行先試，搶占先機(jī),。這幾天,，方翔的手機(jī)時常能接到各地的咨詢電話�,！�3D打印在生產(chǎn)量少,、定制化個性化精密性高的驗(yàn)證型、設(shè)計型和傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)難以完成的產(chǎn)品上最有優(yōu)勢,，也適用于初期小批量生產(chǎn),。”方翔告訴記者,。

　　實(shí)驗(yàn)

　　兩小時打印一個油壺

　　記者特地來到“快速制造國家工程研究中心揚(yáng)州示范中心”,，在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，記者利用3D打印設(shè)備,，親手制作了一個10:1比例的油壺,。

　　如此神奇的技術(shù)，過程其實(shí)很簡單,，就是兩個步驟：建模和打印,。

　　第一步驟：建模

　　【應(yīng)用設(shè)備】三維掃描儀,、計算機(jī)輔助設(shè)計軟件

　　【目標(biāo)】立體變平面

　　首先，記者來到反求數(shù)據(jù)處理室,。

　　“3D打印的第一個步驟就在這里完成,。”技術(shù)員袁剛說,，無論要打印出什么樣的實(shí)物模型,，都首先要把實(shí)物設(shè)計成“圖紙”。

　　在反求數(shù)據(jù)處理室,，有一臺電腦,，電腦旁則矗立著一個帶著三腳架的儀器�,！斑@是三維掃描儀,，帶有兩個紅外攝像頭�,！�

　　袁剛拿來了一個普通油壺,，擺放到三維掃描儀前的墊板上進(jìn)行拍照。記者看到,，油壺身上貼著不少黑色小紙片,，墊板上也遍布這樣的黑色小紙片。這有什么用呢,？

　　“這些黑色紙片涂有光敏材料,，是物品上的隨機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)。拍照后,，通過與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)的對比和油壺實(shí)物的對比,，在兩組對比中產(chǎn)生3D數(shù)據(jù)�,！痹瑒傉f,，如果沒有實(shí)物模型，也可以制圖,，然后通過3D軟件生成數(shù)據(jù),。

　　第二步驟：打印

　　【應(yīng)用設(shè)備】 激光快速成型機(jī)、光敏樹脂

　　【目標(biāo)】 平面變立體

　　第一步給油壺建模操作完了,，將數(shù)據(jù)傳輸給3D打印機(jī),，然后裝好打印材料，開動打印機(jī)就可以開始了,。這一步驟在激光成型室進(jìn)行,。

　　在激光成型室，記者看到,，房間中央擺放著一臺激光快速成型機(jī),，從外觀上看,，這臺機(jī)器和普通的復(fù)印機(jī)并無大的不同，唯一的不同是它們打印時不用紙而是光敏樹脂,。

　　機(jī)器的左半部分是個半透明的罩子,，右邊則有一排控制按鈕,。掀起罩子,，工作區(qū)底部是一個“池子”，裝滿了液態(tài)狀的材料,，“池子”中央還有一個網(wǎng)狀的支撐架,，而工作區(qū)的頂部則懸掛著一個激光發(fā)生器探頭。

　　響應(yīng)信號聲過后,，在隆隆作響的打印過程中,，透過那個半透明的罩子，記者清晰地看見機(jī)器工作的場景：一層白色的粉末均勻撒開,，一束紅色的光線迅速掃過,，一幅精美的畫面隱約展現(xiàn)在記者眼前，又是一層白色的粉末均勻地撒過,，紅色的光線再次掃描,，精美的畫面再次出現(xiàn)。袁剛告訴記者,，白色粉末是一種光敏樹脂材料,，在計算機(jī)控制下激光掃描過的地方樹脂就會固化，一次次掃描,、一次次固化,，層與層之間在激光的作用下實(shí)現(xiàn)了逐層堆積，無縫連接,。

　　可以把這個過程想象成很多張打印紙累加的結(jié)果首先就是分層打印,，其中每張紙是一個圖層，橫切面上的圖案依靠打印材料構(gòu)建出來,，并被強(qiáng)力黏合,，然后，多張紙的不同圖層疊加,。如果還是不能理解,，那就想象一次搭積木的過程。

　　“剩下的就是時間問題了,！”袁剛說,，打印這樣一個10厘米高的物體，大約需要2小時,。記者看到,，在展示架里,，擺放著栩栩如生的心臟、建筑構(gòu)件,、各式建筑模型等,。

　　大約兩個小時之后，一個10:1的油壺從激光快速成型機(jī)里被取出,。

　　算賬

　　一個模型能賣一千多元

　　“像這么一個模型差不多就得一千多元吧,！”袁剛從樣品里拿出了一個水管滴灌的模型指著說�,！皳P(yáng)州目前所用的光敏樹脂材料已領(lǐng)先于國內(nèi)大多數(shù)3D打印所用的ABS塑料絲所做的材料,。光敏樹脂材料所打印的實(shí)物模型價格為1克20元�,！�

　　對于企業(yè)來說很便宜

　　“對于一個普通人來說這可能挺貴的,，而且購買人群相對很少，但是對于制造企業(yè)做這么一個就很便宜了,！”袁剛說,，因?yàn)殡娔X設(shè)計與實(shí)物制作有很大的差別，所以一些公司在批量生產(chǎn)產(chǎn)品前,，都需要對設(shè)計的產(chǎn)品專門進(jìn)行樣品模擬,，把實(shí)物打出來看看是否存在缺陷，“如果開模具的話,，費(fèi)用少則數(shù)萬,，多則數(shù)十上百萬，如果后期還要修改,，更麻煩,，費(fèi)用也更高，而使用3D打印技術(shù)既便宜又方便,�,！�

　　打印金屬部件，中國也行

　　《十二生肖》電影中,，成龍通過專業(yè)設(shè)備將所掃描的銅像進(jìn)行完美打印�,，F(xiàn)在揚(yáng)州是使用光敏樹脂材料，打印出來的產(chǎn)品畢竟是塑料的,，而工業(yè)制造過程中,，使用的絕大多數(shù)零配件是金屬制成品。那么,，3D打印技術(shù)能打印金屬制品嗎?

　　“國內(nèi)剛剛研究成金屬3D打印技術(shù),，是使用鈦合金粉末作材料，使用激光打印機(jī)打印。而此項(xiàng)技術(shù),，以前也一直為外國人壟斷,。”據(jù)了解,，國內(nèi)中航重機(jī)不久前剛研制成功鈦合金粉末激光3D打印技術(shù),，憑此項(xiàng)技術(shù)，中航重機(jī)獲得了國家科學(xué)技術(shù)獎一等獎,。

　　也能用其他不同材質(zhì)

　　據(jù)袁剛介紹,，目前支持3D打印的材料很多。簡單說,，不同公司生產(chǎn)的3D打印機(jī)會支持不同的材料,，樹脂,、尼龍,、石膏、塑料這些都是普遍使用的材料,，隨著業(yè)界研發(fā)的不斷進(jìn)步,，支持鈦、不銹鋼或鋁,、鐵金屬材料的打印機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn),。

　　“但激光器要有足夠的能量，且成本很高,�,！痹瑒傉f，“不過我們?nèi)糇鼋饘倭慵�一般采用激光制模和精密鑄造聯(lián)動,，先用3D打印工藝做一個鑄造模具,，然后通過石蠟鑄造工藝，生產(chǎn)出所需的金屬物件,。用這種工藝制造的金屬零件的強(qiáng)度要比普通鑄件強(qiáng)度高,，制造成本也比直接打印金屬零件要便宜得多�,！�

　　應(yīng)用

　　前景廣闊 問題猶存

　　想象一下,，將來你家有這樣一臺打印機(jī)，需要杯子的時候,，輸入外形數(shù)據(jù),，就可以打印出一只你想要的杯子。

　　但是,，“神筆馬良”,，并不是所有人都能做的。 困難一 耗材較貴

　　耗材比較貴，如果是進(jìn)口的設(shè)備,，國外會控制材料,，也就是說，買他們的設(shè)備一定要搭配耗材,。常用的耗材一般有尼龍,、光敏樹脂、金屬等,，便宜的尼龍也要幾百元/公斤,，而貴的光敏樹脂、金屬等耗材價格高達(dá)2000多元/公斤,。

　　困難二 兼容性差

　　不單耗材,，一臺3D打印機(jī)只能用同類耗材，也制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,�,！翱焖僦圃靽�家工程研究中心揚(yáng)州示范中心”這臺3D打印機(jī)，只能用光敏樹脂做耗材,，這類3D打印機(jī)售價高達(dá)兩百多萬元,，金屬類的3D打印機(jī)售價更需要五六百萬元。

　　困難三 家庭用戶使用門檻高

　　記者采訪了解到,，目前家庭使用的3D打印機(jī)已經(jīng)在市面上出現(xiàn),，但價格昂貴，對使用者知識要求較高,，因此其進(jìn)入普通家庭的門檻比較高,。

　　一款“入門級”掃描設(shè)備價格都在十幾萬元以上，一臺桌面級3D打印機(jī)也要兩三萬元,。

　　袁剛告訴記者,，3D打印技術(shù)在我國的應(yīng)用主要在三個方面，一是高端應(yīng)用,，如航空航天產(chǎn)品,，二是中端工業(yè)應(yīng)用，如企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā),。三是民用,，如在醫(yī)療領(lǐng)域。北京等地已經(jīng)出現(xiàn)了為大眾服務(wù)的3D打印照相館,。目前揚(yáng)州只有20家左右企業(yè)及個人前來利用3D打印,。由于成本及知名度的原因，此項(xiàng)技術(shù)還未大規(guī)模推廣開來,。

　　名詞解釋

　　到底什么是3D打�,。吭凇翱焖僦圃靽�家工程研究中心揚(yáng)州示范中心”，現(xiàn)場的科技人員給記者進(jìn)行了一回“科普”：通俗地說,，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備,。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^程與噴墨打印十分相似,。

　　“我們?nèi)粘Ｉ�活中使用的普通打印機(jī)可以打印電腦設(shè)計的平面物品,，而所謂的3D打印機(jī)只是打印材料有些不同�,！痹瑒偨榻B說,，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬,、陶瓷,、塑料、砂等不同的“打印材料”,，打印機(jī)與電腦連接后,，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物,。