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3D打印或将颠覆传统制造业_2

2019-06-04 11:30栏目:商业
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  未来某一天您或许会住着打印出来的房子,乘坐打印出来的飞机环球旅游,驾驶着打印出来的汽车走南闯北,吃着打印出来的面包,使用打印出来的工具,驾驶着打印出来的宇宙飞船探索太空所有这一切,都将有赖于3D打印技术在制造业的广泛运用。

  3D打印技术对于推动工业产业尤其是制造业的进步有特别意义。未来制造业也许不再采用工厂这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式,如果这种方式得到广泛的运用,那么每个人都可以是一家工厂。

  3D打印不仅将改变人们的生活方式和生产方式,还将改变人们的思维方式。

  从毕昇发明活字印刷,到平面喷墨打印,再到现代3D立体打印,印刷和打印技术已完成了由简单的文字信息传递,向以数字信息化为基础通过逐层立体打印方式构造物体的飞跃。简单地说,打印技术已被运用于制造业。在日前举办的2013年世界3D打印技术产业大会上,这项技术得以全面展示。

  人们在享受先进技术时从不忘记天才的发明家。受今年北京高考作文题启发,人们也许会联想毕昇如何看待3D打印?因为毕昇发明活字印刷时肯定做梦都想不到小到细胞、牙齿、骨骼、甚至我们自身,大到房屋、汽车、飞机等等,都能在瞬间打印成型,而这一切在如今都已成为现实。这就是现代3D打印技术。用专家的话说,这项技术运用的是一个十分前卫的概念所见即所得,而如果将这项技术运用于文化创意产业,那么这个概念即刻升级为所想即所得。

  如果您觉得对3D打印难以想象和理解,那么可以观看一部叫《十二生肖》的电影,片中成龙戴着光学传感手套触摸兽首,将收集到的三维数据通过无线传输系统瞬时传回本部,本部根据这些数据同步打印复制出完全一样的兽首,其实就是3D打印技术的再现。而在2013年世界3D打印技术产业大会上,工作人员还演示了对真人的打印--通过360度数码摄像将人的三维数据传入电脑,然后准确完整地打印出按比例缩小的人的立体形象。

  人未出生即被打印

  这种工艺到底怎么实现呢?在2013年世界3D打印技术产业大会上,现场工作人员解释道,首先将数码摄像收集到的数据传入计算机软件并建立三维立体模型,然后根据模型对内部材料进行处理和定义,最后通过喷涂控制一层层成形。它的原理是在结构空间和材料空间里实现色彩和结构、材质和结构之间的一一对应关系,再从材质及色彩到每一个喷头之间的一一对应。而每个喷头有一千多个喷嘴,可以实现同时开关,从而实行精确的打印。

  参会嘉宾、中国工程院院士徐志磊认为3D打印是第三次工业革命重要环节之一。他形象地比喻道:3D打印可以按照设计好的三维模型将牛罐头打印成一头整牛,也能将一头整牛打印成牛罐头。这好像是笑话,但是一种有可能实现的发展趋势。而实际上,3D打印技术已被实实在在地运用到现实生活当中,3D正在打印我们的生活。

  比如,日本的一家诊所宣称自近日起开始提供一项新服务--利用3D打印机制作胎儿模型,使准父母们提前数月将自己的孩子捧在手中。该家诊所利用生物纹理技术和核磁共振成像(MRI)扫描仪,为准妈妈腹中的子宫和胎儿制作3D模型,然后用3D打印机将其打印出来。待产孕妇称在宝宝出生之前看到他们的样子并把他们捧在手里,感觉很不错而在生产之后,妈妈们仍喜欢观看这个模型,并回想自己怀孕时的感受。

  而在此次展会上,南京紫金立德公司展示了使用3D打印机打印假牙、骨骼的模具,这种模具的精度为0.1毫米。总经理助理蔡忠国说,病人骨折了,医院可以先对病人的骨折部位扫描做成3D模具,然后就能做出骨骼的模型。医生可以先利用这些和病人身体部位一模一样的模型进行模拟手术,保证真正手术的时候顺利完成。另外,现在已经有激光3D打印机能直接打印出金属假牙,烤瓷后就能安在口腔里了。过去,人们都是使用一种胶状物先按在口腔内套取假牙的形状,然后再做成假牙。而3D打印出来的假牙,最大的好处就是精度高,不用事后一遍遍打磨,能减轻安装假牙人的痛苦。

  对于3D打印技术在现实生活中的运用,美国3Dstratasys公司中国区总经理汪祥艮的一段话作了很好的诠释:3D打印如同一个能工巧匠,能够将你不管有多复杂的设计方案变成你手上真实的东西,让你感受它、触摸它,这就是3D打印真正的魅力所在。

  生物打印能够救命

  不仅在外科医学上,而且在生物医药领域,3D打印技术也得以广泛运用。参会嘉宾、杭州电子科技大学生物制造研究所教授徐铭恩指出:生物3D打印是3D打印技术研究最前沿领域。

  所谓生物3D打印即细胞打印。徐铭恩讲解并展示了用生物高分子材料进行细胞3D打印的技术(CellPrinting),其技术原理是将细胞打印在一层一层的特殊热敏材料上,打印完之后将材料叠加起来就得到所需要的细胞结构,这些细胞会自发地迁移、扩散、自组织,重新形成了一个器官。他展示了用3D技术打印出的细胞软骨组织以及皮肤组织。目前,包括清华大学、美国Clemson大学等等许多大学都是这方面的先驱者。除打印人工的组织器官外,细胞3D打印技术在药物研发领域也得到了非常广泛的应用。

  生物3D打印在医学领域应用前景特别巨大,其所具有的快速性、准确性及擅长制作复杂形状实体的特性使它在生物医学领域有着非常广泛的应用前景。每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化,当3D打印与医学影像建模、与仿真技术结合之后,就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。

  对于3D打印技术在生物医学领域的应用,参会嘉宾、中国3D打印技术产业联盟副理事长周功耀作了深入的阐释:用生物高分子材料打印出的细胞,能和人体匹配融合,不会产生副作用、反作用。现在人体的各个器官,包括心脏、肝、肺、耳朵、膀胱、脊椎等等,都可以应用3D技术打印出来。数月前,在康奈尔大学打印出了人耳,形状和真耳完全一样,并在接受组织液以后成活安装到病人身上。这项技术可以为许多患有先天性耳病的人进行修复。

  前不久一个小孩得了一种怪病,他的呼吸管道发生软化完全没了支撑力,堵住了,生命垂危。医生求助于3D打印技术,用生物高分子材料制作出一根呼吸管植入他的器官,挽救了小孩的生命。

  促成第三次工业革命

  3D打印我们的生活。想象一下吧:未来某一天您会住着打印出来的房子,乘坐打印出来的飞机环球旅游,驾驶着打印出来的汽车走南闯北,吃着打印出来的面包,使用打印出来的工具未来人类还将驾驶着打印出来的宇宙飞船探索太空而所有这一切都将有赖于3D打印技术在制造业的广泛运用。

  3D打印技术正在打印奇迹。英国人打印出了世界上一辆超音速汽车,该汽车时速超过1000英里,比当今最快的汽车还快31%,可以在一眨眼的工夫将速度达到150米,比子弹还快。而世界上第一辆3D打印汽车早于2011年9月在加拿大亮相,该车命名为Urbee,是一辆三轮、双座混合动力车。它使用电池和汽油作为动力。虽然单缸发动机制动功率只有8马力,但由于其小巧轻便,最高时速可达112公里。

  既然3D打印技术具有如此神奇的实用价值,那么这项技术对于推动工业产业,尤其是制造业的进步有何意义?徐志磊院士作了更为透彻的描述--这是一种新型的生产方式,能够促成第三次工业革命。

  与前两次工业革命相比,在3D打印技术得到广泛运用的情况下,现代制造业也许不再运用工厂这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式,而转变为一种以3D打印机为基础的,更加灵活、所需要投入更少的生产方式。这种趋势被称之为社会化制造(SocialManufacturing),当这种方式得到广泛的运用,那么每个人都可以是一家工厂。

  从事着建筑和设计行业的人,对3D打印技术其实并不陌生,因为他们经常需要用到一种叫快速成型的技术,将设计的原型制作出来展示给客户看。从前这种原型的制作非常麻烦,因为工厂首先需要制作一个模具,然后把原料浇铸在里面,这样才能把原型制作出来。而模具的生产和改进就往往需要投入大量成本,且在产品定型后就失去利用价值了。但当工厂制作完成之后,模具就变得没有用处--这种生产方式浪费原料,生产成本自然比较高,所需要的生产周期自然也比较长。

  与这种先制作模具,然后才能把设计原型制作出来的生产方式相比,3D打印机拥有相当的优异性,它能够一次性、直接地把客户所需要的设计原型给制作出来。由于无需经过制作模具这一步骤,客户能够节约时间,工厂能够节约成本,同时所制作出来的物体,也将和设计图纸一样,能够更加精确。原因在于,3D打印机能够直接将物体打印出来--首先人们能够通过电脑创建一个三维设计图,然后打印机对这个立体原型进行切片,分成一层一层的,然后打印机开始工作,将原材料按照设计图一层又一层的叠加上去,直到最终成型。

  打印更多创意

  参会嘉宾、美国3DSystems公司执行副总裁MicheleMarchesan认为,3D打印不仅将改变人们的生活方式,还将改变人们学习方式,甚至是思维方式。在3D打印技术的帮助下,人们将更加热衷于从事富有创意的工作。英国ChocEdge公司创始人和技术总监郝亮指出,3D打印给我们带来很多自由空间来做富有创意的产品,这些产品由于吸收了大量创意,因为可以成为一个高附加值的产品。

  文化创意领域是结合文物和高端艺术衍生品的应用,具有以下特点:独创性,作为文物和高端艺术品,它是没有现成模板的,是靠艺术大师的构思创作实现的,整个过程耗时非常长、品质很高、具备独特性,通常造型复杂、结构新颖,设计超乎常规;独有性,这样的作品仅此一件,独一无二,不可再生,而且通常以收藏品的形式出现,大众很难接触到这些高端的文物和艺术品,只能通过一些媒体的照片看到,无法近距离接触和感受。但是3D打印技术和三维描述技术却给我们欣赏的可能性,通过三维描述技术和3D打印技术能够让文物和艺术品的生命得到延续和扩展,让艺术之美惠及大众。

  2011年西安世园会有个文创项目,希望通过现代技术把古代具有标志性的一些雕塑,以一种新的表达方式再现。设计人员将大汉16品雕塑通过3D打印和三维扫描按照微缩比例进行高仿真进行设计。获取模型之后,通过对数据的编辑处理,使其成为符合3D打印应用的数据模型,然后再通过高精度的3D打印机打印出一比一的琉璃模型,之后再跟传统工艺的大师合作,应用各种制造手段将这个艺术品以不同的材质和形式再现。对成品进行全磁针检测显示,精度误差非常的小。

  降低创业门槛

  3D打印技术的发展日新月异,权威人士给予了高度关注和评价。全国政协经济委副主任、原工信部部长李毅中认为,3D打印技术是新一代信息技术和新材料的完美结合,是数字制造技术的重要形式,目前在消费电子业、航空业、汽车制造业、生物医学以及个性化消费品等领域都有商业化的应用,大大提高了制造的效率、精度,节材节能,是制造技术的一次革命。3D打印技术用于优化新产品的设计和开发,可以有效地缩短新产品研发的周期,提升研发的成功率。3D打印技术的应用还改变了现有的生产模式和商业模式,区别于集中大规模的生产制造,变为社会化分散式的制造,遍布分散的小微企业,甚至让个体劳动者承担众多的零部件元器件的加工,与整机组装相配套,形成了上下关联的产业群。第十一届全国政协副主席张梅颖认为,3D打印技术是一项非常先进的前沿技术,是对传统制造技术的一次重要革命,其优势还在于让普通人的一个小想法也能快速创业,降低了制造业门槛,为以创业带动就业提供了平台。