張帆
摘 要:本文論述了三維打印技術(shù)的優(yōu)點及各種應用,三維打印技術(shù)開創(chuàng)數(shù)字制造時代。三維打印包含了大多數(shù)增量疊層制造技術(shù),更加從宏觀上進行系統(tǒng)思考,也便于公眾對新技術(shù)的理解。三維打印具有4大優(yōu)勢及材料日趨多樣化,應用遍及各行各業(yè),三維打印越來越有影響力。
關鍵詞:三維打??;三維打印服務;家居用品;建筑領域;創(chuàng)傷修復
中圖分類號:TP334.8 文獻標識碼:A 文章編號:1005-5312(2017)36-0270-02
一、前言
3D打印已發(fā)展成為一種具有無限可能的多用途技術(shù),其作用將可與計算機和互聯(lián)網(wǎng)媲美,其光明的前景吸引了眾多的設計師、工程師、業(yè)余愛好者和投資者參與其中,成為可能引發(fā)新工業(yè)革命的導火線。除了三維打印的獨特優(yōu)勢,這一高潮的出現(xiàn)還由于近年取得的成本突破、材料突破以及應用領域的極具擴大。與此同時孕育著和開始隱現(xiàn)出新的商務、生產(chǎn)模式以及新的生活方式。
二、三維打印具有4大優(yōu)勢
首先,三維打印是直接數(shù)字化制造,從三維CAD模型直接制造出產(chǎn)品,而不僅是零件,減少或省略了毛坯準備、零件加工、裝配等中間工序,且無需昂貴的刀具或模具
第二,三維打印制造的是完全定制的、個性化的獨特產(chǎn)品,可做到全球僅此1件,百分之百按訂單制造。在沒有售出之前,是數(shù)字儲存在計算機里,無需實體倉庫。
第三,三維打印產(chǎn)品在沒有售出之前是用數(shù)字發(fā)運的,CAD文件在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸,費用極微。此外,三維打印不僅是按需制造,而且是就地制造,即在使用地點制造,這種虛擬運輸節(jié)約或舍棄了物流成本。
最后,三維打印能夠最大限度地發(fā)揮材料的特性,而不在意制品構(gòu)造是否復雜,僅把材料放在有用的地方,大大減少了材料的浪費。
價格急劇下降,福特發(fā)明了流水線,使T型車的售價降到950美元,從而汽車進入了家庭,拉開了大量生產(chǎn)方式的序幕。今天,一臺數(shù)千元PC機的性能可與30年前上千萬的計算中心相當,所以PC機無所不在。因此,任何新技術(shù)只有在價格下降千百倍以后,才能得到真正普及,為大眾所接受,三維打印也不例外。10年前,三維打印機售價數(shù)萬到數(shù)十萬美元,今天,家用三維打印機僅售1,000-2,000美元。而低價的三維打印機可供家庭打印玩具、擺設、裝飾品、家庭用具和各種業(yè)余愛好物品??梢灶A計,在未來3-5年內(nèi),家用三維打印機完全可能降到300- 500美元,成為開發(fā)兒童智力的機器。
材料日趨多樣化。過去,三維打印大多僅能打印樹脂或塑料一類的軟材料。而今天,不僅可以打印鈦合金一類的高強度材料,還可以打印陶瓷和玻璃,甚至打印混凝土制品、食品和生物細胞。零件的結(jié)構(gòu)設計更加合理、重量更輕、材料更節(jié)省。對航天產(chǎn)品來說,每減少1千克,都將帶來產(chǎn)品性能的極大提高和巨大的經(jīng)濟效益。
三、三維打印的應用
應用廣泛,遍及各行各業(yè),創(chuàng)意無限的家居用品。能夠進入家庭的新技術(shù),其市場前景無疑是巨大的。且由于沒有制造過程的限制,設計師可以充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力,設計出獨一無二的藝術(shù)品、燈飾、夾具、首飾,使家庭具有充滿個性化的藝術(shù)氛圍。此外,借助家用三維打印機自己可以隨時打印所需的日常用品,包括鞋子、發(fā)夾、首飾、玩具等等,大大增加了生活的方便性和趣味性。
(一)快速運行的機械產(chǎn)品
使用三維打印不僅可以制作固定不動的產(chǎn)品,還可以制作有相互運動機構(gòu)或部件的物體,如軸承、嚙合齒輪或其他機構(gòu)。
(二)快速直接建造的房屋
在建筑領域,三維打印除用于制作復雜的、大型的、超現(xiàn)代創(chuàng)意的建筑模型外,還可用于房屋的快速直接建造。美國南加州大學和英國拉夫堡大學對陶瓷制品和混凝土構(gòu)件三維打印進行了多年研究,并已用于房屋的快速建造。且不僅可以打印直線墻壁,還可打印任意弧線的墻體或抗震的拱形結(jié)構(gòu)。建造的速度很快,一天就能夠打印一幢小樓。
(三)骨科的創(chuàng)傷修復
三維打印在醫(yī)療領域的應用日益廣泛。除口腔科用于制造齒冠外,骨科的創(chuàng)傷修復將成為熱點。目前的人體植入物是標準化的,而不是個性化的,在許多情況下并不適合每個患者的需要。三維打印人體植入物的另一優(yōu)點是能夠制作與骨骼結(jié)構(gòu)相似的植入物,即非實體的、具有層次結(jié)構(gòu)的人造骨骼。這種骨骼更容易與人體組織交融,縮短康復過程。此外,將患者的CT掃描文件傳輸給專門的人造骨骼專業(yè)公司,即可很快地獲得定制的骨骼,從而可及時為患者進行手術(shù),避免延誤。
除以上幾大應用領域外,三維打印技術(shù)還可進行生物打印,即打印人體組織和器官,以及其他許多新奇的應用,例如打印可吃的蛋糕、可演奏的樂器、可發(fā)射子彈的手槍等等。未來,三維打印也必將在更多的領域得到應用。
四、三維打印對各行業(yè)的影響
三維打印不僅正在改變物品制造的方法,而且還對人們的經(jīng)濟、生產(chǎn)和生活的各方面產(chǎn)生了強烈的沖擊,引起了一系列的變革,可能成為新工業(yè)革命的導火索。例如,三維打印改變了人們購買物品的過程,人們不再走進商店挑選有限款式的商品,而是在網(wǎng)上挑選接近你喜好的樣式,進行修改,直到滿意為止。美國 Freedom of Creation公司就是這樣一家三維打印創(chuàng)意物品的公司,他們在網(wǎng)上出售創(chuàng)意的燈飾、家具、首飾等,但是沒有實體貨品,因而沒有物流和庫存。
此外,雖然三維打印機即將進入家庭,但并非每個人都是設計師,能夠設計出有創(chuàng)意的物品。這種情況下,你可以向設計公司購買創(chuàng)意產(chǎn)品的CAD文件,下載后在家里打印。反過來,你有創(chuàng)意的設計,就可以掛到網(wǎng)上去銷售,供別人下載。然而,值得注意的是,有創(chuàng)意的設計一旦成為網(wǎng)上商品,下載就能打印,就為知識產(chǎn)權(quán)保護帶來新問題,如何防止任意拷貝和無限傳播需要新的法律來保護。
三維打印的發(fā)展同時也為三維打印服務商帶來了無限商機。例如,你沒有三維打印機或者你的三維打印機不夠好,這時你就可以把你的創(chuàng)意產(chǎn)品的CAD文件,傳給專業(yè)的三維打印服務公司,委托他們打印。三維打印服務商會提供不同打印工藝和不同的材料供你選擇,不僅可以很快把打印好的物品送到你家里,而且可以代你向全世界銷售你的產(chǎn)品。美國Shapeways公司就是一家著名的3DP服務商,他的廣告用語是:“通過三維打印制作和分享你的產(chǎn)品”。
可以預見,未來將會出現(xiàn)三維打印的完整供應鏈,不僅是設計一方。而更大的變化將是生產(chǎn)領域會出現(xiàn)大量提供CAD/CAM設計的公司,供最終用戶下載,在家打印產(chǎn)品或委托專業(yè)公司打印。endprint