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科普文章——3D打印  
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    千龙科技综合报道 9月19日,2015年全国科普日就要在北京和全国各地集中开展。本次全国科普日主题为“万众创新 拥抱智慧生活”,千龙科技也将围绕这次科普日活动主题推出一系列科普策划,便于广大网友学到更多科技知识,掌握和我们生活息息相关的科普信息。第一期的科普系列策划我们带您来了解“3D打印技术”。这项被称为“第三次工业革命”的新技术,是如何悄然改变人类生活的呢?

     科普系列之“3D打印”

    每一项伟大发明所带来的影响,在当时都很难预测,比如电灯,蒸汽机和印刷术。同样,3D打印我们也很难预测。如今,3D打印无所不在,美国甚至已研制出三维食物打印机,能用食材打印饼干、苹果派等。目前,3D打印机价格日渐便宜,普通消费者可以从互联网获得设计方案,在家打印物品。如果孩子想要新玩具,老人想下象棋,你想换一个新杯子,你要做的只是下载几份图纸,然后在自家的打印机“打”出来。

     一、什么是3D打印

    1、名词解释:3D打印

    3D打印是一种快速成形技术,它首先将物品转化为3D 数据,然后运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,逐层分切打印。也就是说,若你拥有一台小型的3D打印机,你只需在电脑中绘制出物品的三维图,稍等一会儿,你想要的东西就可以被“打”出来了。

     2、3D打印机的发展史

    1) 1984年美国人Charles Hull 发明3D打印。1986 年成立3D Systems 的公司。1987 年,3D Systems 开始生产第一台 3D 打印机 SLA250。

    2) 1991年,三项快速成形制造技术投入商业生产,它们分别是Stratasys公司的熔融沉积制造(FDM)技术、Cubital公司的立体固化技术(SGC)和Helisys公司的分层实体制造(LOM)技术。

    

    FDM发明者Scott Crump

     3) 1996年,美国Z Corp公司基于麻省理工学院的3维喷墨打印技术,研制出了3D打印机Z402号。

     4) 2005年市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由Z Corp研制成功。这款3D打印机能够进行高分辨率彩色3D产品的打印。

     5) 2005年,英国巴恩大学的Adrian Bowyer发起了开源3D打印机项目RepRap,目标是通过3D打印机本身,打印出另一台3D打印机。2008年,第—个基于RepRap的3D打印机发布,代号为“Darwin”,它能够打印自身50%元件。

     6) 2010年11月,第一台用3D打印机打印出整个身躯的轿车出现,它的所有外部组件都由3D打印制作完成。

    3、3D打印的基本原理

    

    

    7、建筑业

    Emily用一张1930年的明信片上的酿酒屋照片,利用增材制造技术,堆砌出了酿酒屋的建筑模型。

    

    

    为了充分发挥建筑师不拘一格、无与伦比的想象力,人们利用增材制造技术,设计、制造了许多异形建筑模型。

     8、制造业

    3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多,并且3D打印技术本身非常适合大规模生产,所以3D技术给制造业带来很多好处,包括质量控制问题。

    

     9、变废为宝,绿色环保打印

    3D打印船是由高密度聚乙烯塑料制成牛奶盒打印出来的,它的成功证明了可回收牛奶盒可以回收利用并打印成真正有用的物品。

    

    10、航空航天

    下图这个金属飞机零部件由计算机程序设计,并使用3D金属打印技术制作。后面的是旧版本,前面新版本进行了优化,重量减轻,同时保持原有的强度和其他关键性能。

     2009年,北京航空航天大学王明华团队利用激光快速成形技术制造出大型客机C919的主风挡窗框。据了解,这使中国成为迄今国际上唯一实现激光成形钛合金大型主承力关键构件在飞机上实际应用的国家。

    11、配件饰品

    饰品的传统加工方法不仅浪费材料,而且工艺复杂,成本高。激光选区熔化和电子束选区熔化工艺是“增材制造”,它适合于加工形状复杂的饰品,不仅节约材料,而且节能环保。

    

     12、汽车制造

    英国《每日邮报》2011年9月23日报道,世界上第一辆“3D打印汽车”在加拿大亮相。2013年2月,Urbee 2混合动力面世,全部零部件来自3D打印。

    

    13、食品产业

     2013年情人节前夕,日本的一家3D体验馆举办教人们制作情人巧克力的活动。首先3D扫描面部表情,然后做出3D巧克力打印的原型模型,再用原型来制作巧克力模子,之后就可以将巧克力注入模子里了。

     有两种方法可以实现3D打印合成食品,一种是:将食材糊然后3D打印成新形状。第二种是:将基本化学材料糊混合,用数字食谱将原食材3D打印成“真实食物”的复制品。

    3D打印合成食品

    三、3D打印技术未来五大发展趋势

     1、更好更快更廉价 企业家正从各方涌向3D打印领域。未来,3D打印不仅是一种打印、扫描和共享内容的新方式,而且还将增加打印的精密度、规模以及更好的选择材料。而且打印成本也将下降。总体而言,功能性材料将进入市场,而且还将出现更加先进的打印程序,2015年将会看到更加先进的3D打印机走向市场。一些初创型企业也会研发出更快、更便宜的3D打印设备。

2、传统公司需要创新和改进 为了维持自己在快速增长的3D打印行业内的统治地位,传统的3D Systems公司和Stratasys公司都将执行简单的战略,即要么收购对方,要么阻击对方。然而这种并购并不一定会产生效果,毕竟,整合业务或业务并购都非常困难,因此这样的措施或许还会适得其反。未来一年,随着惠普之类的公司进入3D打印市场,再加上一些初创企业的冲击,因此,传统的3D打印巨头急需加速内部创新,并努力推出更好更便宜的解决方案,从而增加他们的市场份额。对这些公司而言,需要改进的两大重要领域就是3D打印速度和材料价格。

3、3D照相馆的崛起 一些公司已经开设了一些小规模的店内3D大头照拍摄馆。未来一年,简单的3D扫描设备和软件将会越来越普及,而且消费成本也会越来越便宜,甚至还会出现一些便携式的3D拍摄设备。2015年,还将有更多的新企业开设3D拍摄馆。更为重要的是,这些扫描和拍照工具将为大规模的定制化拍摄奠定基础,并能够让更多的公司为每一个客户拍摄定制化的3D照片。

4、战争武器 尽管使用类似于机器人的热熔胶枪来制作一支真枪,并不是获得武器的最有效方式,但这种做法肯定会产生轰动效应。未来一年,更多的枪支、手榴弹、以及一些更夸张的武器将会出现。管理者也会担忧3D打印机可能会成为混乱状态的最终工具。

5、医疗神器 3D打印技术最具潜力的作用将体现在医疗健康领域。人们已经看到从颅骨和面部植入假体材料到低成本的低成本的假体,再到可更换的气管等在内的诸多3D打印产品。未来一年,在此领域还将充满更多的新创意。尽管打印完全功能的器官还需要一段时间,但是,为个别患者定制打印某种器官的能力将会出现。医生们也因有了强大的3D打印工具而更加舒适,并能够获得更好的体验,与此同时,人们的生活也会因此而更加美好。