3D打印成型技术：看得见摸得着的真实

　　想写点关于3D打印技术的一篇文章，却又不知道从何说起，那就是我从最开始接触它的时候说起吧。

　　那还是去年的时候，我在e-works组织的会议上看到了3D打印术，一下子就被吸引了，小小的身体蕴含着巨大的能量，说不惊讶是不可能的，当时也亲眼见证了，这个小东西的神奇之处。

　　一转眼，现在3D打印技术已经开始风靡全球了，所以的人都在期待着它能早点打印出自己想要的东西。能打印出看得见摸得着的真实。

　　3D打印成型技术诞生在20年前，甫一出现就被认为是设计领域的革命性创新。因为，该技术让原型件的制作过程缩短到几十或几个小时。

　　此时此刻，记者桌上有一个灰色的名片夹，树脂质地，结构精巧，阳刻着“Objet”LOGO。这是个其貌不扬的名片夹，恐难吸引身后来往同事的目光。但是，当我告诉你，这个名片夹是由一台型号为Objet30的打印机在7个小时之内打印出来的，你会否怀疑自己听错？你会否忍不住拿起它细细端详？

　　你没弄错，这就是现在全球流行的3D打印成型技术，一般应用在工业设计领域。汽车、日化、家具、电子、医疗、科研……3D打印早就渗入到你的生活，只是你之前不知道。

　　设计人员的“眼见为实”

　　如果好友给单身的你介绍了一个女朋友，你会只凭着一张照片就认定她合不合眼缘吗？一定不会，结论一定是在见过真人后才下的。

　　设计界也一样，若设计一台机车发动机，一定要事先铸造出铸型，后慢慢研究；若设计一款饮料瓶，定会做出实体模型看实际效果。

　　用木材或金属加工出原型件的过程往往耗费少则几周，多则几月。而如果嫌周期过长而跳过这一过程，很可能会漏过设计上的缺陷，到最后还要回过头来重新修改，开发速度不增反降。

　　3D打印成型技术诞生在20年前，甫一出现就被认为是设计领域的革命性创新。因为，该技术让原型件的制作过程缩短到几十或几个小时。“我们已经缩短了5到6周的临床试验设备生产时间。”Lvivi公司的首席技术官DiMino说。

　　因为快速，制作高质量的仿真原型的成本也较为低廉，意味着设计团队可以在项目过程中实现原型检测，这在过去几乎是不可行的。

　　俗话说眼见为实，但在设计人员的概念里，眼见为实往往指的是触感。现在出现的虚拟现实等仿真技术，通过运算可以使我们看到设计原型的3D视频，观察角度随时更换。但是，设计师们还是会在这之后制出原型件，作为传达产品感观、触感及运作模式的载体。

　　“客户会说：‘你打出的原型是我描述的样子，但现在看见了实物，我想X、Y或Z的地方还是需要修改’。”Orchid Design公司的迈克劳林说在使用了3D打印机之后的经历。

　　“铁盒子”是怎么工作的？

　　Objet是一家以色列公司，是成功喷射聚合体材料的第一家公司。Objet 在2000年初推出拥有专利的 PolyJetTM技术，目前世界500强企业中很多都在用其设备。

　　记者在展示现场，见到了他们生产的打印机和诸多打印出的模型。3D打印机并不神秘，它的外形和你公司的打印机看不出太多差别，方方正正的“铁盒子”。而这些打印机能打印出的模型之精细超越想象，玩具人偶，人头骨模型，镂空花瓶，手机模型，汽车发动机模型，除了材质，几乎跟实物并无二致。

　　这些精细的原型是如何被“活生生”打印出的呢？想一下，一座房子是怎么用一块块红砖砌起来的。

　　Objet中国区总经理汪祥艮告诉本报记者，打印机喷头喷射出的是一种光敏树脂材料，喷头沿X轴方向来回运动，就好像一台行式打印机，同时喷射出一层非常薄的树脂在工作成型托盘上。

　　当树脂被喷射到成型托盘上后，UV紫外线固化灯沿着喷头工作的平台射出UV紫外光，立即成型和固化每层的光敏树脂材料，此步骤避免了使用其他成型技术需后期另外加工固化材料的过程。

　　完成一层的固化工作后，设备内置的成型托盘将会精确的下降一个高度，打印喷头将继续喷射光敏树脂进行下一层的打印和固化。一层一层，如此反复，直到整个模型打印制作完成。

　　“打印机的喷嘴口径为42微米，喷射出非常微小的树脂液滴，层厚只有16微米，目前为业界最薄。因此无论打印出的模型多么复杂，其表面都是光滑平整。”汪祥艮说。

　　成型模型的过程中使用了两种不同种类的光敏树脂材料，一种用来生成实际模型，另一种是类明胶状的用来作为支撑。这种支撑材料由程序控制被精确地添加到复杂成型结构模型的所需位置。例如一些悬空，空腔，底切，复杂细节结构和薄壁等结构。当完成整个打印成型过程后，用内置水枪就可容易滴去除这些支撑材料，留下光滑整洁的成型件。

　　它还能做些什么？

　　目前，3D打印机的主要作用还是使制造商和工业设计师降低产品开发周期的成本，并大大缩短新产品的上市时间。

　　但我们也可以对该技术有新的期许，比如去年9月，世界上第一辆“打印汽车”就曾亮相加拿大，那辆3D“打印汽车”名叫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。

　　我们完全可以想象，在未来的某天，家里某处螺栓松了，可是手头没有工具，于是你用家用3D打印机打出一个多用扳手。孩子长高了，原来的自行车有些小，于是你打印了一辆大点的。也许你觉得有些不现实，可是二十年前你是否做过拥有一台打印机的梦？

　　3D打印机“复制”宇宙飞船

　　据国外媒体报道，美国国家航空航天局正在研究一项被称为“未来3D打印宇宙飞船”的技术，拥有了可3D打印的各种空间飞行器是个巨大的科技突破，美国国家航空航天局探索能否通过“打印复制”出廉价的机器人宇宙飞船，配备上相关的电子设备对宇宙进行探索，该想法如果成功实现，那将是对空间探索领域革命性的突破。目前，可打印的各种电子器件已经被大众所熟知，它们由喷墨打印机使用特殊的液体“复制”出导电通道、晶体管、电路甚至是光伏电池，比如Kapton薄膜就是一种聚酰亚胺薄膜，是性能非常好的绝缘材料，其由杜邦集团生产，可在较大的温度变化范围内保持稳定性。

　　通过这个技术，科学家就能“复制”出供机器人宇宙飞船使用的大量电子设备，包括了在探索天体途中使用到的各种传感器，比如科学信息收集设备、数据处理、下行传输数据链以及通信系统。根据位于加利福利亚州帕萨迪纳的美国国家航空航天局喷气推进实验室科学家坎德拉·舒尔特介绍：对于可3D打印的宇宙飞船，较为疯狂的一点是，即没有任何结构可言，整艘宇宙飞船基本上就是一张纸。

　　世界首例3D打印下颌移植手术

　　据英国《每日邮报》报道，世界上首例由3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术细节日前公布。移植手术于去年6月在荷兰进行，接受移植的病人是名患有骨髓炎的83岁女性。术后她的恢复状况良好，新的下颌骨并未影响她的语言表达和进食能力。

　　这项新的人造骨骼3D打印技术由比利时公司LayerWise和比利时哈瑟尔特大学的科研人员共同开发研制，而器官制作过程被称为“叠加制作法（AM）”。通过该方法，技术人员可根据移植患者的具体需求来设计骨骼部件的效果图，然后利用高精度的镭射枪来熔解钛粉，并将它们一层层地喷涂叠加起来，最终形成一个立体的人造骨骼部件成品。整个过程不需要任何的胶水或粘结剂。

　　据哈瑟尔特大学的尤勒斯·波肯斯教授介绍，作为世界上首例“订制”人造骨骼部件，这项先进制造技术在医学领域里的应用无疑是一项创举。因为通过该技术制作的人造骨骼不仅精准度高，而且其设计过程中还考虑到了患者术后其他相关生理机能的恢复与发展。

　　“去年6月的那次下颌骨移植手术非常成功，用时不到4小时。术后，患者在麻醉剂药效减退后，就已经可以张嘴说出一些简单的词汇，并且隔天就可以正常的对话和吞咽了。一般，类似的手术过后需要住院观察14至28天，但这位患者由于恢复情况良好，术后4天便出院了。”波肯斯教授说。

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