在美国南卡罗来纳州大连搬家纸箱South Carolina大连搬家纸箱洛基山大连搬家纸箱Rock Hill大连搬家纸箱商业园区的一幢不高的建筑中，未来工厂的景象跃然眼前。数十台机器隆隆作响，控制室的玻璃窗后坐着两名工作人员，他们正对着电脑屏幕操控机器。有些机器的大小和汽车相仿，有些则如微波炉大小，不过每个都留有窗口供人查看。这些机器各有分工，有制作珠宝的，有制作电钻塑料把手的，有制作汽车仪表盘的，有制作精美的灯罩的，还有制作定制的义肢的。甚至有一台机器正在制作自己同胞身上用得着的零部件。 这里是查克·赫尔大连搬家纸箱Chuck Hull大连搬家纸箱创建的三维系统公司大连搬家纸箱3D Systems大连搬家纸箱的总部。他在1986年申请专利时将其发明的制造三维物体的系统称为“立体平版印刷”。其工作原理为：使用一束紫外线凝固一层薄薄的液态塑胶大连搬家纸箱有点儿像墨水大连搬家纸箱，并不断重复这个过程，一层层增加塑胶其他形式的3D打印机已面世，但全都是运用叠加工艺一层层地把东西浇筑出来。 起初3D打印被认为是一种制作一次性样品的方式。但是，随着科技的不断进步，更多的东西以成品的形式被打印出来大连搬家纸箱即广为人知的叠加工艺制造过程大连搬家纸箱。据一家专门研究该领域的公司负责人特里·沃勒斯大连搬家纸箱Terry Wohlers大连搬家纸箱说，当前成品打印约占3D打印份额的28%。他预计至2016年，这一比例将超过一半，2020年将超过80%。但他认为永远不可能达到100%，因为快速且廉价地打印样品仍然是3D打印众多用途里重要的组成部分。
一次性的样品制作成本有可能出奇的高，但3D打印机可大幅降低成本。现在许多消费品、机械零件、鞋子和建筑模型在进一步开发前以3D打印的形式，供工程师，设计师和客户评估效果。任何的改动可在几个小时后或一夜之间重新打印出来，而不用花上几周时间等着工厂把新模型制造出来。有些设计师已在使用塑料和尼龙材料“打印”出现成的鞋和衣服。荷兰时装设计师爱丽丝·范·赫培大连搬家纸箱Iris van Herpen大连搬家纸箱则设计出令人耳目一新的3D时装系列并走向T台。至今尚无人能打印出皮革，但科学家们正在想办法攻克这一难关。 叠加工艺中几乎没办法以大规模生产获得经济效益，因而这一技术对于小批量生产来说是“天作之合”。它也适用于大规模定制成品。目前成千上万的牙冠和助听器外壳就是用3D打印机量身定制的。 摆脱了传统工厂束缚的叠加工艺可让设计师生产出一些以前被认为制作起来太复杂而不经济的产品。这种技术可满足审美需求，但工程师们也发现了其实际应用价值。例如，液体流经弧形通道比通过尖形拐角时更流畅，但是用传统的方法在固体金属结构中造一个弧形通道则难于登天，而这对于3D打印机来说不过是小菜一碟。3T RPD是一家提供叠加工艺服务的英国公司，他们为赛车“打印”了一种变速箱，这种变速箱输送液压油的内部通道很平滑，取代了用钻机钻出的直角弯道。该公司首席执行官伊恩·哈利迪大连搬家纸箱Ian Halliday大连搬家纸箱表示，这种变速箱不仅换挡更快，而且重量减轻了30%。基于类似原因，波音公司大连搬家纸箱Boeing大连搬家纸箱F-18型战斗机上安装了许多诸如通风管“打印”的配件。 减轻重量是3D“打印”出来的零部件的一大魅力。3D打印中，物品是一层一层地浇筑上去的，这就可能做到物尽其用地进行生产。在传统的工厂中，生产物品时需要增加侧翼和支架，以便机器能将物品搬运、研磨、铸模等，还要提供一个平面将零部件用螺栓栓住或焊接在一起。3D打印机有可能打印出整个物品，从而省去了组装这一步。这种打印机甚至可以一次性制作出带有可活动部件的机器。 这会省下一大笔的原料成本。在航空航天业，金属零件常由优质的昂贵的钛固体坯加工而成。这可能意味着90% 的材料被砍削掉，而且这些碎屑对飞机的制造已毫无用处。然而，钛粉可用于“打印”像飞机门上的支架或卫星部件的东西。空客公司大连搬家纸箱Airbus大连搬家纸箱的母公司，欧洲宇航防务集团大连搬家纸箱EADS大连搬家纸箱研究人员指出，这些“打印”出来的部件与机器制造的零件一样结实耐用，但只用去10%的原材料。 强大的电脑软件生成极其复杂的设计，并用3D打印将其转变成实物，催生出一种全新的设计语言。3D打印出的物品常呈现出有机且天然的外观。比利时公司Materialise的副总裁维姆•麦启大连搬家纸箱Wim Michiels大连搬家纸箱说：“大自然创造出了一些非常高效的设计，而模仿自然很多时候是个好主意“。这家公司使用加法工艺生产包括医疗设备在内的一系列产品。例如，在金属植入体中注入健康的、晶格状的天然骨骼内部结构，生产出的产品比机加工品更轻便，强度却不会有任何降低；且更易与病人自身的骨骼接合；而且能按患者的预期设计出精确吻合的产品。去年荷兰的外科医生为一名慢性骨感染的妇女“打印”了一副全新的钛制下巴。 许多公司现正在琢磨叠加工艺对其业务的影响。有些公司十分重视科技，例如通用电器大连搬家纸箱GE大连搬家纸箱正在探索如何将3D打印机应用在所有的业务操作中。该司正在酝酿中的产品为小型的超声扫描仪。此类扫描仪供医生使用以生成人体内部的特写图像，比如说胎儿。成像操纵器的尺寸下降了，重量减轻了，成本也降低了，但是放在人体上进行检测的传感器探针基本上仍原地踏步，而且现在该系统中最昂贵的部分就是传感器探针。探针传送高频声音的脉冲并接收返回的信号，利用回声成像。探针内的微型压电式结构是由一块易碎的陶瓷材料以显微机械加工工艺精心制成的。 现在通用公司已开发出一种加法制造系统用于“打印”传感器。这将大大减少产品成本，并便于开发廉价的新型便携式扫描仪。这些扫描仪不仅适用于医学领域，也可用于检测重要的航空航天业及产业结构中的漏洞。
不知这项技术能有多大作为？通用全球研发中心的埃德戚克先生大连搬家纸箱Mr Idelchik大连搬家纸箱高瞻远瞩：“总有一天我们会“打印”出发动机。” 但是，一些制造商如通用大连搬家纸箱GE大连搬家纸箱和劳斯莱斯大连搬家纸箱Rolls-Royce大连搬家纸箱认为某种混合型打印系统将会面世。该系统会生成形状的大致轮廓，然后被用以精加工，这样一来便节省了材料。 英国的赛宝曼科技公司大连搬家纸箱Cybaman Technologies大连搬家纸箱研制的自动化快速生产系统“复制者大连搬家纸箱Replicator大连搬家纸箱”已十分接近这个目标。“复制者”足有大冰箱那么大，可同时用于叠加工艺和切削工艺。它使用基于激光的沉积系统来确定一个大致形状，这一工序由机器完成。“复制者”也能够反向开发，通过数字扫描放置其内的物体，生成所需的数据以制造出一模一样的复制品，真是名副其实。 “复制者”所使用的现代技术已经很接近科幻小说中的空间传送器。它可扫描某地物体，并告知世界另一端的机器如何生产出复制品。举个例子来说，这意味着急需的备件能够在偏远的地方生产，而不需要运输。这一机器也可化腐朽为神奇，即便是不能再用的零件也可以复制。通过扫描破损的物件，进行虚拟修复之后，便可“打印”出一个全新品。尽管有些书本残缺不齐，再也无法读取，可能的情况是，会出现收集这些不再通用的零部件资料的在线图书馆。就像电子书的兴起意味着书本大概永远不会绝版，各章节总能被保存下来。客服修理工可能会在其货车上放置便携式3D打印机，五金店也或可能提供零部件打印服务。 3D打印机在偏远地区也将起到无可估量的作用。南非约翰尼斯堡大连搬家纸箱Johannesburg大连搬家纸箱附近的瓦尔河科技大学大连搬家纸箱Vaal University of Technology near 大连搬家纸箱的迪恩·德贝尔大连搬家纸箱Deon de Beer大连搬家纸箱教授正在实施一项名为“产品实验室创意”大连搬家纸箱 Idea 2 Product Lab大连搬家纸箱的项目。该项目旨在将低端的3D打印机用于学生培训，并点燃学生对设计和制造的兴趣。该大学的卫星校区之一也设立了一个类似的实验室，这个校区位于北开普省大连搬家纸箱Northern Cape大连搬家纸箱大半是农村地区的乌平顿大连搬家纸箱Upington大连搬家纸箱。实验室成立之初，德贝尔先生的团队发现少了一种特别型号的扁平扳手。他们并没有苦等着符合要求的工具到达后再开工，而是用3D打印机把工具“打印”出来，并如愿以偿完成了工作。 德贝尔先生说，除了打印扳手外，也能“打印”出小塑料部件，可能用于修理当地医院的一件设备或用于修理农用机器。他相信3D打印机能“培养出新生代的机械工程师”，尤其在农村地区更有发展前景。 有些人已在家配置了3D打印机。沃勒斯先生说，工业用的3D打印系统价格从1.5万美元左右起，最贵的要100多万美元。但是，更便宜的桌面3D打印机创造了一个全新的市场大连搬家纸箱见图5大连搬家纸箱。这种市场主要由业余爱好者，喜欢自己组装的发烧友，修补匠，发明家，研究者和企业家组成。有些3D打印系统可成套设制，并可使用开源软件。然而3D打印机的生产巨头也进入了个人消费市场。 生产各种样品和工业机械的三维系统公司现正推出一系列小型的个人3D打印机。这种名为酷比大连搬家纸箱Cube大连搬家纸箱的三维打印机，可生产出诸如玩具，棋子和装饰品等物品。他们也随之创建了同这种打印机配套开发的酷比化大连搬家纸箱Cubify大连搬家纸箱在线平台，能为社群中的用户提供服务。标价1299美元的酷比在打印的时候会将墨盒里五颜六色的薄层材料叠放在一起，就像加工硬塑胶。这种打印机可生产出边长达5.5英寸大连搬家纸箱140毫米大连搬家纸箱的立方体，所有材料的标准成本约为3.50美元。个人用打印机的效果尚无法与工业打印机相媲美，但对于许多人来说已心满意足了。更高质量的创意作品可上传至酷比化的在线打印服务中心。 3D系统公司的首席执行官亚伯• 雷切特勒大连搬家纸箱Abe Reichental大连搬家纸箱说，新产品所涵盖的范围不仅仅是“打印”东西，这也关系到简化产品制造过程，并能让人们利用互联网的力量分享彼此的见解。他说，“这是一场个性化生产的革命”。
3D打印机的工作原理 使用3D打印机就像打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术大连搬家纸箱CAD大连搬家纸箱完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。 堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨”的方式。例如，一家名为Objet的以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。 还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成指定形状。这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。 当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。如今可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。 科学家们正在利用3D打印机制造诸如皮肤、肌肉和血管片段等简单的活体组织，很有可能将有一天我们能够制造出像肾脏、肝脏甚至心脏这样的大型人体器官。如果生物打印机能够使用病人自身的干细胞，那么器官移植后的排异反应将会减少。人们也可以打印食品，比如康奈尔大学的科学家们已经成功打印出了杯形蛋糕。几乎所有人都相信，食品界的杀手级应用将是能够打印巧克力的机器。 |