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目前世界上最小最快3D打印机,已成功打印一辆F1赛车

3D打印汽车Urbee采用汽油和电力混合发动机,是世界上最环保的汽车之一。

英国南安普敦大学制造的世界上第一架“3D打印”飞机

  最近,“三维(3D)打印”一词持续升温,不断涌向各大IT门户网站,欧美国家更有专家认为这项技术代表着制造业发展的新趋势。美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”,英国《经济学人》杂志则认为它将与其他数字化生产模式一起推动实现新的工业革命。从实际应用上来说,用3D打印技术进行机械制造已经成为激动人心的现实。实际上,16名比利时工程师近日就利用3D打印机制造了一辆全尺寸赛车,并完成测试。

  新型技术 幻象成真

  美国科幻作家罗伯特·希克利曾经描写过关于“万能制造机”的场景。这是一台奇特的大机器,机身上杂乱地安装着刻度盘、小灯和各种指示表。故事的主角之一阿诺尔德站在机器前,按下按钮,对它响亮而清楚地说:“我要硬铝螺帽,直径为4英寸。”接到指令,机器发出低沉的轰鸣声,灯光闪烁,闸板缓缓打开,眼前赫然出现了一颗闪光发亮已经制好的螺帽。

  也许罗伯特没有想到如今一台3D打印机已经将他书中的幻境变为现实,那么什么是3D打印机呢?我们日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品,而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料,打印机与电脑连接后,通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说,3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备,比如打印一个机器人、打印玩具车,打印各种模型,甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

  据华中科技大学材料科学与工程学院副院长史玉升介绍说,这项立体打印技术出现于上世纪90年代的美国,当时命名为快速制造技术。其实“3D打印”是通俗叫法,学术名称为快速成型技术,也称为增材制造技术,是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状,根据零件或物体的三维模型数据,通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。

  前景广阔 问题犹存

  在3D打印技术可以打印器官、汽车、飞机的今天,它还在创造无限的可能。著名的《经济学人》最近描述了3D打印技术的前景是一种新型的生产方式,能够促成新的工业革命。史玉升也表示说:“3D打印技术将来会促进传统的设计和制造模式,只是如今还没有大范围的推广和应用。随着3D打印技术的成熟和社会的发展,制造业的跨越式发展指日可待。”那么业内人士缘何如此看好3D打印技术?

  首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。史玉升介绍说:“过去传统的制造方法就是一个毛坯,把不需要的地方切除掉,是多维加工的,或者采用磨具,把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件,这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势,立体打印技术可以打印非常复杂的东西。”其次实现了首件的净型成形,这样后期辅助加工量大大减小,避免了委外加工的数据泄密和时间跨度,尤其适合一些高保密性的行业,如军工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少,使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低,特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。

  这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流,并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业,3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的,结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。

  伴随着3D打印技术繁荣的背后,其本身仍然存在一些问题。国务院学位委员会李德群认为这种技术目前还局限于在试制阶段,目前的应用领域还不够广阔,要勇于尝试在高端的国防领域方面的应用。除此之外,李德群也指出其“打印材料”十分有限。

  成就显赫 仍待发展

  美国的3D打印技术起步较早,目前这项技术在美国已经产业化,目前全球的两家3D打印机制造巨头,分别是Stratasys和3D Systems,均在美国纳斯达克上市。近日,美国国家增材制造创新学会开始投入了7000万美元,希望能把3D打印技术推广到过去未曾涉足的新领域。其他国家也加紧研究3D打印技术的步伐,并取得了巨大的成果。

  今年1月份,华中科技大学材料科学与工程学院副院长史玉升带领的团队成功研制出世界上最大的3D立体打印机,并且凭借这一研究成果入选两院院士评选的“2011年中国十大科技进展”。这一3D打印机的工作面远远超过德国、美国等公司同类产品,使得我国在快速制造领域达到世界领先水平。

  科技部国家制造业资讯化培训中心三维数字化技术认证培训管理办公室(3D办)主任鲁君尚也在采访中表示,美国在科研方面仍然居于领先地位,但我国的西安交大、清华大学等也有着顶尖的实力,“只是在商业化层面不如美国的公司做得那么强。”

  目前为止我国虽然在3D打印的市场上已经有不少嗅觉敏锐的掘金者,并且这个群体正在不断扩大。但是我国仍然没有形成3D打印的产业链,也并非3D打印技术的主市场。2011年,以全球主要国家3D打印设备的装机比例来说,我国3D打印设备的装机量,仅占全球的9%。在我国,由于3D打印机昂贵的价格,所以企业成为主要购买目标。但即使对于企业来说,这个价格也足够昂贵。上海工业设计协会秘书长王日华表示,价格是制约国内企业的最主要因素之一,“更重要的是,企业看中设计、对新产品模型快速更新的需求还不是很迫切,有些还在不断压低设计成本等。”所以3D打印技术要成为主流的生产制造技术还尚需时日。