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一代传奇:详述全球3D打印产业历史!

2016-9-21 10:14 | 发布者:Ray 阅读(286) 评论: 0 linsmith

导读:  3D打印技 术是以数字化、人工智能化及新型材料应用为特征的生产制造方式,被称为是第三次工业革命的标志。它改变了传统的工业生产制造模式,通过将PLA、ABS或 者金属材料等通过加热、融化之后,再通过层层构建叠 ...
  3D打印技 术是以数字化、人工智能化及新型材料应用为特征的生产制造方式,被称为是第三次工业革命的标志。它改变了传统的工业生产制造模式,通过将PLA、ABS或 者金属材料等通过加热、融化之后,再通过层层构建叠加的方式,在很短的时间内就将产品打印制造出来,其特点是打印时间短,成本低,产品千变万化。特别一些 结构复杂的高精尖产品,其优势更加突出。3D打印技术应用领域十分广泛,包括产品设计、科学研究、建筑、医疗、制造业、航天、珠宝首饰、个性化饰品等方面将发挥越来越大的作用。

  3D打印突然大热,令我们以为它是横空出世的新技术。其实,任何新奇技术都不是一蹴而就的。3D打印从正式出现到现在较为广泛的应用,已经有将近30年的历史了。所以习惯上把它称作“上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场”。
  3D打印技术的核心制造思想最早起源于19世纪末的美国,到20世纪80年代后期3D打印技术发展成熟并被广泛应用。1892年, 美国登记了一项采用层合方法制作三维地图模型的专利技术。1860年,法国人FranoisWillème申请到了多照相机实体雕塑 (Photosculpture)的专利。1979年,日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法。1980年,日本人小玉秀男又提 出了光造型法。虽然日本人研究出3D打印的一些方法,但是此后20多年的时间里,把这些科学方法转化为实际用途的都是美国人。
  最早从事商业性3D打印制造技术的是美国发明家查尔斯·赫尔。1986年,查尔斯离开了原来为之工作的紫外光产品公司,成立一家名 为“3D系统”的公司,开始专注发展3D打印技术。这是世界上第一家生产3D打印设备的公司,而它所采用的技术当时被称为“立体光刻”,是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。1988年,查尔斯生产出世界上首台以立体光刻技术为基础的3D打印机SLA-250,体型非常庞大。
  1988年,美国人斯科特·克朗普发明了一种新的3D打印技术——熔融沉积成型。该工艺适合于产品的概念建模及形状和功能测试,不 适合制造大型零件。1989年,美国人德卡德发明了选择性激光烧结技术,这种技术的特点是选材范围广泛,比如尼龙、腊、ABS、金属和陶瓷粉末等都可以作 为原材料。1992年,美国人赫利塞思发明层片叠加制造技术。
  在1995年之前,还没有3D打印这个名称,那时比较为研究领域所接受的名称是“快速成型”。1995年,美国麻省理工学院的两名大四学生吉姆和蒂姆的毕业论文选题是便捷的快速成型技术。两人经过多次讨论和探索,结果想到利用当时已经普及的喷墨打 印机。他们把打印机墨盒里面的墨水替换成胶水,用喷射出来的胶水来粘接粉末床上的粉末,结果可以打印出一些立体的物品。他们兴奋地将这种打印方法称作3D 打印(3DPrinting),将他们改装的打印机称作3d打印机。此后,3D打印一词慢慢流行,所有的快速成型技术都归到3D打印的麾下。
  正如200多年前,瓦特发明了蒸汽机,拉开了近代工业革命的序幕一样,许多人也认为3D打印也能引发一场工业革命,甚至其本身就是 第三次工业革命。但是我们不要忽略就是并不是蒸汽机引发了近代工业革命,而是它使机械动力驱动成为主流的社会理念和主要的开发手段这一理念引发了第二次工 业革命,因此3D打印也不会成为第三次工业革命,它要促生新的产业革命,必须通过诱发新的人类理念转化来实现。
  我国的3D立体打印技术研究起步并不算晚,大致在1999年,即美国解密其3D激光打印研发计划之后三年多,中国就开始了相关的研 发。大体上讲,中国起步的时间比美国晚了十五年,但进步非常显著,在某些领域的确超越了美国。冷静地审视我国3D打印行业,形势并非某些文章讲的那么乐 观。目前我国从事3D打印研发的企业和科研院所,加起来不过二三十家,综合实力也都不怎么强。除了钛合金大尺度构件我们傲视群雄之外,其他领域还真没有什 么可自豪的。我国在传统的精密机械、重型机械制造方面因为材料和加工工艺等问题,制造出的产品质量别说比不上德日,甚至有些还不如韩国、西班牙之类的国 家,这是急需利用3D打印技术追赶与突破的方面。而3D打印只是解决了快速成型问题,而材料本身的特性则是需要攻关解决的。
  抛开专业性的问题,其实3D打印在潜移默化过程中影响着我们的生活。
  麻烦制造者
  世界第一支3D打印gun已经在美国德州奥斯丁试射成功。在此之前许多人不将3D打印当一回事,但是这个创造着实扇了他们一巴掌。 从技术上讲,这把gun除了子弹外的其他部件几乎由3D打印机制造,工作的基本原理与普通抢支无异。制作这把gun的这个美国民间团体先用3D打印将 gun的部件制造出来,在组装在一起。
  医学神器
  3D打印技术自数十年前从军方“快速成型”技术进化诞生以来,医学是其最能大显神通的一个高地。依靠3D打印技术的“直接数字化制造”,许多病人跳出传统器官移植的漫长周期。或许在不知不觉中,你就接触到了这种看似高端的科技。
  在最近的江西联体女婴的案例中,复旦大学附属儿科医院在全国首次使用3D打印技术,等比例地还原了患儿臀部联体的脊柱、皮肤融合的 情况,直观地展现了患儿骨性连接和皮肤连接的部位和程度,可以虚拟地进行术前切割,皮瓣翻转,为手术方案的设计和改进提供了极大的帮助,这在我国儿童医院 联体儿分离中属首次采用3D打印技术来精准地辅助手术操作。
  由于人口老龄化和技术进步等原因,美国脊柱融合手术在这数十年间增加了70%。但是这种手术面临的问题是,传统方法使用的骨移植和金属硬件往往会出现植入物迁移与破损的并发症,而这种并发症往往需要通过另一个手术来修复,从而加大了病人面临的风险。
  使用3D打印制造出了骨小梁结构的精确复制品,该复制品具有纳米结构的特点,可促进病人骨头的愈合和融合。该植入物的生物力学特性 使其可以实现与现有骨骼的内生长,从而可以防止出现再次进行骨移植治疗。德国神经外科医生UweSpetzger教授宣称,一位具有退行性颈椎问题的患者 通过手术接受了3D打印的钛金属融合植入物。这还是历史上首次成功完成此类手术。
  14岁的MyrijamStoetzer和15岁的PaulFoltin,这两位少年创客使用3D打印技术开发出了一种先进而实用 的装置,该装置能够跟踪人的眼球活动并藉此控制轮椅的运动。这两位少年凭借这一发明已经入围欧洲最大的青年科学竞赛Jugendforscht决赛圈。这 两位少年希望他们的发明能够帮助那些身患残疾,甚至是全身瘫痪的病人,使他们仅靠眼睛就能解决一些生活上的简单问题。
  总之,3D打印正在慢慢的深入到医学领域的方方面面。
  考古福音
  一直以来文物古迹的保护始终困扰着考古界,文物作为不可再生资源,一旦毁坏便难以再生。例如西安秦始皇兵马俑,刚出土的兵俑色泽亮 丽,表情栩栩如生,现如今早已失去了刚出土时的风采,风化严重,色泽暗淡如黄泥。21世纪的今天,科技发展速度令人震惊,现在的考古水平远远高于以往,文 物古迹的保护力度也更强。倘若3D打印技术能够“复刻”文物,一定能够弥补不少遗憾。不少关于3D打印文物方面的消息,的确没让人失望。
  随着智慧型数字博物馆的建设,众多博物馆与文物修复工作者,开始利用3D打印与3D扫描技术,使破败不堪的古文物“起死回生”,不 仅修复了文物也让古代文化得以传承。早在好几年前,陕西博物馆已经利用3D打印技术,制作国宝级文物-鹿形金怪兽的仿品。3D打印技术可以在不接触文物的 前提下,通过立体扫描、数据采集、绘画模型打印等一系列步骤,对文物进行修补甚至复刻。这对文物的修缮、鉴定和保存有着很大的意义。
  住房难题、移居月球
  既然3D打印机什么都能打印,那么它可能打印出大规模的建筑吗?世界首座3D打印的房子目前正建于荷兰阿姆斯特丹北部一条运河旁, 配有13个房间;混凝土将只用于提供结构支撑。2014年8月21日,上海,10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付使用,作为当地动迁工程 的办公用房。这些“打印”出来的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”,按照电脑设计的图纸和方案,经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成,10幢小 屋的建筑过程仅花费24小时。


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