3D打印:想象力改变生活

国际金属加工网 2017年10月19日

从高大上的前沿技术,到如今渗透到我们衣食住行的各个领域,3D打印带给我们的惊喜总是超出想象。然而3D打印可不仅仅是为作秀而来,在我们的工作生活中它正以更低的成本和更高的效率发挥着更大的作用,甚至有些时候是不可替代的。下面将盘点最新最炫的3D打印应用,希望在大开眼界的同时,能为您的工作生活带来裨益。

医疗服务:打印“身体”带来福音?

有没有想过,有一天人类的手指、小腿、内脏甚至血管都可以3D打印出来?

这并不是危言耸听,科技进步正在让这一设想变成可能,因为3D打印技术正在越来越多地应用到医疗领域,3D生物打印技术开始兴起。目前,全球多个国家的科学家都在致力于研发3D生物打印技术,尝试打印器官、血管、肌肉、细胞等。

不久前,美国加利福尼亚州的生物技术公司ISCO发布消息,称其已经开发出了一款新的生物3D技术,可以显著提高生物打印干细胞的质量和功能。ISCO执行副总裁兼首席科学家Russell Kern透露,这种新的技术打印出来的3D肝组织,可以替代人体的受损肝组织,帮助恢复肝功能。

还有的研究机构已经结合3D打印技术和多光子聚合技术,成功打印出了人造血管。该人造血管可以和人体组织之间实现“沟通”,从而不会产生器官的排斥,且可以生长出类似于肌肉的组织。

更加不可思议的是,来自瑞士苏黎世联邦理工大学的人造心脏团队宣称,成功用3D打印技术造出了一颗柔软的人工心脏。这颗心脏可以自然地跳动半个小时,然后物质就会开始分解。现在研究人员正在改进这一发明。

3D生物打印技术的研发进展,令人期待的同时也催生了担忧。如果这些人造的器官和组织能够成功应用到现代医疗中,那么很多疾病将因此而治愈,无数的人将重新拥有健康。但是如果这些人造器官应用在智能机器人领域,那么未来的机器人将有可能拥有柔软的皮肤、强健的肌肉,以及和人类相同的容貌。这究竟会带来什么?今天的我们不得而知。

飞机制造:身轻如燕任翱翔

随着科学技术的发展,3D打印技术成功应用可谓让人们大开眼界。但是倘若脑洞再略微大一些,把3D打印技术运用到客机航运当中,大众可能又要更新对3D的看法了。2016年6月1日,全球第一架3D打印飞机Thor出现在柏林舍内费尔德机场的国际航空航天博览会空中客车展台。迷你飞机Thor在四周各式各样的巨型喷气式飞机当中显得特别矮小,它也是由空中客车公司出品的全球首架3D打印飞机。

在未来的航空业里,3D打印技术有望节省时间、燃油和资金。“我们用它来试验3D打印技术的潜能界限。”空中客车Thor项目负责人德特列夫·科宁戈斯基说道,“我们想看看能否用3D打印制造整个系统,而不是单个零件,从而加快开发流程。”

信息时代更讲究创新手段与实惠高效并重。3D打印技术已经被空中客车和它的美国冤家波音所使用,这两家公司的巨型客机——空客A350和波音B787梦想飞机——当中均有3D打印零件。据称,打印零件的优势在于无需工具,而且制造极为迅速。同时,生产的金属零件也能比之前轻30%到50%,而且制造过程中几乎没有材料浪费。“这降低了大量的零件制造成本。” 空中客车集团和赛峰集团合资公司首席执行官阿兰·沙姆表示。

节能环保也是3D打印技术的重要使命。更轻的飞机所使用的燃油也就更少,排放的污染物也就更少。德国绿党智库海因里希·伯尔基金会会长拉尔夫·富克斯认为,由于未来20年空中交通量预计将翻番,减少航空行业碳排放的关键在于“相对较短的时间内完成激进的技术创新”。

服装设计:感觉穿了一件假衣服

随着3D打印技术的成熟,人们想要自己打印一件衣服的想法出现了。3D打印出来的衣服到底什么样?

日前,一件名为“穿山甲”的生物模拟系列时装亮相,为了制作这件衣服,10台打印机同时开启打印了500个小时,之后还进行了长时间的组装。然而当人们看到3D打印的服装时,未免有些失望,感觉模特穿了件假衣服。3D打印材料比一般的服装织物要坚硬得多,所以服装的舒适性并不高。

不过,在运动服装等领域,3D打印似乎取得了更大的成功。阿迪达斯正在用3D打印技术来制作高性能的衬垫和鞋底,耐克宣布与惠普结成合作伙伴关系,深化在3D打印上的合作,越来越多的鞋业零售商家正在试图利用3D技术生产出高精尖的鞋子,例如阿迪达斯研发的一款基于3D打印技术的概念鞋,根据用户在门店的跑步机里留下跑步数据,就可以为用户定制一双穿着舒适的跑步鞋。尽管打印一双属于自己的鞋子非常炫酷,但是价格也不菲,不过对于有着更高需求的专业运动员来说,完全可以利用3D打印技术来定制一双独一无二的、个性化的鞋子,不但适合脚型还符合自己的运动方式。

尽管目前,3D打印出来的服装依然看起来有些奇怪,穿着舒适度也有待加强,但是3D打印在服装领域的应用可以减少制造中的材料浪费,降低昂贵的模具费用;尤其重要的是,3D打印技术能够根据用户身体的精确形状、尺寸和支撑需求来进行量身定制,对于从事游泳、体操、跑步的运动员,或是有着特殊需求的用户来说,则是不二良选。

房屋建造:罗马可以一天建成

居者有其屋,是大家共同的梦想。然而在人口众多、土地稀缺的现代都市里,面对高企的房价,住房成为很多人一生最大的追求。如何更好地解决住房问题?各种奇思妙想不断涌现,从土地供应,从房屋制造成本,从节能环保等方面,人们的脑洞大开。其中有一种技术成功吸引了大家的注意,那就是3D打印房屋技术。

两层精装别墅,三小时建成?对于这个问题,大多数人表示怀疑,但这栋由3D打印的模块新材料别墅的确在古城西安现身,建造方在三个小时完成了别墅的搭建。虽然建造方有造势的噱头,其90%的建房工序已经在工厂完成,现场只是对这些模块进行拼接、组装、搭建,但是即便从材料选取到用3D技术打印完所需模块,也只需要十几天,且成本只在数千元人民币这个区间,无论从时间还是金钱来说,成本比传统别墅建造都大大降低了。

最近,在法国,其第一座3D打印民用住房也出现在公众视野里。号称3天完工6天入驻的这所房屋共5个房间95平方米。该项目运用了一种新型专利技术——BatiPrint3D,进行施工的是一条长约4米、由激光系统引导的机器人手臂,它使用聚合物绝缘体打印出结构墙壁的三层结构,分别是模板层、绝缘层和结构层。模板层和绝缘层都由泡沫状的材料组成,结构层是特殊的3D打印混凝土层,结构层最终被放置于模板层和绝缘层之间。这种技术不仅比传统建筑技术造价便宜,更能使机器手臂与设计师深度配合,打印出形状更多的建筑空间,更重要的是,大大缩短了房屋建造时间。

3D打印房屋的优势显而易见,快速、低成本、定制化等是其显著的标签。然而土地供应、人们的接受程度、房屋监管等问题还是其无可回避的客观现实,但无论如何,3D打印应用于房屋建造为解决住房问题提供了一种另类的可能,我们要做的只是乐观其成。

家具电器:结构与工艺实现大跨越

想要造型更别致的设计?想要更符合人体工程学的沙发构造?想要根据自己的使用习惯定制个性化的家具摆件?那请等待数个月之久吧。在以前,很多有复杂设计和工艺的家具电器需要很长的制造时间、更多的人力和更昂贵的成本,但是这一切在3D打印技术逐步成熟之后已经不复存在。

3D打印让很多以前不可能完成的设计成为现实。特别是对花瓶、雕塑、饰品等装饰类的用品而言,3D打印天马行空的设计和实现能力让很多“mission impossible”轻松完成。卫浴领先品牌“美标”就用3D打印技术制作了一款水龙头DXV,使用了直接金属激光烧结SLS,这种工艺令设计师能够将水路隐蔽成一个看起来仅仅起到装饰作用的精细结构,让水流形成一种天然瀑布的形态。而这种结合实用性与美学的作品在之前是很难完成的。

当然,3D打印不仅可以用于新产品的设计,在破损家具的利旧翻新上更是如鱼得水。家具的把手或是其他小部件部分损坏很难配到完美的原件,让人头疼。但是宜家公司就利用3D打印实现其家居用件的3D打印化,直接填补用户家具上丢失或损坏的部分。宜家公司将这些需要打印的3D部件文件发送到用户手上,用户找到3D打印机直接打印出来即可修复,省时省钱还环保。

事实上,不光是传统的家具能使用3D打印技术,家用电器也可以借助它实现更高的性价比。早在20年前,家电巨头海尔就率先在中国家电行业利用3D打印技术直接制作零部件模型,为家电新产品研发提供服务。3D打印技术能够有效缩短新产品研发周期,降低研发成本,而且大大提高研发的成功率。目前,3D打印技术已经满足了家用电器功能实现与结构设计的全面需求,用户可以自由选择家电的颜色、款式、性能、结构等,甚至把自己的喜好元素打印到电器上,满足个性化、高端化、定制化的各种需求。

美食烹饪:厨艺要靠想象

“吃”是人们永恒的话题之一,3D打印机的出现似乎让“吃”变得更有意思了,糖果、巧克力、饼干、冰激凌……当这些都可以通过3D打印出来时,食品制作又有了新的想象空间。

当前的食品3D打印机,很多采用的都是挤出原理,即把膏状的食材通过喷头挤出,然后根据预先输入的3D数字模型绘制出需要的形状。这种挤出式食品有自己的优点,造型可以更加自由,热量分配可控。这不但可以让食物更为有趣和诱人,而且能很好地满足某些人群的饮食需求。有人甚至预言,在未来,食品3D打印机将能够精确控制食物的营养成分分布,还能与手机等设备相连接,从而令厨房变得更加智能化。

不过,这种挤出方式只适用于巧克力、奶油等流状食品,对于需要进一步加工的食品就不适合了。对于比萨等食品,可以通过挤出面酱等原材料打印出一整张比萨,但由于成品是生材料,还需要通过烘培等手段才能最终完成。于是,有人正在开发集成烹饪功能的新型食品3D打印机,比如能像烤箱一样烘培,如此一来,食物在打印完成后很快就能食用了。此外,当前的食品3D打印机还有一个痛点就是操作不够简单,用户需要自己准备和装填食材,还需要面对有可能出现的故障。这些不但没能简化烹饪,反而令其更繁琐了。针对此问题,目前,已有公司与一些食品制造商和零售商合作,生产食材胶囊,让消费者可以使用预先准备好的食材胶囊进行简便操作。

3D食品打印目前来看还难以进入千家万户,需要解决的问题也很多,但是这个行业前景可观。不论是年轻人追求新奇还是老年人或患有某种疾病的人对食品有特别的要求,人们对于食品的特殊需求是存在的。简而言之,随着科技发展,3D食品打印会满足人们更多的要求,其深层次的价值也会逐步得到挖掘。


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