2013-06-14 08:50:00 來源:中華工商時(shí)報(bào)
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3D打印或顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)
未來某一天您或許會住著打印出來的房子，乘坐打印出來的飛機(jī)環(huán)球旅游，駕駛著打印出來的汽車走南闖北，吃著打印出來的面包，使用打印出來的工具，駕駛著打印出來的宇宙飛船探索太空……所有這一切，都將有賴于3D打印技術(shù)在制造業(yè)的廣泛運(yùn)用。
3D打印技術(shù)對于推動工業(yè)產(chǎn)業(yè)尤其是制造業(yè)的進(jìn)步有特別意義。未來制造業(yè)也許不再采用工廠這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，如果這種方式得到廣泛的運(yùn)用，那么每個(gè)人都可以是一家工廠。
3D打印不僅將改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蜕a(chǎn)方式，還將改變?nèi)藗兊乃季S方式。
從畢昇發(fā)明活字印刷，到平面噴墨打印，再到現(xiàn)代3D立體打印，印刷和打印技術(shù)已完成了由簡單的文字信息傳遞，向以數(shù)字信息化為基礎(chǔ)通過逐層立體打印方式構(gòu)造物體的飛躍。簡單地說，打印技術(shù)已被運(yùn)用于制造業(yè)。在日前舉辦的"2013年世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會"上，這項(xiàng)技術(shù)得以全面展示。
人們在享受先進(jìn)技術(shù)時(shí)從不忘記天才的發(fā)明家。受今年北京高考作文題啟發(fā)，人們也許會聯(lián)想"畢昇如何看待3D打印？"因?yàn)楫厱N發(fā)明活字印刷時(shí)肯定做夢都想不到小到細(xì)胞、牙齒、骨骼、甚至我們自身，大到房屋、汽車、飛機(jī)等等，都能在瞬間打印成型，而這一切在如今都已成為現(xiàn)實(shí)。這就是現(xiàn)代3D打印技術(shù)。用專家的話說，這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用的是一個(gè)十分前衛(wèi)的概念"所見即所得"，而如果將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)，那么這個(gè)概念即刻升級為"所想即所得"。
如果您覺得對3D打印難以想象和理解，那么可以觀看一部叫《十二生肖》的電影，片中成龍戴著光學(xué)傳感手套觸摸獸首，將收集到的三維數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)瞬時(shí)傳回本部，本部根據(jù)這些數(shù)據(jù)同步打印復(fù)制出完全一樣的獸首，其實(shí)就是3D打印技術(shù)的再現(xiàn)。而在"2013年世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會"上，工作人員還演示了對真人的打印--通過360度數(shù)碼攝像將人的三維數(shù)據(jù)傳入電腦，然后準(zhǔn)確完整地打印出按比例縮小的人的立體形象。
人未出生即被打印
這種工藝到底怎么實(shí)現(xiàn)呢？在"2013年世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會"上，現(xiàn)場工作人員解釋道，首先將數(shù)碼攝像收集到的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)軟件并建立三維立體模型，然后根據(jù)模型對內(nèi)部材料進(jìn)行處理和定義，最后通過噴涂控制一層層成形。它的原理是在結(jié)構(gòu)空間和材料空間里實(shí)現(xiàn)色彩和結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和結(jié)構(gòu)之間的一一對應(yīng)關(guān)系，再從材質(zhì)及色彩到每一個(gè)噴頭之間的一一對應(yīng)。而每個(gè)噴頭有一千多個(gè)噴嘴，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)開關(guān)，從而實(shí)行精確的打印。
參會嘉賓、中國工程院院士徐志磊認(rèn)為3D打印是"第三次工業(yè)革命重要環(huán)節(jié)之一"。他形象地比喻道：3D打印可以按照設(shè)計(jì)好的三維模型將牛罐頭打印成一頭整牛，也能將一頭整牛打印成牛罐頭。這好像是笑話，但是一種有可能實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢。而實(shí)際上，3D打印技術(shù)已被實(shí)實(shí)在在地運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，"3D正在打印我們的生活。"
比如，日本的一家診所宣稱自近日起開始提供一項(xiàng)新服務(wù)--利用3D打印機(jī)制作胎兒模型，使準(zhǔn)父母們提前數(shù)月將自己的孩子"捧在手中"。該家診所利用"生物紋理技術(shù)"和核磁共振成像(MRI)掃描儀，為準(zhǔn)媽媽腹中的子宮和胎兒制作3D模型，然后用3D打印機(jī)將其打印出來。待產(chǎn)孕婦稱在寶寶出生之前看到他們的樣子并把他們捧在手里，感覺很不錯(cuò)……而在生產(chǎn)之后，媽媽們?nèi)韵矚g觀看這個(gè)模型，并回想自己懷孕時(shí)的感受。
而在此次展會上，南京紫金立德公司展示了使用3D打印機(jī)打印假牙、骨骼的模具，這種模具的精度為0.1毫米。總經(jīng)理助理蔡忠國說，病人骨折了，醫(yī)院可以先對病人的骨折部位掃描做成3D模具，然后就能做出骨骼的模型。醫(yī)生可以先利用這些和病人身體部位一模一樣的模型進(jìn)行模擬手術(shù)，保證真正手術(shù)的時(shí)候順利完成。另外，現(xiàn)在已經(jīng)有激光3D打印機(jī)能直接打印出金屬假牙，烤瓷后就能安在口腔里了。過去，人們都是使用一種膠狀物先按在口腔內(nèi)套取假牙的形狀，然后再做成假牙。而3D打印出來的假牙，最大的好處就是精度高，不用事后一遍遍打磨，能減輕安裝假牙人的痛苦。
對于3D打印技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的運(yùn)用，美國3Dstratasys公司中國區(qū)總經(jīng)理汪祥艮的一段話作了很好的詮釋："3D打印如同一個(gè)能工巧匠，能夠?qū)⒛悴还苡卸鄰?fù)雜的設(shè)計(jì)方案變成你手上真實(shí)的東西，讓你感受它、觸摸它，這就是3D打印真正的魅力所在。
生物打印能夠救命
不僅在外科醫(yī)學(xué)上，而且在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也得以廣泛運(yùn)用。參會嘉賓、杭州電子科技大學(xué)生物制造研究所教授徐銘恩指出：生物3D打印是3D打印技術(shù)研究最前沿領(lǐng)域。
所謂"生物3D打印"即細(xì)胞打印。徐銘恩講解并展示了用生物高分子材料進(jìn)行細(xì)胞3D打印的技術(shù)(Cell Printing)，其技術(shù)原理是將細(xì)胞打印在一層一層的特殊熱敏材料上，打印完之后將材料疊加起來就得到所需要的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，這些細(xì)胞會自發(fā)地遷移、擴(kuò)散、自組織，重新形成了一個(gè)器官。他展示了用3D技術(shù)打印出的細(xì)胞軟骨組織以及皮膚組織。目前，包括清華大學(xué)、美國Clemson大學(xué)等等許多大學(xué)都是這方面的先驅(qū)者。除打印人工的組織器官外，細(xì)胞3D打印技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域也得到了非常廣泛的應(yīng)用。
生物3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景特別巨大，其所具有的快速性、準(zhǔn)確性及擅長制作復(fù)雜形狀實(shí)體的特性使它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。每個(gè)人的身體構(gòu)造、病理狀況都存在特殊性和差異化，當(dāng)3D打印與醫(yī)學(xué)影像建模、與仿真技術(shù)結(jié)合之后，就能夠在人工假體、植入體、人工組織器官的制造方面產(chǎn)生巨大的推動效應(yīng)。
對于3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，參會嘉賓、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長周功耀作了深入的闡釋：用生物高分子材料打印出的細(xì)胞，能和人體匹配融合，不會產(chǎn)生副作用、反作用?，F(xiàn)在人體的各個(gè)器官，包括心臟、肝、肺、耳朵、膀胱、脊椎等等，都可以應(yīng)用3D技術(shù)打印出來。數(shù)月前，在康奈爾大學(xué)打印出了人耳，形狀和真耳完全一樣，并在接受組織液以后成活安裝到病人身上。這項(xiàng)技術(shù)可以為許多患有先天性耳病的人進(jìn)行修復(fù)。
前不久一個(gè)小孩得了一種怪病，他的呼吸管道發(fā)生軟化完全沒了支撐力，堵住了，生命垂危。醫(yī)生求助于3D打印技術(shù)，用生物高分子材料制作出一根呼吸管植入他的器官，挽救了小孩的生命。
促成第三次工業(yè)革命
3D打印我們的生活。想象一下吧：未來某一天您會住著打印出來的房子，乘坐打印出來的飛機(jī)環(huán)球旅游，駕駛著打印出來的汽車走南闖北，吃著打印出來的面包，使用打印出來的工具……未來人類還將駕駛著打印出來的宇宙飛船探索太空……而所有這一切都將有賴于3D打印技術(shù)在制造業(yè)的廣泛運(yùn)用。
3D打印技術(shù)正在打印奇跡。英國人打印出了世界上一輛超音速汽車，該汽車時(shí)速超過1000英里，比當(dāng)今最快的汽車還快31%，可以在一眨眼的工夫?qū)⑺俣冗_(dá)到150米，比子彈還快。而世界上第一輛"3D打印汽車"早于2011年9月在加拿大亮相，該車命名為Urbee，是一輛三輪、雙座混合動力車。它使用電池和汽油作為動力。雖然單缸發(fā)動機(jī)制動功率只有8馬力，但由于其小巧輕便，最高時(shí)速可達(dá)112公里。
既然3D打印技術(shù)具有如此神奇的實(shí)用價(jià)值，那么這項(xiàng)技術(shù)對于推動工業(yè)產(chǎn)業(yè)，尤其是制造業(yè)的進(jìn)步有何意義？徐志磊院士作了更為透徹的描述--這是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成第三次工業(yè)革命。
與前兩次工業(yè)革命相比，在3D打印技術(shù)得到廣泛運(yùn)用的情況下，現(xiàn)代制造業(yè)也許不再運(yùn)用工廠這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，而轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以3D打印機(jī)為基礎(chǔ)的，更加靈活、所需要投入更少的生產(chǎn)方式。這種趨勢被稱之為"社會化制造(Social Manufacturing)"，當(dāng)這種方式得到廣泛的運(yùn)用，那么每個(gè)人都可以是一家工廠。
從事著建筑和設(shè)計(jì)行業(yè)的人，對3D打印技術(shù)其實(shí)并不陌生，因?yàn)樗麄兘?jīng)常需要用到一種叫"快速成型"的技術(shù)，將設(shè)計(jì)的原型制作出來展示給客戶看。從前這種原型的制作非常麻煩，因?yàn)楣S首先需要制作一個(gè)模具，然后把原料澆鑄在里面，這樣才能把原型制作出來。而模具的生產(chǎn)和改進(jìn)就往往需要投入大量成本，且在產(chǎn)品定型后就失去利用價(jià)值了。但當(dāng)工廠制作完成之后，模具就變得沒有用處--這種生產(chǎn)方式浪費(fèi)原料，生產(chǎn)成本自然比較高，所需要的生產(chǎn)周期自然也比較長。
與這種先制作模具，然后才能把設(shè)計(jì)原型制作出來的生產(chǎn)方式相比，3D打印機(jī)擁有相當(dāng)?shù)膬?yōu)異性，它能夠一次性、直接地把客戶所需要的設(shè)計(jì)原型給制作出來。由于無需經(jīng)過制作模具這一步驟，客戶能夠節(jié)約時(shí)間，工廠能夠節(jié)約成本，同時(shí)所制作出來的物體，也將和設(shè)計(jì)圖紙一樣，能夠更加精確。原因在于，3D打印機(jī)能夠直接將物體"打印"出來--首先人們能夠通過電腦創(chuàng)建一個(gè)三維設(shè)計(jì)圖，然后打印機(jī)對這個(gè)立體原型進(jìn)行"切片"，分成一層一層的，然后打印機(jī)開始工作，將原材料按照設(shè)計(jì)圖一層又一層的疊加上去，直到最終成型。
打印更多創(chuàng)意
參會嘉賓、美國3DSystems公司執(zhí)行副總裁Michele Marchesan認(rèn)為，3D打印不僅將改變?nèi)藗兊纳罘绞?，還將改變?nèi)藗儗W(xué)習(xí)方式，甚至是思維方式。在3D打印技術(shù)的幫助下，人們將更加熱衷于從事富有創(chuàng)意的工作。英國ChocEdge公司創(chuàng)始人和技術(shù)總監(jiān)郝亮指出，3D打印給我們帶來很多自由空間來做富有創(chuàng)意的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品由于吸收了大量創(chuàng)意，因?yàn)榭梢猿蔀橐粋€(gè)高附加值的產(chǎn)品。
文化創(chuàng)意領(lǐng)域是結(jié)合文物和高端藝術(shù)衍生品的應(yīng)用，具有以下特點(diǎn)：獨(dú)創(chuàng)性，作為文物和高端藝術(shù)品，它是沒有現(xiàn)成模板的，是靠藝術(shù)大師的構(gòu)思創(chuàng)作實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)過程耗時(shí)非常長、品質(zhì)很高、具備獨(dú)特性，通常造型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計(jì)超乎常規(guī)；獨(dú)有性，這樣的作品僅此一件，獨(dú)一無二，不可再生，而且通常以收藏品的形式出現(xiàn)，大眾很難接觸到這些高端的文物和藝術(shù)品，只能通過一些媒體的照片看到，無法近距離接觸和感受。但是3D打印技術(shù)和三維描述技術(shù)卻給我們欣賞的可能性，通過三維描述技術(shù)和3D打印技術(shù)能夠讓文物和藝術(shù)品的生命得到延續(xù)和擴(kuò)展，讓藝術(shù)之美惠及大眾。
2011年西安世園會有個(gè)文創(chuàng)項(xiàng)目，希望通過現(xiàn)代技術(shù)把古代具有標(biāo)志性的一些雕塑，以一種新的表達(dá)方式再現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員將大漢16品雕塑通過3D打印和三維掃描按照微縮比例進(jìn)行高仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)。獲取模型之后，通過對數(shù)據(jù)的編輯處理，使其成為符合3D打印應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型，然后再通過高精度的3D打印機(jī)打印出一比一的琉璃模型，之后再跟傳統(tǒng)工藝的大師合作，應(yīng)用各種制造手段將這個(gè)藝術(shù)品以不同的材質(zhì)和形式再現(xiàn)。對成品進(jìn)行全磁針檢測顯示，精度誤差非常的小。
降低創(chuàng)業(yè)門檻
3D打印技術(shù)的發(fā)展日新月異，權(quán)威人士給予了高度關(guān)注和評價(jià)。全國政協(xié)經(jīng)濟(jì)委副主任、原工信部部長李毅中認(rèn)為，3D打印技術(shù)是新一代信息技術(shù)和新材料的完美結(jié)合，是數(shù)字制造技術(shù)的重要形式，目前在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)、汽車制造業(yè)、生物醫(yī)學(xué)以及個(gè)性化消費(fèi)品等領(lǐng)域都有商業(yè)化的應(yīng)用，大大提高了制造的效率、精度，節(jié)材節(jié)能，是制造技術(shù)的一次革命。3D打印技術(shù)用于優(yōu)化新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)，可以有效地縮短新產(chǎn)品研發(fā)的周期，提升研發(fā)的成功率。3D打印技術(shù)的應(yīng)用還改變了現(xiàn)有的生產(chǎn)模式和商業(yè)模式，區(qū)別于集中大規(guī)模的生產(chǎn)制造，變?yōu)樯鐣稚⑹降闹圃?，遍布分散的小微企業(yè)，甚至讓個(gè)體勞動者承擔(dān)眾多的零部件元器件的加工，與整機(jī)組裝相配套，形成了上下關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)群。第十一屆全國政協(xié)副主席張梅穎認(rèn)為，3D打印技術(shù)是一項(xiàng)非常先進(jìn)的前沿技術(shù)，是對傳統(tǒng)制造技術(shù)的一次重要革命，其優(yōu)勢還在于讓普通人的一個(gè)小想法也能快速創(chuàng)業(yè)，降低了制造業(yè)門檻，為以創(chuàng)業(yè)帶動就業(yè)提供了平臺。
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