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3D打印技术:“可造万物”的制造革命
作者:-- | 录入时间:2014-5-7 | 来源:--南方日报 | 浏览:3964
 
“不远的将来,我们完全可以用计算机把自己想要的东西设计出来,然后进行3D打印,就像我们现在可以编辑电子文档一样,通过电子设计文件或设计蓝图,3D打印技术将把数字信息转化为实体物品。”

  美国人胡迪·利普森和梅尔巴·库曼在《3D打印:从想象到现实》一书中所描述的场景,如今正在佛山大地上逐步上演。这种被称为“几乎可造万物的机器”将为几乎所有产品的制造方式带来革命性变化。

  “只要家里拥有一台电脑和一台3D打印机,就可以直接变成一个小型生产工厂,生产出各种你想要的东西。”佛山市骏铭三维科技有限公司总经理黄海兴说,杯子、鞋子乃至蛋糕、巧克力,甚至自己的身体器件。以上种种,操作者无需任何特殊的生产技能,只需熟悉电脑软件操作即可。

  方兴未艾的应用潮

  刘诗峰说,3D打印机有两大好处,一个是速度快,可以在很短的时间内生产出客户所需要的样品,另一个是精度高,可以精确到0.1毫米,甚至可以直接用来做功能测试。

  一群金发男围着一部机器,时而点头时而摆手,然后走向办公桌和电脑前的工程师交流,屏幕上显示出一只刻有“Special”英文字样的杯子,在前后、上下分别旋转确认无误后,一点击按钮,一旁的机器就响起了富有节奏感的敲打声。慢慢地,一个“真实的”杯子开始成型。

  4月8日到13日,一年一度的米兰国际家具展在意大利如期登场,正在顺德经营一家五金配件制品公司的谭彩琼在展会上见到3D打印神奇的一幕。随后,在现场逗留的时间里,她又分别见证了机器“打印”汽车模型、鞋子等物件。谭彩琼此次参展其中一个目的就是要寻找能降低开新模具费用的技术,而神奇的3D打印技术无疑正中其“下怀”。

  实际上,采用3D打印早已无需远赴海外。在百度地图上输入“佛山3D打印”一词,网页立即显示佛山三家3D打印体验馆地址。位于北滘君兰社区的骏铭国际3D打印商务中心是其中一个。其运营方佛山市骏铭三维科技有限公司(下称骏铭)同时也是广东工业设计城唯一3D打印运营商,专门为园区设计企业提供3D打印的综合服务。

  骏铭总经理黄海兴说,该公司2012年开始从一家信息技术公司转型3D打印机,去年决定进驻设计城,主要看中顺德和佛山的制造业实力,园区聚集很多设计企业,具有很大的市场空间。由于3D打印正处于普及阶段,需要提供相应的配套服务才能吸引客户购买。“比如一个客户要买3D打印设备,首先必须帮他打印,在尝试后觉得可以,他才愿意掏钱购买。”黄海兴说。

  事实上,早在黄海兴到来之前,一批顺德企业就已关注到3D打印并用上了这项新技术。东方麦田是本地一家知名创意设计机构,拥有超过100名不同专业方向的设计师。从2011年底,东方麦田就引入美国进口3D打印机,成为顺德最早一批使用者。

  该机构设计总监刘诗峰说,3D打印机有两大好处,一个是速度快,可以在很短的时间内生产出客户所需要的样品,另一个是精度高,可以精确到0.1毫米,甚至可以直接用来做功能测试。

  无独有偶,顺德区华创精工快速成型科技有限公司也早已开始借助3D打印技术,为区内制造企业提供快速成型服务。该公司销售工程师陈炳权说,快速成型属于先进制造业的范畴,以前只是一个概念,但随着电脑技术、三维扫描的发展,已经进入了一个成熟应用阶段,而3D打印更加速这一进程。

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  被打印出来的房子

  如果采用3D打印技术,研发人员只要在下班前设计好三维模型并启动打印,第二天就可以得到一个完整的模型,无需开模就可以随时随地检验设计是否合理。

  试想一下,采用传统模式研发一个工业产品,仅开模就需要三个月,设计论证1个月,做出手板半个月,整个过程需要大半年,如果是小企业可能要1年以上。这种模式的经济开销也很大,仅开模费用动辄一两万元,即使一个小齿轮大小的模具也需要数千元。如果这些模型不合用,最终只能扔掉。

  但如果采用3D打印技术,研发人员只要在下班前设计好三维模型并启动打印,第二天就可以得到一个完整的模型,无需开模就可以随时随地检验设计是否合理。黄海兴说,目前3D打印的精度已经可以达到0.016毫米级别。这一数据仅为头发丝直径的十分之一甚至更细。

  但将3D打印用于新品研制,只是该技术应用的一个小案例,绝不是全部。

  3D打印机虽然带有机器的称谓,但实际上更是一种生产方法,在学术上被称为增量制造。与传统制造业的“减法”制造不同,这是一种通过层层迭加的方式,将融合材料从3D模型数据制作成实际物体的过程。

  正因为如此,美国总统奥巴马说,3D打印将为几乎所有产品的制造方式带来革命性变化。而在《3D打印:从想象到现实》一书中,3D打印则被称为“一台几乎可造万物的机器”。未来,大到房子小至一个玩具,皆可用3D打印来制造。

  黄海兴说,在国外,耐克、阿迪达斯等企业用3D打印技术“打印”鞋子已不是什么新闻,还有爱好者根据3D打印技术的原理,研发出各种食品打印机,打印出各式各样的蛋糕。

  “我们要用3D打印机打印房子,三年之后万科的建研中心就会用3D打印机打印出一个房子。”近日,万科董事长王石在上海一次论坛上披露万科下一步计划。

  据虎嗅网现场报道,万科是和美国航天局及美国南加州大学合作。其中,美国南加州大学正在推进的“轮廓工艺”3D打印技术项目,其实就是一个超级打印机器人,其外形像一台悬停于建筑物之上的桥式起重机,两边是轨道,而中间的横梁则是“打印头”,横梁可以上下前后移动,进行X轴和Y轴的打印工作,然后一层层地将房子打印出来。这个“机器”工作速度非常快,24小时之内能打印出一栋两层楼高、2500平方英尺,约合232平米的房子。

  就在记者采访3D打印期间,广医口腔医院专家在本月初就宣布,通过在鸵鸟、兔子身上的实验,实现可吸收材料3D打印“人造骨”。据报道打印一个下颌骨只需要半天的时间,这种可吸收材料无毒、无害、生物安全性好,而且不影响发育、生育,可吸收、可再生、可种牙。

  种种迹象均表明,3D打印在国内外正以前有未有的速度被应用到各行各业之中。

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  正在崛起的“创客”一代

  如果考虑互联网的联网作用,世界各地的工厂将会敞开大门,向拥有数字设计和信用卡的普通人提供基于互联网的按需制造服务,让创意新阶层得以进入生产领域

  除了在工业化的应用之外,国内外制造商正大规模推广价格相当低廉的桌面式3D打印机。“只要家庭拥有一台电脑和一个3D打印机,就可以直接变成一个小型工厂。”黄海兴说。桌面型3D打印机可以让每一个人都有可能成为生产者,家里缺什么就打什么。

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  当人们已经可以在自家桌面上制造精密复杂的产品原始模型而无须任何特殊技能时,以规模化、标准化为特点的大工业生产是否还能继续存在下去?这是目前社会各界普遍关注的一个焦点问题。

  “尽管3D打印机的价格在不断下降,但与传统手工制造相比,3D打印的材料比较贵,导致其成本仍然较高。”刘诗峰说,这是影响其大规模应用的一个重要原因。目前,国内3D打印材料主要以ABS塑料为主,售价是以克为单位计算。传统制作产品模型的机器可采用各种材料,价格大约每公斤15到45元,而3D打印机采用高级的树脂材料,一公斤可能高达1000元。以制作一个豆浆机产品为例,按照传统手工制模方式,成本大概在1500到2000元之间;如果采用3D打印方式进行生产,则去到4000元。但从时间成本计算,传统制作要10天,而3D打印则只需2天。“如果客户要求时间较紧,这是一个很好的方式。”刘诗峰说,出于成本考虑,该公司仍会偏向于采用传统制造方式。

  材料是另外一个问题。尽管目前3D打印技术已经扩展到金属、陶瓷等领域,但刘诗峰说,材料的多样性依然不够,部分金属材料如果涉及切割等环节,3D暂时还做不了。黄海兴也告诉记者,在一些软性材料上,比如制作衣服,3D打印暂时还做不了。“又如,虽然市民可以用3D打印打出一个杯子,由于食用材料有具体的标准,这个杯子往往只能用作装饰品,而不能直接用于饮水。”

  与此同时,在使用3D打印之前,首先必须要有一个精密的三维扫描仪,扫描拟打印复制的产品,形成三维的数据,然后进行分析和处理,才能最终成型。“分析处理的过程需要一定的专业知识,不是一下子就能解决的。”刘诗峰说。

  不过,曾来顺德展销自主研发3D打印技术的邓以翔则告诉记者,通过软件的研发改进,三维打印数据的操作已经基本可以实现便捷操作,整个过程不会很复杂,一下子就能学会。

  黄海兴说,由于3D打印在材料硬度和时间上仍存在缺陷,在批量生产上并没有显示特别的优势,因此3D打印技术暂时还未能取代传统生产技术,从近期和中期看,它会是传统制造业的有益补充,对研发新品起到很大的推动作用。

  影响

  哪些行业会先受到

  3D打印冲击

  随着3D打印技术的普及和应用,模具行业及工人、厨房电器及厨师、手工业者及工艺品和传统制造业正开始受到冲击。当然,这仅仅是开始,这种冲击将随着技术的普及而继续扩大。

  ●模具行业及工人

  前几年,熟练模具工成为一个炙手可热的岗位,制造企业每年都要开出高薪招聘这种人才。但随着3D打印技术的成熟,新品模型可直接“打”出来,将直接减少“开模”等环节。因此,制造业对模具工人的需求将会呈现下降趋势,模具行业也将面临缩减的挑战。不过,黄海兴表示,由于3D打印暂时仍无法取代大规模工业生产,因此当新品进入大规模生产阶段,依然免不了要“开模”,因此模具行业依然是一个不可或缺的制造环节。

  ●厨房电器及厨师

  3D打印本质上是一种制造方法。2011年7月,英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。随后,各种食品的3D打印机器开始面世,从蛋糕到饼干都可以被“打印”出来。“打印蛋糕就好像挤奶油一样。”黄海兴说。因此,这种工艺的兴起将直接挑战各种厨房电器的地位。不过,黄海兴也表示,由于“打”出来的食品与经过加热烹饪的食品不一样,总体仍比较“软”,也无法获得烘焙产生的香味,因此要取代传统蛋糕烘焙仍比较难。但蛋糕店可以推出类似的创意服务来吸引顾客。

  ●手工业者及工艺品

  手工制品可能是未来受3D打印影响最大的一个行业。比如市民所熟悉的石湾公仔,目前已经完全可以用3D打印制造出来。更厉害的是,受技术和人工制作的制约,以前很多手工艺无法达到的效果,现在通过3D打印也可以实现。可以预见,手工艺品的形态会更加丰富,制作也更加简单。不过,陶艺大师们也无须过分担心,3D打印只能复制形态,其最初的创意依然要产自“人脑”。

  ●制造业

  作为一种制造方式,3D打印将对制造业产生巨大的影响。这里可以分为两种,一种是传统简单的制造业。如制鞋业。3D打印可以打印出最适合用户尺寸的鞋子,同时也可打印出用户自己创作的造型。此时,鞋厂就必须从原来生产为主向设计咨询为主转型,为顾客提供合适的咨询意见和建议。另一种则是需要小批量生产的高端零部件。在解决了产品硬度之后,波音737许多零部件开始直接采用3D打印来制造,基本可以替代原来高成本的开模生产模式。由于数量很小,3D打印技术拥有明显的成本优势。

  ■名词解释

  3D打印机(3D Printers)发源于军方的“快速成型”技术,是一种由CAD(计算机辅助设计)通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。其操作原理与传统打印机有很多地方是相似的,它配有融化尼龙粉和卤素灯,允许使用者下载图案。

  与传统打印机不同的是,打印的不是纸而是粉末。打印时,它将设计品分为若干薄层,每次用原材料生成一个薄层,再通过逐层叠加“成型”。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。

 
 
 
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