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【导师分享】施永忠:造物奇迹:神奇的3D打印技术

 二、3D打印的发展现状

3D打印,过去在科研、教学或者制造领域被称为“快速成型技术”。3D打印”这个更为形象的叫法快速被大众接受和普及。随着材料科学的快速发展,快速成型技术正在各个领域均有极大延伸,比如打印建筑物、打印汽车、打印人体器官、打印骨骼,而且我们还可以用3D打印机打印自己设计的衣服。我们首先用扫描仪对自己的身体进行一下扫描,这样就能得到我们身材的尺寸,然后通过CAD对扫描数据进行加工和修改,这样我们就可以自己打印出衣服和裤子。


目前美国的3D打印技术较为领先,应用范围更广。近期,全美第一家3D打印机耗材专营店在纽约曼哈顿的NOHO地区正式开业。据悉,这家商店是由全球3D打印设备领头羊企业MakerBot公司开设的。并推出了最新一代也是该公司的第四代3D打印机“Replicator2”。该机器具有更加灵巧的外观以及3倍于老款机器的打印精度。据了解,MakerBot零售店里并不提供现场3D打印服务,而且正在销售的3D打印机产品则要价2199美元(约合14000元人民币)。而据MakerBot的未来业务规划显示,该公司还会再明年年初推出第五代机器Replicator2X,该机器可以满足发烧友和专业人士对打印效果的需要。对此,MakerBot的CEO佩蒂斯在早前新闻发布会上说到:“我们所推出的新款打印机制定了桌面3D印刷的标准。打印出来的东西再也不会像过去那么粗糙了。如果未来零售业务运行良好的话,那就代表3D打印将进入主流消费市场。”


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                     MakerBot Replicator™

而在国内,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”,中国的3D打印正在快速发展,从工业和制造业应用开始朝个人和小型化方向发展。


早期一套用于工业设计制造的3D打印设备在10万美金左右,近几年价格降低到2万美金左右,而小型化个人桌面3D打印机售价在1000美金左右,史玉升研制的这款3D立体打印机UP!3D官方售价9999元人民币,这款国产3D打印机已经在美国等国外地区销售。


三、3D打印早已来到我们身边

目前,3D打印使产品供应链的格局和人们的生活方式都发生了转变。而且它的应用范围之广让人难以置信。今天笔者就列举几项和我们生活密切相关的例子,让大家感受一下3D打印离我们并不遥远。


1.食品行业

  英国埃克塞特大学研究人员,去年推出世界首台3D巧克力打印机。是了,你没有看错。研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来,很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然,到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。


2.建筑设计
  在建筑业里,工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美。完全合乎设计者的要求,同时又能节省大量材料。


3.医疗行业
  最近,一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染,因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨,这是世界上首例使用3D打印产品做人体骨骼的案例。


4.汽车制造业
  不是说你的车是3D打印机打印出来的(当然或许有一天这也有可能),而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时,会将一些非关键部件用3D打印的产品替代,在追求效率的同时降低成本。


5.传统制造业
  传统制造业也需要很多3D打印产品,因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产,所以制造业利用3D技术能带来很多好处,甚至连质量控制都不再是个问题。


    6.科学研究
  美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描,利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型,不但保留了原化石所有的外在特征,同时还做了比例缩减,更适合研究。


7.产品原型
  比如微软的3D模型打印车间,在产品设计出来之后,通过3D打印机打印出来模型,能够让设计制造部门更好的改良产品,打造出更出色的产品。


8.文物保护
  博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害,同时复制品也能将艺术或文物的影响传播给更多的人。最近史密森尼博物馆就因为原始的托马斯·杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览,所以博物馆用了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕塑的位置。


9.配件、饰品
  这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒,还是有你半身浮雕的手机外壳,抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指,都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来,现在就可以实现。


3D打印机可以完成很多在现在看起来匪夷所思的事,从某种角度来说,很多想象的到的东西,都可以通过3D打印直接得到。在未来3D打印还有可能走进千家万户,融入到我们的生活中,像电脑一样普及。


四、3D打印的十大优势

1.制造复杂物品不增加成。传统制造一般物体形状越复杂,制造成本越高;对3D打印机而言,则不会增加成本,这将改变计算制造成本的方式。

2.产品多样化不增加成本。3D打印机可以打印许多形状,可以省去培训机械师或购置新设备的成本。

3.无需组装。3D打印可以使部件一体化成型,缩短供应链,节省在劳动力和运输方面的花费,污染也就大大减少。

4.令时间交付。3D打印机可以按需打印,减少企业的实物库存;而且可以就近生产,令时间交付,最大限度的减少长途运输成本。

5.设计空间无限。传统制造技术能力受制于所使用的工具,3D打印机可以突破这种限制,开辟巨大的设计空间。

6.零技能制造。传统工匠要当几年学徒才能掌握所需要的技能,而3D打印机从设计文件里获得各种指示,不需要技能,并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。

7.不占空间,便携制造。3D打印机可以制造比自身还要大的物品,较高的单位空间生产能力,使得它适合家用或办公使用,因为他们所需的物理空间小。

8减少废弃副产品。传统金属加工的浪费惊人,90%的金属原材料被丢弃,而3D打印可以实现“净成形”制造,更加环保。

9.材料无限组合。对传统机器来说,将不同原材料结合成单一产品是件难事,3D打印机则可以做到。

10.精确的实体复制。扫描技术和3D打印技术,将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率。


<12345>共5条

本文内容仅代表作者本人观点,与i3DOne社区无关。

作者简介

施永忠,高级教师,2015年中国十佳好教师。2009年指导学生开展“青少年科技创新大奖赛”,至今先后指导七个学生课题组获得浙江省一等奖,三个全国一等奖,三个二等奖;2010年开设高中“创意与发明”,指导学生获得两项发明专利;2014年接触3D打印,参加人社部3D打印材料高级研修班,并编辑中小学3D打印教师培训用书《3D打印新未来》;2015年设计申报的《3D打印与微创意》选修课程被评为杭州市精品课程并入选全国首届教育创新成果展博会,同时在杭州市先临科技股份有限公司支持下,在浙大附中设计建成杭州市第一个3D打印创新实验室。
文章介绍
  • 教学目的及要求:通过教学使学生了解目前世界上3D打印技术的发展现状及前景,了解它的基本原理与构造,打破思维定式,初步了解其神秘之处。。教学内容:2013年7月,美国宇航局,把一台3D打印机发送到国际太空站,宇航员可以采用该设备,直接制造或修复工具,这样就没必要将多余设备或工具发往太空站了。这是美国宇航局兰利研究中心工作人员专门针对微重力环境而开发的电子束无模成型微重力零件增材制造工艺,地面专家可以先通过电...
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  • 更新时间:2016-10-28
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