3D打印:快速制造 引领第三次工业革命
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  这几天,手里如果持有一两只3D打印概念股,脚下的步子,也许都会变得轻快许多。

  1月18日,在国家科学技术奖励大会上,北京航空航天大学教授王华明以飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术获国家技术发明奖一等奖。以中航重机、宏昌电子、南风股份等为代表的3D打印概念股风起云涌,掀起新一轮集体涨停狂潮。

  在美国市场,上周五,两只正宗3D打印股3DSystems和Stratsys,继续强势上涨,涨幅双双超过4%。

  继去年12月工信部高层表态将推动3D打印产业化之后,科技部有关人士日前表示,目前3D打印相关战略规划正在研究制订中,有望于两会后公布。

  不少业内人士将2012年称为3D打印机元年,是一个崭新的市场从萌芽期进入成长期的转折点,如同1977年的个人计算机,还有1990年的网页浏览器一样。《经济学人》杂志甚至认为,3D打印将引发第三次工业革命。

3D打印就像砌房子

  3D打印是一项什么技术?有没有一个形象例子,可以描述这项技术?我请教了国内3D打印行业的先行者杭州先临三维科技股份有限公司的专家。

  这个例子我们现在几乎每天都能在城市里看得到:就像盖楼房,从地基开始,用砖瓦、水泥、沙石一层层往上砌,最终建造起一整幢楼房。

  3D打印,就是把三维设计图纸(即数字模型)变成实物,这个打印出的实物不仅可以拿来看,还可以拿来用。3D打印是一个从点到线,从线到面,通过层层累积实现立体打印的过程,所以我们也叫它增材制造或加法制造。

  这和我们知道的传统的制造方法完全不同,传统制造一般是在整块材料的基础上,去除多余部分,将剩下的部分制成产品。当人类还在打制石器的时候,用的差不多就是这种方法。

  现在,3D打印的应用范围,已经渗入生物医疗、航空、汽车、工业设计等多个行业,且仍在不断拓宽。应用领域的拓宽在于用的是什么材料,3D打印使用各种不同的耗材:沙子、人造橡胶、塑料、金属,甚至生物材料。

  由于3D打印是通过分层制造的方式完成打印的,因此,精度不高的3D打印机打印出来的成品很粗糙,可以在打印成品表面看到明显的一层层的纹路,而一般企业级的高精度3D打印机,层厚可以只有16微米乃至更薄,差不多是人类头发丝的五分之一以下,成品在视觉效果上就浑然一体。

3D打印技术已有30年

  说到3D打印,很多人一定会认为,这是一个非常新的技术,但是事实上并不是这样。

  1982年的美国,在一家紫外线设备生产企业任职的查尔斯胡尔(Charles W. Hull),尝试把光学技术应用于快速成型领域。用紫外激光照射液态光敏树脂,激光所到之处,树脂变成固态,一层一层不断重复,直到整个物件制造完毕。这项立体光刻(SLA)技术就是最早的3D打印。胡尔后来创办了目前世界上的3D打印设备巨头3DSystems。

  这种快速制造的理念还衍生出多种不同的技术类型,除了SLA,常见的有熔融沉积造型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、三维打印(3DP)等,这些技术都被通俗地称作3D打印。

  尽管3D打印技术在如今看来具有颠覆性,但是从上世纪80年代一直到本世纪初,市场一直处于徘徊阶段,包括国外也是如此,中国国内更是很少有人关注,原因在于:在工业级应用上,这项技术仍欠缺强度和精度,而且,工业级设备和原材料比较昂贵,因此,在3D打印产生初期,这项技术应用得较少,产业化程度不高。

  《经济学人》杂志认为,3D打印将引发第三次工业革命:其将改写制造业的生产方式,进而改变产业链的运作模式。

可满足各种快速制造需求

  为什么这样评价3D打印?或许可以从杭州先临三维科技股份有限公司的快速制造服务中心窥见一斑。

  这个投资2000多万元的快速制造服务中心,拥有10余款不同类型的3D打印机,可以打印的材料包含了树脂、ABS塑料、尼龙混合材料、金属(钛、铝、铜、模具钢、钴钼合金等)等各种行业均可适用的材料。

  人们要使用3D打印,首先必须给3D打印机输入一个三维数据。比如一家电子电器企业希望开发一款新产品,先用三维扫描仪对已有样品进行快速扫描,为设计师提供三维模型数据,进行逆向设计,通过3D打印为客户提供样件,或进行小批量快速制造,这将降低和缩短产品试制与投放市场的成本与周期。

  与大部分3D打印服务提供商不同,先临三维是从产业链更前端的三维数字化业务,逐步进入到3D打印领域的。也正是有三维扫描技术为基础,使得三维数字模型的设计效率得到大大提升,从而提供从数字化设计到3D打印的一体化服务。

  先临三维相关负责人介绍,目前公司除了代理世界知名厂商3D打印机,还在自主研发3D打印设备,预计在今年会面市销售。目前先临三维服务的对象,除了国内主要的科研院所,及博世、松下等知名外资企业之外,客户已经涵盖航空航天、材料研究、模具制造、医疗、仪器仪表、汽车设计与试制、电子电器、建筑设计、艺术创作等领域。

  随着专业领域的3D打印机越来越多,材料越来越丰富,3D打印将会逐步满足企业、专业机构的快速成型、快速制造需求。

3D打印离生活很近

  这些看起来似乎遥远,但事实上,随着3D打印技术发展走向细分,它就像个人电脑一样,已经开始走进我们的日常生活。这也使3D打印正朝着两个方向发展。

  这就要说到3D打印界的另外一个标志事件。2006年,一个名叫Reprap的开源3D打印计划公布出来,越来越多的小型企业、技术发烧友利用开源的技术,制造出可以放在个人电脑桌上的3D打印机。再加上多种简单易学的3D设计软件的出现,使得普通人无须学习复杂的3D设计软件。

  仅仅几年时间,桌面级的3D打印机,就已经形成了一个家族,这些打印机的身材可以是40厘米见方,而且价格也相对便宜,如果对精度要求不苛刻,在网上花三四千元就能买一台,DIY棋子、小模型或者是手机套。使用的材料,包括石膏、蜡、尼龙、树脂、ABS工程塑料等。

  这种个人3D打印机已激增为一块看得见的市场,一些国外企业开始将定位从高端、工业级客户群体,扩展到那些追赶潮流的消费者,正是对精度要求不高,但追求快捷、低成本的客户群,促进了3D打印技术商业化的蓬勃发展。

  荷兰的创新企业Shapeways推出了云打印概念,它像社交网络一样打造自己的用户社区,顾客可以在网上选定产品的三维设计方案,或直接上传自己设计好的3D模型,并选择材料,支付一定费用后,Shapeways会用3D打印机将其制造出来并邮寄上门,截至2012年6月,该公司累计打印超过100万件产品,其制造社区中有超过6000家提供设计服务的商家和个人。

  在杭州,一家名为铭展科技的公司,也在打造3D模型分享社区,公司所建的4个个人3D打印QQ群,现在已经有3个满员了。北京最近开出一家3D打印体验馆,只需十几分钟的360度扫描照相,再加三四个小时的3D打印制作,一个形象逼真立体的人物塑像就可以制作完成。

  越来越便宜、越来越简单易用的个人级3D打印机,正在不断激发大众的创造力和热情。在个性化越来越被强调的当下,3D打印至少提供了一种技术上的可能。

  目前,3D打印全瓷牙在牙齿修复中的应用已经非常成熟。

  美国军方正在准备用3D打印技术来生产第五代隐形战斗机F35的多个零件。

  美国一家新兴公司正在研发技术,试图用3D打印来制造出一种多汁的鲜肉。

  在麻省理工学院的实验室,有人试图利用3D技术打印房子的框架,一位荷兰建筑师表示,他希望这一尝试在2014年完成。

  1月18日,诺基亚在官网开发者页面上发布了Lumia 820后盖的3D打印图纸,借助3D打印机,便可以根据用户的喜好创造出五颜六色的手机壳。

  3D打印服务网站Crayon Creatures扫描孩子的绘画,然后对它建立数字三维模型,将孩子的信手涂鸦3D打印成彩色的雕塑。

  当浏览谷歌地球(Google Earth)看到非常漂亮的立体建筑时,你有没有想过用它来建自己的3D实体模型?如果你拥有一台3D打印机,就可以把自己喜欢的建筑打印出来。

  有报道说美国宇航局(NASA)正在使用3D打印制造下一代火箭。有人正在尝试3D打印火箭引擎。

  想得到一个自己的小雕塑,你先得通过预约,到了摄影棚工作人员会用3D扫描机为你作全身扫描,这个时候你必须保持不动15分钟,而扫描输入打印机中可以选择三种不同的尺寸输出,依照大小,单人的小塑像价格在21000日元到42000日元之间。

  RepRap制造了首台用3D打印的佳能DSLR相机,你也一起来试试吧 RepRap最近的项目向我们展示了科技的未来。人们可以在自己家里用不高的成本制造先进的电子产品。

  世界上第一台3D打印的吉他,不仅可以弹奏,还音色饱满。

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