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1、 3d 打印機(jī)發(fā)展前景分析 3d 打印機(jī) 太空 3d 打印機(jī) 3D打印機(jī) (3D Printers) 是一位名為恩里科 ?迪尼 (Enrico Dini) 的發(fā)明家設(shè)計(jì) 的一種神奇的打印機(jī)，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在 航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品。 背景介紹 3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開始廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)，數(shù) 碼產(chǎn)品開模等，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)模具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品

2、 [1] 到市場(chǎng)的開發(fā)時(shí)間。 3D 打印機(jī)可以用各種原料打印三維模型，使用 3D 輔助設(shè)計(jì)軟件，工程師設(shè)計(jì) 出一個(gè)模型或原型之后，無(wú)論設(shè)計(jì)的是一所房子還是人工心臟瓣膜，之后通過(guò)相關(guān) 公司生產(chǎn)的 3D 打印機(jī)進(jìn)行打印，打印的原料可以是有機(jī)或者無(wú)機(jī)的的材料，例如 橡膠、塑料、甚至是人體器官，不同的打印機(jī)廠商所 提供的打印材質(zhì)不同。 3d 打印機(jī) 太空 3d 打印機(jī) 3D打印機(jī) (3D Printers) 是一位名為恩里科 ?迪尼

3、(Enrico Dini) 的發(fā)明家設(shè)計(jì) 的一種神奇的打印機(jī)，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在 航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品。 背景 3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開始廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)，數(shù) 碼產(chǎn)品開模等，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)模具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品 [1] 到市場(chǎng)的開發(fā)時(shí)間。 3D 打印機(jī)可以用各種原料打印三維模型，使用 3D 輔助設(shè)計(jì)軟件，工程師設(shè)計(jì) 出一個(gè)模型或原型之后，無(wú)論設(shè)計(jì)的是一所房子還是人工心臟瓣膜，之后通過(guò)相關(guān) 公司生產(chǎn)的 3D 打印機(jī)進(jìn)行打印，打印的原料可以是

4、有機(jī)或者無(wú)機(jī)的的材料，例如 橡膠、塑料、甚至是人體器官，不同的打印機(jī)廠商所提供的打印材質(zhì) [2] 不同。 發(fā)明伊始 三維打印機(jī)不僅使立體物品的造價(jià)降低，且激發(fā)了人們的想象力。未來(lái)三 維打印機(jī)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。 據(jù)報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家近日發(fā)明了一種可打印出三維效果的打印機(jī)，并已將 其成功 可打印出塑料制成的固體制品 推向市場(chǎng)。普通打印機(jī)能打印一些報(bào)告等平面紙張資料。而這種最新發(fā)明的打印機(jī)打印出的都是塑料制成的固

5、體制品，它不僅使立體物品的造價(jià)降低，且激發(fā)了 人們的想象力。未來(lái)三維打印機(jī)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。 在此之前，三維打印機(jī)數(shù)量很少，大多集中在“科學(xué)怪人”和電子產(chǎn)品愛(ài)好者手中。他們主要用來(lái)打印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據(jù)塑料模型去訂制真正市面上 買不到的零部件。 現(xiàn)在人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購(gòu)買到這類打印機(jī)，工廠也在進(jìn)行直接銷 售。不過(guò)物以稀為貴，一套三維打印機(jī)的價(jià)格從一般的 750 美元到上等質(zhì)量的 27000 美元不等。 科學(xué)家們表示，目前三維打印機(jī)的使用范圍還很有限，不過(guò)在未來(lái)的某

6、一天人們一定可以通過(guò) 3D 打印機(jī)打印出更實(shí)用的物品。人體骨骼打印 據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在不久的將來(lái)外科醫(yī)生們或許就將可以在手術(shù)中現(xiàn)場(chǎng)利 [3] 用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的 3D 打印機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)被制造出來(lái)了，而用于替代真實(shí)人體骨骼的打印材料則正在緊鑼 密鼓地測(cè)試之中。 在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細(xì)胞在其中生長(zhǎng)，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗(yàn)證。未來(lái)數(shù)年內(nèi)，打印出的質(zhì)量更好的骨骼替代品或?qū)椭饪剖中g(shù)醫(yī)師進(jìn)行骨骼 損傷的修復(fù)，用于牙醫(yī)診所，甚至幫助骨質(zhì)疏松癥患

7、者恢復(fù)健康。 3D 打印技術(shù)最近迅速興起，成為炙手可熱的新型產(chǎn)業(yè)，它可以打印的立體 產(chǎn)品種類正迅速增加。為了打印骨 3D打印機(jī)圖片 (20 張) 骼材料，博斯和她的同事們使用了一臺(tái)商業(yè)銷售的 ProMetal 3D 打印機(jī)進(jìn)行測(cè) 試。這種 3D 打印機(jī)最初的設(shè)計(jì)目的是為了打印金屬件。它會(huì)逐層噴灑塑料膠粒在 一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當(dāng)于人的頭發(fā) 絲寬度的一半。 這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加了硅和鋅以便增強(qiáng)其

8、 強(qiáng)度。當(dāng)它被植入人體內(nèi)之后可以暫時(shí)起到骨骼的支撐作用，并在此過(guò)程中幫助正 常骨骼細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育并由此修復(fù)之前的損傷，隨后這種材料 可以在人體內(nèi)自然溶解。 科學(xué)家們花費(fèi) 4 年時(shí)間才找出這種材料的合適配方，其中涉及化學(xué)，材料 [4] 學(xué)，生物學(xué)和工藝科學(xué)的諸多學(xué)科。 3D打印機(jī)原理 3D打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過(guò)連 續(xù)的物理層創(chuàng)建出來(lái)的。 3D打印機(jī)相對(duì)于其他的添加劑制造技術(shù)而言， 具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。 3D 打印機(jī)就是可以“打印”出真

9、 實(shí) 3D 物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過(guò)逐層增加材料來(lái)生成 3D 實(shí)體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同。稱之為“打印機(jī)”是參照了其技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們已經(jīng)能夠生產(chǎn)出與原型的外觀、感覺(jué)和功能極為接近的 3D 模型。 說(shuō)的簡(jiǎn)單一點(diǎn)， 3D打印是斷層掃描的逆過(guò)程，斷層掃描是把某個(gè)東西“切“成無(wú)數(shù)疊加的片， 3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為 一個(gè) 立體物體。 使用 3D 打印機(jī)就像打印一封信 : 輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴

10、墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖 像。而在 3D 打印時(shí)，軟件通過(guò)電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù) (CAD)完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到 3D打印機(jī)上，后者會(huì)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來(lái)，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。 3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大 [5] 的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。工作步驟 3D打印機(jī)工作步驟是這樣的 : 使用 CAD軟件來(lái)創(chuàng)建物品，如果你有現(xiàn)成 的模型也可以，比如動(dòng)物模型、人物、 實(shí)際過(guò)程 (6 張 ) 或者微縮建筑等等

11、。然后通過(guò) SD卡或者 USB優(yōu)盤把它拷貝到 3D 打印機(jī)中，進(jìn) 行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來(lái)，其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。 3D打印 機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材 和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。 3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè) 計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后在進(jìn)行打印輸出。 [1] 3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來(lái)完成 3D實(shí)體打 印。每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水 液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后

12、是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固 化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下， 實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要 掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。 設(shè)計(jì) 2010 年 3 月，一位名為恩里科 ? 3d 打印機(jī)和打印物 (19 張 ) 迪尼 (Enrico Dini ) 的發(fā)明家設(shè)計(jì)出了一種神奇的 3D 打印機(jī)，它甚至可 以“打印”出一幢完整的建筑。 據(jù)恩里科 ?迪尼

13、介紹，這種打印機(jī)的原料主要是沙子。當(dāng)打印機(jī)開始工作時(shí)， 它的上千個(gè)噴嘴中會(huì)同時(shí)噴出沙子和一種鎂基膠。這種特制的膠水會(huì)將沙子粘成像 巖石一樣堅(jiān)固的固體，并形成特定的形狀，然后只需要按照預(yù)先設(shè)定的形狀一層層 噴上這種材料，最終就可以“打印”一個(gè)完整的雕塑或者教 堂建筑。 特點(diǎn) 3D打印技術(shù)對(duì)于生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)，可大幅降低生產(chǎn)成本，提高原材料和能源的使用 效率，減少對(duì)環(huán)境的影響，它還使消費(fèi)者能根據(jù)自己的需求量身定制 [6] 產(chǎn)品 3D打印機(jī)既不需要用紙，也不需要用墨，而是通過(guò)電子制圖、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、

14、 激光掃描、材料熔化等一系列技術(shù)，使特定金屬粉或者記憶材料熔化，并按照電子 模型圖的指示一層層重新疊加起來(lái)，最終把電子模型圖變成實(shí)物。其優(yōu)點(diǎn)是大大節(jié) 省工業(yè)樣品制作時(shí)間，且可以“打印”造型復(fù)雜的產(chǎn)品。 因此許多專家認(rèn)為，這種技術(shù)代表制造業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。 應(yīng)用 3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以 [7] 色列的 Objet 公司認(rèn)為， 3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和 國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。 醫(yī)療行業(yè)。最近，一位 83 歲 的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此

15、換上了由 3D 打印機(jī)“打印”出來(lái)的下顎 骨，這是世界上首位使用 3D 打印產(chǎn)品做人 體骨骼的案例。 科學(xué)研究。美國(guó)德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過(guò)對(duì)化石進(jìn)行 3D 掃描，利用 3D 打 印技術(shù)做出了適合研究的 3D 模型，不但保留了原化石所有的外在特 征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。 產(chǎn)品原型。比如微軟的 3D 模型打印 車間，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后，通過(guò) 3D 打印機(jī)打印出來(lái)模型，能夠讓設(shè)計(jì)制造部門 更好的改良產(chǎn)品，打造出更出 色的產(chǎn)品。 文物保護(hù)。博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來(lái)保護(hù)原始作品

16、不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠(yuǎn)的人。最近史密森尼博物館就因?yàn)樵嫉耐旭R斯 ?杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽， 所以博物館用了一個(gè)巨大的 3D 打印替代品放在了原來(lái)雕塑的位置。 建筑設(shè)計(jì)。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用 3D 打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美。完全合乎設(shè)計(jì) 者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。 制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多 3D 打印產(chǎn)品，因?yàn)?3D打印無(wú)論是在成本、速度和 精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而 3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用 3D 技術(shù)能帶來(lái)很多好處，

17、甚至連質(zhì)量控制都不再是 個(gè)問(wèn)題。 食品產(chǎn)業(yè)。沒(méi)錯(cuò)，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了。 或許在不久的將來(lái)，很多看起來(lái)一模一樣的食品就是用食品 3D打印機(jī)“打 印”出來(lái)的。當(dāng)然，到那時(shí)可能人工制作的食品會(huì)貴很多倍。 汽車制造業(yè)。 不是說(shuō)你的車是 3D打印機(jī)打印出來(lái)的 ( 當(dāng)然或許有一天這也有可能 ) ，而是說(shuō)汽車 行業(yè)在進(jìn)行安全性測(cè)試等工作時(shí)，會(huì)將一些非關(guān)鍵部 件用 3D 打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時(shí)降低成本。 配件、飾品。這是最 廣闊的一個(gè)市場(chǎng)。在未來(lái)不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑

18、 或是你和愛(ài)人擁有的世界上獨(dú)一無(wú)二的戒指，都有可能是通過(guò) 3D 打印機(jī)打印出來(lái) 的。甚至不用等到未來(lái)，現(xiàn)在就可以實(shí) 現(xiàn)。 [8] 前景 恩里科 ?迪尼稱，他已經(jīng)在和建筑大師諾曼 ?福斯特、阿爾塔空間公司等進(jìn)行討 論，希望能設(shè)計(jì)出一種可以使用月球塵土的打印機(jī)，屆時(shí)在月球上就可 [2] 以使用這種打印機(jī)快速的建造出人類的月球基地。預(yù)計(jì) 2050 年實(shí)現(xiàn) 3D 打印機(jī)制造飛機(jī) 歐洲飛機(jī)制造公司 Airbus 的設(shè)計(jì)師透露 3D打印飛機(jī)打造計(jì)劃，預(yù)計(jì) 2050 前達(dá)成。 據(jù) Forbes 報(bào)導(dǎo)，此計(jì)劃將使用機(jī)庫(kù)般大小的 3D 打印機(jī)，制造飛機(jī)零件， Airbus 的員工 Bastian Schafer 描述他的構(gòu)想 : 此架飛機(jī) 80 米長(zhǎng)，曲面機(jī)身 由透明材質(zhì)制成，乘客就感覺(jué)彷佛翱翔在云端中。 Airbus 提出的概念型飛機(jī) 具自我清潔功能，在 2011 年時(shí)已完成內(nèi)建類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、抗氧化空氣，以及體熱采 集設(shè)備， Schafer 在過(guò)去兩年集合一群 Airbus 工業(yè)設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)，為了這概念而努 力，他表示 : 「這個(gè)機(jī)會(huì)讓我們能做些不 一樣的事」。