3D打印,正在到来的工业革命

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《3D打印：正在到来的工业革命》

[英]Christopher Barnatt\著，韩颖，赵俐\译

人民邮电出版社

2014年7月

用3D打印未来

——《3D打印：正在到来的工业革命》介绍

3D打印，是增材制造的俗称，其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。与传统上对原材料进行切削的减材制造方法正相反， 3D打印技术通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。3D打印是立体打印。之所以使用“打印”一词，其原理与传统打印机是相似的，，都是通过电脑操作来完成。3D打印机里面则是一个庞大的材料系统。这个系统里面是根据产品需要而配备各种高技术的新材料。3D打印机是一个庞大的系统工程，涉及到软件开发与应用、新材料，还涉及到打印装备、自动化控制系统。3D打印技术最突出的优

点是无需模具就能够成型，也不需要机械加工，就能直接从设计好的计算机图形数据中生成任何形状的物体。而传统的制造业最核心的一个环节就是要造模，很多高端产品能够设计出来，最大的困难是生产不出来成品，原因就出在造模环节，且耗时很长。而3D打印机则跨越了造模这个环节。只要你能够设计出来，你就能够通过3D打印技术打印出任何你想要的产品。

1.3D打印技术带给我们哪些机遇

以3D打印为代表的数字化制造技术，被《经济学人》杂志认为是引发第三次工业革命的关键因素，“其将改写制造业的生产方式，进而改变产业链的运作模式”。 数字化制造技术将大大减少直接从事生产的操作工人，劳动力所占生产成本比例随之下降。此外，数字化制造的个性化、快捷性和低成本能够更快地适应本地市场需求的变化，包括满足小批量产品的生产需求。自从工厂出现以来，产品与消费者之间的距离从未如此接近过。3D打印给消费者带来了在大规模生产和个性化制造之间进行选择的自由。如果你想要一个与自己相貌一样的玩偶，用3D打印机制作，成本可能只要100元；如果委托工厂，也许要花1万元。业内人士将2012年的3D打印机视为像1977年个人计算机和1990年网页浏览器一样，是一个崭新的市场从萌芽期进入成长期的转折点。虽然3D打印技术目前尚未颠覆传统制造业——传统制造业

的规模效应依然占据优势，但前者正慢慢抢走市场份额。

2.3D打印技术

1982年，一家紫外线设备生产企业尝试把光学技术应用于快速成型领域。将一种液态光敏树脂倒入大容器中，在容器里放臵一个升降平台，容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面，所到之处，材料会发生光聚合反应，迅速从液态转变为固态，当一层打印完成后，未被照射的地方仍保持液态，此时在液面以下0.05毫米-0.15毫米的升降平台会下降一层，激光器开始打印第二层。这个过程不断重复，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。3D打印不需要模具，可以直接进行样品原型制造，因而大大缩短了从图纸到实物的时间。任何形状复杂的零件，都可以被分解为一系列二维制造的叠加。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，其基本工作原理都是逐层增加材料，最终形成物件，因此，这些技术都被通俗地称作3D打印。许多种“耗材”都可使用3D打印：沙子、人造橡胶、塑料、金属，甚至生物材料；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。3D打印技术通过对金属材料的烧结或熔化，直接生成出金属零部件的发展趋势，让传统制造业感受到巨大压力。“如果在金属材料上得

到广泛应用，3D打印就可能引领新一轮工业革命。”

3D打印技术主要基于三种基本方法：第一种，3D打印机通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料。最常见的方法是挤压不断流出的热塑性材料，这种热塑性材料在离开打印喷头的时候迅速凝固成型。其它基于挤压的3D打印方法有输出熔化的金属或挤压巧克力、奶酪、蛋糕糖霜（糖粉）等来形成3D作品。甚至有一些试验性的3D打印机通过计算机控制输出流动的液态混凝土，将来也许整座建筑物都可以是3D打印的。第二种，3D打印机通过使一种不常见的被称作“感光性树脂”的液体变成固体从而形成物体层，这种液体暴露于激光或其它光源中时会变硬。一些有光聚功能的3D打印机在液体的感光树脂罐中使其形成物体层。有些3D打印机喷射出一个单独的液体层，然后在下一层被打印出来之前利用紫外线光使之形成固态。一些基于后者打印技术的3D打印机可以混合许多不同的感光树脂，并将它们同时变成固态，所以这些打印机可以打印一件由不同材质组成的多材料模型。例如，Stratasys公司制造的一款名为Connex的最新打印机可以同时打印出由14种不同材料做成的模型。这些材料的范围从不同透明度和颜色的硬塑料到质地较软的橡胶类化合物。第三种，3D打印硬件通过逐层粘合一种不常见的精细粉末来制作模型。这种“颗粒状材料的粘合”既可以通过喷射液体胶水或粘合每一粉末层达到，又可以通过激光

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