3D打印技術(shù)是以數(shù)字化、人工智能化及新型材料應(yīng)用為特征的生產(chǎn)制造方式,被稱為是第三次工業(yè)革命的標(biāo)志。它改變了傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)制造模式,通過將PLA、ABS或者金屬材料等通過加熱、融化之后,再通過層層構(gòu)建疊加的方式,在很短的時間內(nèi)就將產(chǎn)品打印制造出來,其特點是打印時間短,成本低,產(chǎn)品千變?nèi)f化。特別一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高精尖產(chǎn)品,其優(yōu)勢更加突出。3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,包括產(chǎn)品設(shè)計、科學(xué)研究、建筑、醫(yī)療、制造業(yè)、航天、珠寶首飾、個性化飾品等方面將發(fā)揮越來越大的作用。
麻煩制造者
世界第一支3D打印手槍已經(jīng)在美國德州奧斯丁試射成功。在此之前許多人不將3D打印當(dāng)一回事,但是這個創(chuàng)造著實扇了他們一巴掌。從技術(shù)上講,這把手槍除了子彈外的其他部件幾乎由3D打印機制造,工作的基本原理與普通槍支無異。制作這把手槍的這個美國民間團體先用3D打印將手槍的部件制造出來,在組裝在一起。
醫(yī)學(xué)神器
3D打印技術(shù)自數(shù)十年前從軍方“快速成型”技術(shù)進化誕生以來,醫(yī)學(xué)是其最能大顯神通的一個高地。依靠3D打印技術(shù)的“直接數(shù)字化制造”,許多病人跳出傳統(tǒng)***的漫長周期?;蛟S在不知不覺中,你就接觸到了這種看似高端的科技。
在最近的江西聯(lián)體女嬰的案例中,復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院在全國首次使用3D打印技術(shù),等比例地還原了患兒臀部聯(lián)體的脊柱、皮膚融合的情況,直觀地展現(xiàn)了患兒骨性連接和皮膚連接的部位和程度,可以虛擬地進行術(shù)前切割,皮瓣翻轉(zhuǎn),為手術(shù)方案的設(shè)計和改進提供了極大的幫助,這在我國兒童醫(yī)院聯(lián)體兒分離中屬首次采用3D打印技術(shù)來精準(zhǔn)地輔助手術(shù)操作。
由于人口老齡化和技術(shù)進步等原因,美國脊柱融合手術(shù)在這數(shù)十年間增加了70%。但是這種手術(shù)面臨的問題是,傳統(tǒng)方法使用的骨移植和金屬硬件往往會出現(xiàn)植入物遷移與破損的并發(fā)癥,而這種并發(fā)癥往往需要通過另一個手術(shù)來修復(fù),從而加大了病人面臨的風(fēng)險。
使用3D打印制造出了骨小梁結(jié)構(gòu)的精確復(fù)制品,該復(fù)制品具有納米結(jié)構(gòu)的特點,可促進病人骨頭的愈合和融合。該植入物的生物力學(xué)特性使其可以實現(xiàn)與現(xiàn)有骨骼的內(nèi)生長,從而可以防止出現(xiàn)再次進行骨移植治療。德國神經(jīng)外科醫(yī)生Uwe Spetzger教授宣稱,一位具有退行性頸椎問題的患者通過手術(shù)接受了3D打印的鈦金屬融合植入物。這還是歷史上首次成功完成此類手術(shù)。
14歲的Myrijam Stoetzer和15歲的Paul Foltin,這兩位少年創(chuàng)客使用3D打印技術(shù)開發(fā)出了一種先進而實用的裝置,該裝置能夠跟蹤人的眼球活動并藉此控制輪椅的運動。這兩位少年憑借這一發(fā)明已經(jīng)入圍歐洲最大的青年科學(xué)競賽Jugend forscht決賽圈。這兩位少年希望他們的發(fā)明能夠幫助那些身患殘疾,甚至是全身癱瘓的病人,使他們僅靠眼睛就能解決一些生活上的簡單問題。
總之,3D打印正在慢慢的深入到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的方方面面。
考古福音
一直以來文物古跡的保護始終困擾著考古界,文物作為不可再生資源,一旦毀壞便難以再生。例如西安秦始皇兵馬俑,剛出土的兵俑色澤亮麗,表情栩栩如生,現(xiàn)如今早已失去了剛出土?xí)r的風(fēng)采,風(fēng)化嚴重,色澤暗淡如黃泥。21世紀的今天,科技發(fā)展速度令人震驚,現(xiàn)在的考古水平遠遠高于以往,文物古跡的保護力度也更強。倘若3D打印技術(shù)能夠“復(fù)刻”文物,一定能夠彌補不少遺憾。不少關(guān)于3D打印文物方面的消息,的確沒讓人失望。
隨著智慧型數(shù)字博物館的建設(shè),眾多博物館與文物修復(fù)工作者,開始利用3D打印與3D掃描技術(shù),使破敗不堪的古文物“起死回生”,不僅修復(fù)了文物也讓古代文化得以傳承。早在好幾年前,陜西博物館已經(jīng)利用3D打印技術(shù),制作國寶級文物-鹿形金怪獸的仿品。3D打印技術(shù)可以在不接觸文物的前提下,通過立體掃描、數(shù)據(jù)采集、繪畫模型打印等一系列步驟,對文物進行修補甚至復(fù)刻。這對文物的修繕、鑒定和保存有著很大的意義。
住房難題、移居月球
既然3D打印機什么都能打印,那么它可能打印出大規(guī)模的建筑嗎?世界首座3D打印的房子目前正建于荷蘭阿姆斯特丹北部一條運河旁,配有13個房間;混凝土將只用于提供結(jié)構(gòu)支撐。2014年8月21日,上海,10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區(qū)內(nèi)正式交付使用,作為當(dāng)?shù)貏舆w工程的辦公用房。這些“打印”出來的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”,按照電腦設(shè)計的圖紙和方案,經(jīng)一臺大型的3D打印機層層疊加噴繪而成,10幢小屋的建筑過程僅花費24小時。
此外,據(jù)說歐洲航天局聯(lián)手一家知名建筑機構(gòu),在未來將機器人和3D打印機帶往月球,以月球的土壤和巖石粉末作為材料,通過3D打印技術(shù)在短時間內(nèi)建造一座功能完備的空間站。
3D打印還在汽車,無人機等方面滲透到我們的生活中,改變這我們的生活方式。也許在將來的某一天,有一位大神也能就3D技術(shù)提出改變?nèi)祟愃季S習(xí)慣的新的理念,推動著社會發(fā)展進入下一個產(chǎn)業(yè)革命。而就目前我國的3D打印產(chǎn)業(yè)化程度并不是很高,總體處于新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的初級階段,具體表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)規(guī)?;潭炔桓?、技術(shù)創(chuàng)新體系不健全、產(chǎn)業(yè)政策體系尚未完善等的現(xiàn)狀下,要依靠國家政策的大力扶持,逐步打開3D打印市場,為未來3D打印技術(shù)成為新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)的典范做準(zhǔn)備。
下面小編為大家整理了一下3D打印的百年的發(fā)展歷史:1860法國人François Willème申請到了多照相機實體雕塑(Photosculpture)的專利。 19861986年,查爾斯·W·哈爾(Charles W.Hull,如圖所示)成立了世界上第一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的公司:3D Systems公司。他研發(fā)了現(xiàn)在通用的STL文件格式。 1988 1988年,3D Systems公司在成立兩年后,推出了世界上第一臺基于SL(立體光刻)技術(shù)的3D工業(yè)級打印機SLA-250。同年,Scott Crump發(fā)明了另一種更廉價的3D打印技術(shù):熔融沉積成型(FDM)技術(shù),并于1989年成立了Stratasys公司。
1989 1989年,美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C. R.Dechard發(fā)明了選擇性激光燒結(jié)工藝(SLS)。SLS使用的材料最廣泛,理論上講幾乎所有的粉末材料都可以打印,如陶瓷、蠟、尼龍,甚至是金屬。 1991 1991年,Helisys推出第一臺疊層法快速成型(LOM)系統(tǒng)。 1992 1992年,Stratasys公司在成立3年后,推出了第一臺基于FDM技術(shù)的3D工業(yè)級打印機。 1992年,DTM公司推出首臺選擇性激光燒結(jié)(SLS)打印機。 1993 1993年,美國麻省理工學(xué)院MIT的Emanual Sachs教授發(fā)明了三維打印技術(shù)(Three-DimensionPrinting,3DP)是類似于已在二維打印機中運用的噴墨打印技術(shù)。3D打印職業(yè)資格認證考培資料 1995 1995年,Z Corporation獲得MIT的許可,并開始開發(fā)基于3DP技術(shù)的打印機。 注意:MIT發(fā)明的三維打印技術(shù)(Three-Dimension Printing,3DP)只是“3D打印”眾多成型技術(shù)中的一種而已。我們通常所說的“3D打印”并非特指MIT的這項3DP技術(shù)。 1996 1996年,3D Systems、Stratasys、Z Corporation(以下簡稱ZCorp)各自推出了新一代的快速成型設(shè)備,此后快速成型便有了更加通俗的稱呼──“3D打印”。 1998 1998年,Optomec成功開發(fā)LENS激光燒結(jié)技術(shù)。 2000 2000年,Objet更新SLA技術(shù),使用紫外線光感和液滴噴射綜合技術(shù),大幅提高制造精度。 2001 2001年,Solido開發(fā)出第一代桌面級3D打印機。 2003 2003年,EOS開發(fā)DMLS激光燒結(jié)技術(shù)。 2005 2005年,ZCorp公司推出世界上第一臺高精度彩色3D打印機Spectrum Z510,讓3D打印從此變得絢麗多彩。 2007 2007年,3D打印服務(wù)創(chuàng)業(yè)公司Shapeways正式成立,Shapeways公司提供給用戶一個個性化產(chǎn)品定制的網(wǎng)絡(luò)平臺。 2008 2008年,第一款開源的桌面級3D打印機RepRap發(fā)布,其目的是開發(fā)一種能自我復(fù)制的3D打印機。RepRap是英國巴恩大學(xué)高級講師Adrian Bowyer于2005年發(fā)起的開源3D打印機項目,如圖所示。該項目的目標(biāo)是使工業(yè)生產(chǎn)變得大眾化,全球各地的每個人都能以低成本打印RepRap的組裝件,然后用打印機制造出日常用品。桌面級的開源3D打印機為轟轟烈烈的3D打印普及化浪潮揭開了序幕。 提示:值得一提的是,RepRap打印機創(chuàng)始人Adrian Bowyer之前的研究領(lǐng)域是3D數(shù)字化幾何建模。 2008年,Objet Geometries公司推出其革命性的Connex500™快速成型系統(tǒng),它是有史以來第一臺能夠同時使用幾種不同的打印原料的3D打印機。 2009 2009年,Bre Pettis帶領(lǐng)團隊創(chuàng)立了著名的桌面級3D打印機公司──MakerBot,MakerBot打印機源自于RepRap開源項目。MakerBot出售DIY套件,購買者可自行組裝3D打印機。國內(nèi)的創(chuàng)客開始了仿造工作,個人3D打印機產(chǎn)品市場由此蓬勃興起。 2010 2010年12月,Organovo公司,一個注重生物打印技術(shù)的再生醫(yī)學(xué)研究公司,公開第一個利用生物打印技術(shù)打印完整血管的數(shù)據(jù)資源。 2011 2011年,英國南安普敦大學(xué)的工程師們設(shè)計和試駕了全球首架3D打印的飛機。這架無人飛機的建造用時7天,費用為5000英鎊。3D打印技術(shù)使得飛機能夠采用橢圓形機翼,有助于提高空氣動力效率;若采用普通技術(shù)制造此類機翼,通常成本較高。 2011年,Kor Ecologic推出全球第一輛3D打印的汽車Urbee。它是史上第一臺用巨型3D打印機打印出整個身軀的汽車。所有外部組件也由3D打印制作完成。 2011年7月,英國研究人員開發(fā)出世界上第一臺3D巧克力打印機。 2011年,i.materialise成為全球首家提供14K黃金和標(biāo)準(zhǔn)純銀材料打印的3D打印服務(wù)商。這在無形中為珠寶首飾設(shè)計師們提供了一個低成本的全新生產(chǎn)方式。 2012 2012年,荷蘭醫(yī)生和工程師們使用LayerWise制造的3D打印機,打印出一個定制的下顎假體。然后移植到一位83歲的老太太身上。這位老太太患有慢性骨感染。目前,該技術(shù)被用于促進新的骨組織生長。 2012年,英國著名經(jīng)濟學(xué)雜志《經(jīng)濟學(xué)人》封面文章(如圖所示),聲稱3D打印將引發(fā)全球第三次工業(yè)革命。 2012年3月,維也納大學(xué)的研究人員宣布利用雙光子光刻(Two-PhotonLithography)突破了3D打印的最小極限,展示了一輛不到0.3mm的賽車模型。 2012年3月,美國總統(tǒng)奧巴馬提出投資10億美元在全美建立15家制造業(yè)創(chuàng)新研究所。 2012年7月,比利時的International University CollegeLeuven的一個研究組測試了一輛幾乎完全由3D打印的小型賽車。車速達到了140km/h。 2012年9月,3D打印的兩個領(lǐng)先企業(yè)Stratasys和以色列的Objet宣布進行合并,合并后的公司名仍為Stratasys,進一步確立了Stratasys在高速發(fā)展的3D打印及數(shù)字制造業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。 2012年10月,來自MIT的團隊成立Formlabs公司,并發(fā)布了世界上第一臺廉價且高精度的SLA個人3D打印機Form 1。國內(nèi)的創(chuàng)客也由此開始研發(fā)基于SLA技術(shù)的個人3D打印機。 同期,中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式宣告成立。國內(nèi)各類媒體開始鋪天蓋地報道3D打印的新聞。 2012年11月,中國宣布是世界上唯一掌握大型結(jié)構(gòu)關(guān)鍵件激光成型技術(shù)的國家。 2012年11月,蘇格蘭科學(xué)家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。 2013 2013年5月,美國分布式防御組織發(fā)布全世界第一款完全通過3D打印制造出的塑料手槍(除了撞針采用金屬),并成功試射。同年11月,美國Solid Concepts公司制造了全球第一款3D全金屬手槍,采用33個17-4不銹鋼部件和625個鉻鎳鐵合金部件制成,并成功發(fā)射了50發(fā)子彈。 2013年,美國的兩位創(chuàng)客(父子倆)開發(fā)出家用金屬3D打印機,基于液體金屬噴射打?。↙MJP)工藝,價格將低于10,000美元。同年,美國的另外一個創(chuàng)客團隊開發(fā)了一款名為Mini MetalMaker(小型金屬制作者)的桌面級金屬3D打印機,主要打印一些小型的金屬制品,比如珠寶、金屬鏈、裝飾品、小型金屬零件等,售價僅為1000美元。 2013年8月,美國國家航空航天局(NASA)測試3D打印的火箭部件,其可承受2萬磅推力,并可耐6,000華氏度的高溫。 2013年,麥肯錫公司將3D打印列為12項顛覆性技術(shù)之一,并預(yù)測到2025年,3D打印對全球經(jīng)濟的價值貢獻將為2~6千億美元。 2014 2014年7月,美國南達科塔州一家名為Flexible Robotic Environments(FRE)的公司公布了最新開發(fā)的全功能制造設(shè)備VDK6000,兼具金屬3D打印(增材制造)、車床(減材制造,包括:銑銷、激光掃描、超聲波檢具、等離子焊接、研磨/拋光/鉆孔)及3D掃描功能。 2014年8月,國外一名年僅22歲的創(chuàng)客Yvode Haas推出了3DP工藝的桌面級3D打印機Plan B,技術(shù)細節(jié)完全開源,自己組裝費用僅需1,000歐元。 2014年10月,國外3名創(chuàng)客成立的Sintratec公司,推出了一款SLS工藝的3D打印機,售價僅為3999歐元。 2015 2015年3月,美國Carbon3D公司發(fā)布一種新的光固化技術(shù)——連續(xù)液態(tài)界面制造(Continuous Liquid Interface Production,CLIP):利用氧氣和光連續(xù)地從樹脂材料中逐出模型。該技術(shù)比目前任意一種3D打印技術(shù)要快25-100倍。
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