《電子技術(shù)應(yīng)用》
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3D打印改变世界 未来将重塑人类生活

2015-12-03

  雖然我們對(duì)3D技術(shù)還停留在電影視覺(jué)層面,但未來(lái)若干年后,它可能會(huì)全面入侵我們的生活。

  如果要用一天來(lái)描述3D打印和我們的關(guān)系,那么它可能是這樣的——

  早上起床,當(dāng)你用3D打印牙刷刷牙時(shí)(哦,你的牙齒也可能是3D打印的),3D食品打印機(jī)已經(jīng)為你準(zhǔn)備好了早餐用的面包或蛋糕。

  如果不想擠公交或地鐵,你可能會(huì)選擇騎自行車上班。一般說(shuō)來(lái),一輛自行車的零部件,需要由多個(gè)工廠制造生產(chǎn),而后進(jìn)行組裝,但這輛自行車卻是用3D打印機(jī)一次成型打印出所需的零件,如車輪、軸承和車軸,而采用的尼龍材料,不僅堅(jiān)固程度與鋼鋁材料不相上下,重量還減輕了至少一半以上。

  一路上這樣的自行車已經(jīng)引不起任何注意了——因?yàn)榇蠼稚巷L(fēng)馳電掣的汽車,甚至頭上掠過(guò)的飛機(jī),都是3D打印的產(chǎn)物。

  這一天如果是某個(gè)朋友的生日,一個(gè)3D打印的縮小版人像可能是送他(她)的最好禮物。

  至于晚上的生日派對(duì),完全用不著為穿哪一件禮服、會(huì)不會(huì)撞衫而煩惱,因?yàn)槟阃耆梢愿鶕?jù)你的設(shè)計(jì),3D打印出一套完全符合你的禮服……

  如果要用一生來(lái)描述3D打印和我們的關(guān)系,那么它可能是這樣的——

  在你還是孩子的時(shí)候,你已經(jīng)玩厭了那些大商場(chǎng)里統(tǒng)一規(guī)格生產(chǎn)出來(lái)的玩具,例如恐龍的尾巴為什么不可以再長(zhǎng)一點(diǎn)?白雪公主一定要是溫和美麗的嗎?打開(kāi)電腦,修改幾個(gè)數(shù)據(jù),傳送到某個(gè)3D打印平臺(tái),沒(méi)幾天,跟別人不一樣的專屬于你的玩具就會(huì)送貨上門(mén)。

  當(dāng)你長(zhǎng)大成人,成家立業(yè),卻厭倦了鋼筋水泥的都市公寓,終于找到一塊山清水秀的地方,想蓋一間屬于自己的房子,但煩瑣的細(xì)節(jié)、漫長(zhǎng)的工期都可能讓你覺(jué)得崩潰,最終,你可能會(huì)選擇3D打印一幢別墅——它只需要幾天時(shí)間,而費(fèi)用只需傳統(tǒng)建造方式的一半。

  當(dāng)你步入老年,身體器官漸漸出現(xiàn)老化,比如胃或者肝臟,可能需要切除一部分,也可能需要移植,而因?yàn)?D生物打印技術(shù)的發(fā)展,可以打印出與你匹配的身體器官……

  這一切聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)不可思議?在杭州市3D產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)、先臨三維科技股份有限公司副總經(jīng)理黃賢清看來(lái),不久的將來(lái)這就是真實(shí)的存在,況且,其中一部分已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

  3D打印是什么?

  它是傳統(tǒng)制造方式的一場(chǎng)變革

  3D打印到底是什么?

  對(duì)于這個(gè)學(xué)術(shù)性很強(qiáng)的問(wèn)題,國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)曾在今年8月專門(mén)召開(kāi)了一次專題學(xué)習(xí)。這次被稱為“國(guó)課第一課”的講授者,是西安交通大學(xué)的盧秉恒教授。

  李克強(qiáng)總理聽(tīng)完講座后認(rèn)為,我國(guó)自然資源稟賦不足,人均占有量低于世界平均水平,如果能廣泛應(yīng)用3D打印技術(shù),就可以減少資源能源消耗,有力推動(dòng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。

  為什么會(huì)這么說(shuō)?黃賢清說(shuō),這要從制造方式的變革說(shuō)起。

  制造方式的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。一種是等材制造,即我們通常說(shuō)的“模具制造”,通過(guò)鑄、鍛、焊等方式制造產(chǎn)品,材料重量基本不變,但眾所周知的是,開(kāi)模費(fèi)用較大。

  第二種是減材制造,即對(duì)材料進(jìn)行切削加工,以達(dá)到設(shè)計(jì)形狀,這會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

  相較于有著3000多年歷史的“等材制造”和300多年的“減材制造”,距今只有30年的3D打印是一種“增材制造”,即通過(guò)技術(shù),使粉末狀金屬或塑料或者其他可黏合材料,一點(diǎn)點(diǎn)累加,形成需要的形狀。

  “玩具生產(chǎn)商或牙科醫(yī)生在完成一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),只要把模型、數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上,幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就能打印出其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,反復(fù)修改后再投入到規(guī)?;纳a(chǎn)線制造,這種樣品制作方式相比傳統(tǒng)的模具制作極大地節(jié)約了時(shí)間和材料成本?!彼f(shuō)。

  這一技術(shù)起源于上世紀(jì)80年的“快速成型”技術(shù),最初應(yīng)用于航天、軍用領(lǐng)域。直到1992年,美國(guó)的3D打印機(jī)制造商Stratasys賣出第一臺(tái)商業(yè)化產(chǎn)品,此后,3D打印市場(chǎng)在北美和歐洲急劇增長(zhǎng),美國(guó)《時(shí)代》周刊將其列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”,英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為它將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命。

  從這些年的發(fā)展看,3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展,工業(yè)制造、食品、建筑、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域的應(yīng)用案例不斷涌現(xiàn),如3D打印混凝土、無(wú)人飛機(jī)、手機(jī)、巧克力等。在歐美國(guó)家,一些知名的3D打印企業(yè)已經(jīng)推出了工廠級(jí)別的3D打印平臺(tái),能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的定制化制造。

  這塊蛋糕有多大?

  最大潛力可能來(lái)自于個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域

  對(duì)于3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國(guó)家層面已經(jīng)給予足夠的重視。

  據(jù)了解,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)城市通過(guò)建設(shè)3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心來(lái)推進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)?!澳壳叭珖?guó)共有兩千余個(gè)縣市,如果每個(gè)縣市都建設(shè)一個(gè)3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心,服務(wù)于當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)和創(chuàng)客創(chuàng)業(yè)者,每個(gè)3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心將產(chǎn)生千萬(wàn)級(jí)別的市場(chǎng)價(jià)值,那么單純線下3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心建設(shè)會(huì)有近千億的市場(chǎng)。”黃賢清說(shuō)。

  而在黃賢清看來(lái),3D打印作為一個(gè)最新技術(shù),雖然目前更多運(yùn)用在工業(yè)制造領(lǐng)域,但最大的潛力是在個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域,這個(gè)爆發(fā)點(diǎn),他認(rèn)為“不會(huì)用太久”。

  他的自信之一來(lái)源于公眾對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品的需求?!半娚唐脚_(tái)滿足了大眾基礎(chǔ)的、對(duì)同質(zhì)化產(chǎn)品的需求,而3D打印滿足的,一定是個(gè)性化需求。”他肯定地說(shuō)。

  從目前的行情來(lái)看,工業(yè)用3D打印機(jī)的售價(jià)至少百萬(wàn)元以上,而家用3D打印機(jī)只需要幾千元。和當(dāng)年互聯(lián)網(wǎng)興起的年代不一樣,“每個(gè)人都完成了一定程度的財(cái)富積累,為滿足個(gè)性化需求提供的物質(zhì)保證?!币虼?,他認(rèn)為3D打印在消費(fèi)領(lǐng)域的普及速度,可能會(huì)超過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的普及速度。

  而互聯(lián)網(wǎng)的普及及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍的興起,為普通人參與這場(chǎng)制造業(yè)的變革提供了可能。

  “理論上講,只要你擁有3D打印設(shè)備,在任何地方,任何人都可以成為制造者或是創(chuàng)業(yè)者??梢哉f(shuō),3D打印實(shí)現(xiàn)了全民創(chuàng)新的通途?!?/p>

  先臨三維目前正在做的戰(zhàn)略舉措之一,就是建立并完善面向大眾的“3D客”數(shù)據(jù)平臺(tái)。這是一個(gè)連接3D打印資源的平臺(tái),你可以上傳產(chǎn)品數(shù)據(jù),供別人下載打印;也可以展示打印好的產(chǎn)品,供人購(gòu)買,等等。

  產(chǎn)業(yè)化之路還有多遠(yuǎn)?

  期待消費(fèi)需求推動(dòng)技術(shù)發(fā)展

  在先臨三維的3D打印作品展示廳里,精美鏤空的高跟鞋、五顏六色的兒童城堡、形態(tài)逼真的恐龍骨架……讓人無(wú)法相信這是“打印”出來(lái)的。

  “從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō),3D打印包含了軟件、掃描、生產(chǎn)、打印、設(shè)備幾個(gè)環(huán)節(jié),”黃賢清說(shuō),目前對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展起重要作用的,是耗材。

  據(jù)介紹,目前3D打印的耗材非常有限,現(xiàn)有市場(chǎng)上的耗材多為石膏、塑料、可黏結(jié)的粉末顆粒、光敏樹(shù)脂、沙土等,制造精度、復(fù)雜性、強(qiáng)度和質(zhì)感都達(dá)不到高要求,目前主要應(yīng)用于模型、玩具等輕工業(yè)民用產(chǎn)品領(lǐng)域,離高精度“打印”還差得很遠(yuǎn)。

  這兩年,隨著可供打印使用的耗材不斷拓展,3D打印也逐漸從樣品制作向成品制作轉(zhuǎn)變。2011年,鈦合金和不銹鋼材料的使用,使波音公司開(kāi)始用這種技術(shù)直接打印飛機(jī)機(jī)翼。

  不過(guò),黃賢清認(rèn)為,材料技術(shù)不是問(wèn)題。在他看來(lái),需求是目前3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最迫切問(wèn)題,“3D打印產(chǎn)品的消費(fèi)需求一定會(huì)推動(dòng)材料革命,技術(shù)瓶頸一定會(huì)迎刃而解?!?/p>

  而需求需要政府和3D打印企業(yè)共同來(lái)推動(dòng),而最有效的方法是3D打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。據(jù)了解,明年春季學(xué)期開(kāi)始,“3D打印集成系統(tǒng)教學(xué)課程”將大規(guī)模進(jìn)入云南中小學(xué)課堂,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)意能力,而在浙江,蕭山中學(xué)、杭州安吉路實(shí)驗(yàn)學(xué)校等也已經(jīng)牽手先臨三維將3D打印引進(jìn)教學(xué)。

  “一頭從學(xué)校培育3D打印產(chǎn)品的消費(fèi)興趣,另一方面教會(huì)企業(yè)3D打印的技術(shù),當(dāng)需求和技術(shù)對(duì)接上,也就迎來(lái)了爆發(fā)點(diǎn)?!秉S賢清說(shuō)。

  對(duì)于3D打印可能出現(xiàn)的道德倫理問(wèn)題,黃賢清說(shuō),國(guó)外已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)規(guī)定,比如不可以打印槍支,在生物領(lǐng)域,你只可以打印一個(gè)器官,但不可以打印整個(gè)人體?!半S著3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,相信我們國(guó)家很快也會(huì)出臺(tái)類似的法律法規(guī)?!彼f(shuō)。


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