3D打印成型技術：看得見摸得着的真實

3D打印成型技術：看得見摸得着的真實

　　想寫點關於3D打印技術的一篇文章，卻又不知道從何說起，那就是我從最開始接觸它的時候說起吧。

　　那還是去年的時候，我在e-works組織的會議上看到了3D打印術，一下子就被吸引了，小小的身體蘊含着巨大的能量，說不驚訝是不可能的，當時也親眼見證了，這個小東西的神奇之處。

　　一轉眼，現在3D打印技術已經開始風靡全球了，所以的人都在期待着它能早點打印出自己想要的東西。能打印出看得見摸得着的真實。

　　3D打印成型技術誕生在20年前，甫一出現就被認爲是設計領域的革命性創新。因爲，該技術讓原型件的製作過程縮短到幾十或幾個小時。

　　此時此刻，記者桌上有一個灰色的名片夾，樹脂質地，結構精巧，陽刻着“Objet”LOGO。這是個其貌不揚的名片夾，恐難吸引身後來往同事的目光。但是，當我告訴你，這個名片夾是由一臺型號爲Objet30的打印機在7個小時之內打印出來的，你會否懷疑自己聽錯？你會否忍不住拿起它細細端詳？

　　你沒弄錯，這就是現在全球流行的3D打印成型技術，一般應用在工業設計領域。汽車、日化、傢俱、電子、醫療、科研……3D打印早就滲入到你的生活，只是你之前不知道。

　　設計人員的“眼見爲實”

　　如果好友給單身的你介紹了一個女朋友，你會只憑着一張照片就認定她合不合眼緣嗎？一定不會，結論一定是在見過真人後才下的。

　　設計界也一樣，若設計一臺機車發動機，一定要事先鑄造出鑄型，後慢慢研究；若設計一款飲料瓶，定會做出實體模型看實際效果。

　　用木材或金屬加工出原型件的過程往往耗費少則幾周，多則幾月。而如果嫌週期過長而跳過這一過程，很可能會漏過設計上的缺陷，到最後還要回過頭來重新修改，開發速度不增反降。

　　3D打印成型技術誕生在20年前，甫一出現就被認爲是設計領域的革命性創新。因爲，該技術讓原型件的製作過程縮短到幾十或幾個小時。“我們已經縮短了5到6周的臨牀試驗設備生產時間。”Lvivi公司的首席技術官DiMino說。

　　因爲快速，製作高質量的仿真原型的成本也較爲低廉，意味着設計團隊可以在項目過程中實現原型檢測，這在過去幾乎是不可行的。

　　俗話說眼見爲實，但在設計人員的概念裏，眼見爲實往往指的是觸感。現在出現的虛擬現實等仿真技術，通過運算可以使我們看到設計原型的3D視頻，觀察角度隨時更換。但是，設計師們還是會在這之後製出原型件，作爲傳達產品感觀、觸感及運作模式的載體。

　　“客戶會說：‘你打出的原型是我描述的樣子，但現在看見了實物，我想X、Y或Z的地方還是需要修改’。”Orchid Design公司的邁克勞林說在使用了3D打印機之後的經歷。

　　“鐵盒子”是怎麼工作的？

　　Objet是一家以色列公司，是成功噴射聚合體材料的第一家公司。Objet 在2000年初推出擁有專利的 PolyJetTM技術，目前世界500強企業中很多都在用其設備。

　　記者在展示現場，見到了他們生產的打印機和諸多打印出的模型。3D打印機並不神祕，它的外形和你公司的打印機看不出太多差別，方方正正的“鐵盒子”。而這些打印機能打印出的模型之精細超越想象，玩具人偶，人頭骨模型，鏤空花瓶，手機模型，汽車發動機模型，除了材質，幾乎跟實物並無二致。

　　這些精細的原型是如何被“活生生”打印出的呢？想一下，一座房子是怎麼用一塊塊紅磚砌起來的。

　　Objet中國區總經理汪祥艮告訴本報記者，打印機噴頭噴射出的是一種光敏樹脂材料，噴頭沿X軸方向來回運動，就好像一臺行式打印機，同時噴射出一層非常薄的樹脂在工作成型托盤上。

　　當樹脂被噴射到成型托盤上後，UV紫外線固化燈沿着噴頭工作的平臺射出UV紫外光，立即成型和固化每層的光敏樹脂材料，此步驟避免了使用其他成型技術需後期另外加工固化材料的過程。

　　完成一層的固化工作後，設備內置的成型托盤將會精確的下降一個高度，打印噴頭將繼續噴射光敏樹脂進行下一層的打印和固化。一層一層，如此反覆，直到整個模型打印製作完成。

　　“打印機的噴嘴口徑爲42微米，噴射出非常微小的樹脂液滴，層厚只有16微米，目前爲業界最薄。因此無論打印出的模型多麼複雜，其表面都是光滑平整。”汪祥艮說。

　　成型模型的過程中使用了兩種不同種類的光敏樹脂材料，一種用來生成實際模型，另一種是類明膠狀的用來作爲支撐。這種支撐材料由程序控制被精確地添加到複雜成型結構模型的所需位置。例如一些懸空，空腔，底切，複雜細節結構和薄壁等結構。當完成整個打印成型過程後，用內置水槍就可容易滴去除這些支撐材料，留下光滑整潔的成型件。

　　它還能做些什麼？

　　目前，3D打印機的主要作用還是使製造商和工業設計師降低產品開發週期的成本，並大大縮短新產品的上市時間。

　　但我們也可以對該技術有新的期許，比如去年9月，世界上第一輛“打印汽車”就曾亮相加拿大，那輛3D“打印汽車”名叫Urbee，是一輛三輪、雙座混合動力車。它使用電池和汽油作爲動力。雖然單缸發動機制動功率只有8馬力，但由於其小巧輕便，最高時速可達112公里。

　　我們完全可以想象，在未來的某天，家裏某處螺栓鬆了，可是手頭沒有工具，於是你用家用3D打印機打出一個多用扳手。孩子長高了，原來的自行車有些小，於是你打印了一輛大點的。也許你覺得有些不現實，可是二十年前你是否做過擁有一臺打印機的夢？

　　3D打印機“複製”宇宙飛船

　　據國外媒體報道，美國國家航空航天局正在研究一項被稱爲“未來3D打印宇宙飛船”的技術，擁有了可3D打印的各種空間飛行器是個巨大的科技突破，美國國家航空航天局探索能否通過“打印複製”出廉價的機器人宇宙飛船，配備上相關的電子設備對宇宙進行探索，該想法如果成功實現，那將是對空間探索領域革命性的突破。目前，可打印的各種電子器件已經被大衆所熟知，它們由噴墨打印機使用特殊的液體“複製”出導電通道、晶體管、電路甚至是光伏電池，比如Kapton薄膜就是一種聚酰亞胺薄膜，是性能非常好的絕緣材料，其由杜邦集團生產，可在較大的溫度變化範圍內保持穩定性。

　　通過這個技術，科學家就能“複製”出供機器人宇宙飛船使用的大量電子設備，包括了在探索天體途中使用到的各種傳感器，比如科學信息收集設備、數據處理、下行傳輸數據鏈以及通信系統。根據位於加利福利亞州帕薩迪納的美國國家航空航天局噴氣推進實驗室科學家坎德拉·舒爾特介紹：對於可3D打印的宇宙飛船，較爲瘋狂的一點是，即沒有任何結構可言，整艘宇宙飛船基本上就是一張紙。

　　世界首例3D打印下頜移植手術

　　據英國《每日郵報》報道，世界上首例由3D打印技術製作的人工下頜骨移植手術細節日前公佈。移植手術於去年6月在荷蘭進行，接受移植的病人是名患有骨髓炎的83歲女性。術後她的恢復狀況良好，新的下頜骨並未影響她的語言表達和進食能力。

　　這項新的人造骨骼3D打印技術由比利時公司LayerWise和比利時哈瑟爾特大學的科研人員共同開發研製，而器官制作過程被稱爲“疊加製作法（AM）”。通過該方法，技術人員可根據移植患者的具體需求來設計骨骼部件的效果圖，然後利用高精度的鐳射槍來熔解鈦粉，並將它們一層層地噴塗疊加起來，最終形成一個立體的人造骨骼部件成品。整個過程不需要任何的膠水或粘結劑。

　　據哈瑟爾特大學的尤勒斯·波肯斯教授介紹，作爲世界上首例“訂製”人造骨骼部件，這項先進製造技術在醫學領域裏的應用無疑是一項創舉。因爲通過該技術製作的人造骨骼不僅精準度高，而且其設計過程中還考慮到了患者術後其他相關生理機能的恢復與發展。

　　“去年6月的那次下頜骨移植手術非常成功，用時不到4小時。術後，患者在麻醉劑藥效減退後，就已經可以張嘴說出一些簡單的詞彙，並且隔天就可以正常的對話和吞嚥了。一般，類似的手術過後需要住院觀察14至28天，但這位患者由於恢復情況良好，術後4天便出院了。”波肯斯教授說。