日新月异的3D技术

来源:羊城晚报| 2015-03-28 13:14:28| 作者:克莉斯汀

  瑞士苏黎世联邦理工学院研发的最新3D生物打印技术可利用细胞组织打印出一只耳朵或一个鼻子

PLEN2机器人主要部件全部采用3D打印

设计师 Miguel Valenzuela从乐高玩具获得灵感,开发出3D打印的食物系列

荷兰设计师Pauline van Dongen打印出能随身体活动而作出“响应”的服装

英国首架装配3D打印金属零件的“旋风”战机试飞成功

  □克莉斯汀

  3D打印技术真正步入市场,不过几年间的事,然而现在3D打印行业的市场价值据美国专业机构的初步统计,已达到20多亿美元。专家们预计,到2021年,3D打印的规模会是现在的5倍。届时,我们的衣食住行可能都已是用3D打印解决,甚至我们飞向外太空的梦想、肢体再生的理想等,也可能依赖3D打印来实现。

  如今的3D打印,不仅打印的内容在不断更新,从打印玩具到打印假牙,再到打印汽车、飞船……根据内容的需要,各种材质也纷纷加入打印队伍,为3D打印提供了更多可能。

  以下你便会看到一些稀奇物件:3D打印的房子、泳衣、机器人、战斗机,甚至是用人体细胞打印出的鼻子!

  打印材料不断出新

  如果你对打印的认识还只是停留在用油墨打印到纸张上,那只能说你“实在是太老土了”!现在的3D打印技术几乎能将你想到的任何东西都完美地打印出来,而且还是完全立体的。这一想法,当然是基于打印材料的日新月异。比如,目前人们已经开始把金属、粘土、木头等种种材料应用于3D打印。接下来,还会有更多新材料被引入3D打印,人类的生活将会提升到另一个新阶段。

  用混凝土打印房子

  美国南加州大学开发的“轮廓工艺”3D打印技术,如今已得到美国航天局出资赞助,因为他们可以在24小时内打印出一栋两层楼高、约232平方米的房子。

  只需要先设计好图纸,一台像桥式起重机的3D打印机器人就可以在选好的地址上一层层地盖楼——其实就是用3D打印机喷嘴喷出高密度、高性能混凝土,逐层打印出墙壁和隔间、装饰等,再用机械手臂完成整座房子的基本架构。全程由电脑程序操控。

  这种建筑方式相当节省材料,因为他们打印出来的墙壁都是空心的,所以可以节省20%-25%的资金和25%-30%的材料。虽然质量更轻,墙壁的强度系数却远远超过了传统房屋——约为10000psi(即每平方英寸能够承受10000磅压力)。此外,还节省了人力,也减少了二氧化碳的排放。

  用金属打印飞机零件

  用先进的激光技术先把金属粉碎成细末,再通过打印机重新组合塑型,不仅造型可以随心所欲,而且通过打印过程的再加工,可能打造出的金属物件还会更加耐用。

  于是有人用金属打印汽车、飞机零件,在这个过程中,3D打印技术最突出的优点就是无需机械加工或模具,能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体,从而极大缩短产品的研制周期,提高生产效率和降低生产成本。

  用石墨烯打印电池

  澳洲石墨矿公司Kibaran Resources与3D打印公司3D Group还共同研发出石墨烯在3D打印市场中的应用。

  通过注入石墨烯打印原型电池,仅用部分传统装置成本便制造出石墨烯微型超级电容,其充电和放电速度比普通电池快1000倍,并能够存储更多的电能。

  用虾壳打印创可贴

  有科学家甚至用一种从虾的外壳和蚕丝中提取的蛋白制成的新材料“Shrilk”,通过3D打印来生产医药伤口敷料和可迅速降解的包装品替代材料,这也是一种成本低,又环保,并且具有生物相容性的新材料。

  用人体细胞打印鼻子

  最不可思议的是,最近研究人员还开发出用培养人体细胞来重塑人体器官的技术:比如,9岁的Kieran Sorkin,利用自己肋骨的软骨组织重获自己的耳朵。

  完成这一壮举的瑞士苏黎世联邦理工学院的3D生物打印技术团队,通过将生物聚合物和软骨细胞重组,打印出与人体不会产生排斥的假体组织,帮助病人把外科移植手术的负面影响降到最低。他们先从病人身体(膝盖或手指)上采集活体细胞,进行人工培养繁殖,这个过程中会添加一些生物高聚合物,最后把这些材料放置到打印机的注射器中进行假体打印——这台特殊的3D打印机拥有一个支持8根注射器的转轮,每根注射器都可以装入相应的生物材料——然后在计算机控制下,在机床上一层层地打印,最后成形一个软骨鼻子——整个过程大概需要16分钟。

  实际上,在人体中移植这些假体后,人类的细胞组织会慢慢“吞噬”它,几个月后就会呈现出正常的轮廓。不过用3D打印的假肢与身体吻合的地方会留下一些疤痕,因为这个过程会需要做些缝合。

  你能想到的,都能打印

  有了材质的基础,人们更加能够发挥想象力——你想到什么,打印出来就好了!比如机器人、汽车、战斗机……甚至是食物。

  有人打印了牙齿——扫描测量出牙齿的合适大小、位置后,剩下的事就交给3D打印机便好。这样打印出的假牙、牙套会更配合个人口腔特点;有人打印出了汽车的外壳、座椅、底盘、方向盘、刹车板、挡泥板和轮胎,如果配上一个发动机,汽车或许就可以上路了;还有人打印出了无人机,飞行速度能达到每小时约64公里,续航能力长达45分钟。

  3D打印飞机

  英国航空航天系统公司最近宣布,一架首次装配3D打印金属零件的旋风式战斗机已在英国试飞成功。这次试飞的飞机有不少3D打印部件,其中包括驾驶舱无线电防护罩、起落架防护装置和进气口支架。

  使用这种新技术将为英国空军今后4年里在维修飞机方面节省1100万元人民币。而且据该公司介绍,这次的飞机零件都是在位于英格兰东部的英国皇家空军基地生产,部分零件造价甚至不到1000元人民币。

  3D打印服装

  3D打印服装已不新鲜,重要的是它怎样才能穿着舒适,因为用于3D打印的材料通常较硬,很容易破裂。

  荷兰设计师Pauline van Dongen尝试用3D技术打印出穿着服帖、还能随身体活动而作出“响应”的服装。最后她设计出了一种装上了多个镍钛合金打印的弹簧的塑料服装——镍钛合金具备形状记忆的特性,在某个温度下,它会变形,当温度恢复,它又会恢复原状。

  这种服装以弹簧式结构缠绕在人的身体之上,模特行走起来,会有一种深海珊瑚在海中移动的美感。

  3D打印机器人

  看过电影《超能陆战队》吧?里面那个小男孩设计的小机器人可以随意组合,带来了运输、建造等行业的革新。最妙的是,这种小机器人可以用一台打印机批量生产。

  其实,号称“第一个可以打印出来的机器人”已经诞生了。这个高机动性能的PLEN2机器人,包括控制板、伺服电机及配件,用一把螺丝刀就可以组装完成,不需要任何技术知识或特殊工具,然后使用智能手机、PC,通过传感器设备,用身体动作、表情、脑电波等即可操控它。当然最重要的是,它的主要部件可以通过3D打印完成。

  PLEN2可以轻松编程、添加功能,还可以搬运小东西、跳舞、踢足球……所以低龄孩子们也可以体验自己组装机器人的乐趣了。

  3D打印美食

  下次在餐厅点餐时,如果发现盘子里的肉块模样几乎一模一样,不要惊讶,它可能就是3D打印出来的。

  设计师Miguel Valenzuela关于这种3D打印食物的灵感来源于他的女儿——有一次,女儿误会了他说的一番话,以为他要用乐高做一款打印薄饼的机器,于是他就决定要真正做一台可以打印食物的机器。

  这款打印机还可以在平底锅上直接喷射面糊,打印出数码图片上的图形。制作一些比较复杂的饼干造型,对它来说也轻而易举。

  在未来,它还可以根据每个人特定需求来完美定制出产品,比如剔除食物中可能会令人过敏的成分。

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责任编辑:AP010

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