工作原理與普通打印機(jī)無(wú)異，只是打印材料不同
由成龍主演的電影《十二生肖》有這樣一個(gè)情節(jié)：被盜走的國(guó)寶十二生肖頭像數(shù)據(jù)被電腦掃描后，一模一樣的獸首就可以從一臺(tái)神奇的機(jī)器上制造出來(lái)。——這個(gè)情節(jié)簡(jiǎn)單地介紹了3D打印的流程，看上去似乎很簡(jiǎn)單，并沒(méi)有什么特別。
3D打印機(jī)究竟是什么原理呢？它和傳統(tǒng)打印機(jī)有何區(qū)別？和雕刻技術(shù)又有何不同？
說(shuō)起它的原理，其實(shí)一點(diǎn)都不復(fù)雜，其運(yùn)作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)工作原理基本相同，也是用噴頭一點(diǎn)點(diǎn)“磨”出來(lái)的。只不過(guò)3D打印它的噴的不是墨水，而是液體或粉末等“打印材料”，利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。
對(duì)此，中科院廣州電子科技有限公司的技術(shù)人員王宏偉把它比喻成切西瓜和疊西瓜的過(guò)程，“你可以想象一下，這里有一個(gè)西瓜被電腦掃描了之后，它的身高、體重、三圍都有很詳細(xì)的數(shù)據(jù)了，然后在根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)把西瓜分割成無(wú)數(shù)個(gè)薄薄的橫截面，3D打印機(jī)就是把這些無(wú)數(shù)個(gè)橫截面疊加成一個(gè)西瓜的過(guò)程。”
3D打印過(guò)程就像切西瓜和拼西瓜
這里的“西瓜切片”要比我們實(shí)際所見(jiàn)的西瓜片薄很多，據(jù)王宏偉介紹說(shuō)，目前根據(jù)使用材料的不同，3D打印的切片最薄的達(dá)到16微米，也就是0.016毫米，相當(dāng)于比我們頭發(fā)直徑的一半還要薄，用肉眼是看不到的。如此精細(xì)的工藝，還主要集中在3D制造工藝相對(duì)成熟的國(guó)外產(chǎn)品上，而國(guó)內(nèi)3D打印機(jī)的切片厚度通常都在0.178毫米以上。
當(dāng)然，如此輕薄的切層，想要堆積起來(lái)并不是一件容易的事兒，目前實(shí)現(xiàn)堆疊薄層的技術(shù)也多種多樣，王宏偉簡(jiǎn)單地介紹了兩種技術(shù)方法：“有一種叫立體光刻，比如以色列的Object公司3D打印機(jī)，就是將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴在鑄模托盤上，然后經(jīng)紫外線處理，托盤依次下降極小的一層，以供下一層堆疊上來(lái)。因?yàn)檫@種技術(shù)要求非常精細(xì)，因此生產(chǎn)出來(lái)的樣品不需要打磨，表面就非常光滑。”此外，王宏偉把常用的“熔積成型”比喻成“擠牙膏”：“牙膏管的口就類似3D打印機(jī)的噴頭，牙膏就類似3D打印的原材料，原材料在噴頭內(nèi)經(jīng)過(guò)熔化，最后沉積成塑料纖維形成薄層。”
簡(jiǎn)單而言，3D打印機(jī)做的是“加法”，把一層一層疊加起來(lái)形成成品，而傳統(tǒng)的模具制造采用的是雕刻手法，在一整塊材料上，把不需要的部分剔除最后成型。顯然，前者更加環(huán)保，也更加有效率。
國(guó)內(nèi)可用材料有限，主要打印工業(yè)塑料
跟傳統(tǒng)打印機(jī)不同的是，3D打印機(jī)使用的材料并非是“墨水”，而是液態(tài)或者粉末材料。據(jù)王宏偉介紹說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的3D打印機(jī)能使用的材料非常有限，主要是具有高強(qiáng)度、耐沖擊、耐熱度等特點(diǎn)的工業(yè)塑料，集中在PC和PC-ABS 這兩種。這兩種材料在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，例如工地上的安全帽和汽車上的方向盤，都有可能是這兩種材料制造的。
不過(guò)，3D打印材料在國(guó)外的研發(fā)則更為多樣和先進(jìn)，除了上述材料，國(guó)外3D打印機(jī)還會(huì)使用光敏樹脂、金屬、石膏、生物陶瓷等材料。美國(guó)就有研究人員用磷酸鈣生物陶瓷曾經(jīng)打印出人體骨骼，并在小狗身上做了實(shí)驗(yàn)，小狗完好地生存了下來(lái)。
今年2月，美國(guó)康奈爾大學(xué)發(fā)表報(bào)告稱，利用3D打印機(jī)打印出人造耳朵。那么，這種人體器官又是用什么材料制造而成呢？
據(jù)悉，美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員首先利用快速旋轉(zhuǎn)的3D相機(jī)拍攝數(shù)名兒童現(xiàn)有耳朵的三維信息，然后將其輸入計(jì)算機(jī)，3D打印機(jī)會(huì)據(jù)此打印出耳朵模子。研究人員在模子中注入特殊的膠原蛋白凝膠，這種凝膠含有能生成軟骨的牛耳細(xì)胞。此后數(shù)周內(nèi)，軟骨逐漸增多并取代凝膠。3個(gè)月后，模子內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)具有柔韌性的人造外耳，其功能和外表均與正常人耳相似。
除此之外，英國(guó)也有機(jī)構(gòu)在嘗試通過(guò)3D打印機(jī)來(lái)打造人體的干細(xì)胞，從而突破諸多醫(yī)學(xué)難題。不過(guò)，對(duì)此，中科院廣州電子科技有限公司董事長(zhǎng)、研究員李耀堂就表示：“3D打印離人體器官實(shí)用化的道路非常漫長(zhǎng)，例如一個(gè)腎臟，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，很多血管，這些東西目前是無(wú)法打印出來(lái)的。”
談資
1. 3D打印與普通打印機(jī)的區(qū)別
無(wú)論是3D打印機(jī)還是傳統(tǒng)打印機(jī)，都稱為打印機(jī)，工作原理基本相同。它們最大的差別就在于耗材不同，普通打印機(jī)的耗材是由傳統(tǒng)的墨水和紙張組成的，而3D打印機(jī)主要是由膠水和粉末組成的，都是經(jīng)過(guò)特殊處理的材料，但是對(duì)固化反應(yīng)速度和模型強(qiáng)度以及分辨率都有很大關(guān)系。
2.世界上最小的
3D打印機(jī)
世界上最小的3D打印機(jī)是由維也納大學(xué)的研發(fā)小組只花費(fèi)了1200歐元(約1.1萬(wàn)元人民幣)組裝的打印機(jī)，由于他們完美的設(shè)計(jì)，成本被大大降低，打印機(jī)大小也比預(yù)計(jì)的要小得多。
它的外形只有牛奶盒大小(當(dāng)然我們說(shuō)的是大盒裝的)，重量?jī)H有3.3磅(約1.5公斤)，是世界上最小的3D打印機(jī)。
3.打印玩具
最快20分鐘
3D打印機(jī)被很多人應(yīng)用在給小孩子大玩具上，目前，最大能打印出15厘米×15厘米規(guī)格的玩具，空心的玩具最快只需要20分鐘，實(shí)心的最慢也只需要三四個(gè)小時(shí)即可打印好，在材料成本方面也只需要幾十元，和普通玩具售價(jià)差不多。
4.美國(guó)打印槍支
需安裝金屬釘
美國(guó)已有網(wǎng)站上載了槍支的三維數(shù)據(jù)模型，網(wǎng)民花3000美元買臺(tái)3D打印機(jī)，下載了槍支數(shù)據(jù)模型在家就能打印槍支。這種槍支是塑料制品，使用壽命短，可以逃避槍支金屬檢測(cè)，具備殺傷能力。美國(guó)已規(guī)定3D打印的槍支一定要加入一顆金屬釘，使其不能逃避槍支金屬檢測(cè)。
5.能打印食物嗎？
在這里，食物僅僅是一些分開存放的不同粉末。這些不同的粉末加上油和水，然后通過(guò)3D打印機(jī)制造出不同風(fēng)味的食物。3D食物打印機(jī)由軟件控制，能夠打印出任何你想要的食物。
6.3D打印的材料貴嗎?
打印材料根據(jù)種類和國(guó)內(nèi)國(guó)外生產(chǎn)有所不同，譬如同樣的ABS塑料的材料，國(guó)內(nèi)廠家售價(jià)在幾百元每公斤，國(guó)外廠家的售價(jià)在上萬(wàn)元每公斤。
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