最近，“三維（3D）打印”一詞持續(xù)升溫，不斷涌向各大IT門戶網(wǎng)站，歐美國家更有專家認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)代表著制造業(yè)發(fā)展的新趨勢。美國《時(shí)代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”，英國《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)模式一起推動實(shí)現(xiàn)新的工業(yè)革命。從實(shí)際應(yīng)用上來說，用3D打印技術(shù)進(jìn)行機(jī)械制造已經(jīng)成為激動人心的現(xiàn)實(shí)。實(shí)際上，16名比利時(shí)工程師近日就利用3D打印機(jī)制造了一輛全尺寸賽車，并完成測試。
新型技術(shù) 幻象成真
美國科幻作家羅伯特·�？死�(jīng)描寫過關(guān)于“萬能制造機(jī)”的場景。這是一臺奇特的大機(jī)器，機(jī)身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機(jī)器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑為4英寸。”接到指令，機(jī)器發(fā)出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現(xiàn)了一顆閃光發(fā)亮已經(jīng)制好的螺帽。
也許羅伯特沒有想到如今一臺3D打印機(jī)已經(jīng)將他書中的幻境變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，那么什么是3D打印機(jī)呢？我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個(gè)機(jī)器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。
據(jù)華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升介紹說，這項(xiàng)立體打印技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代的美國，當(dāng)時(shí)命名為快速制造技術(shù)。其實(shí)“3D打印”是通俗叫法，學(xué)術(shù)名稱為快速成型技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)。
前景廣闊 問題猶存
在3D打印技術(shù)可以打印器官、汽車、飛機(jī)的今天，它還在創(chuàng)造無限的可能。著名的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》最近描述了3D打印技術(shù)的前景是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成新的工業(yè)革命。史玉升也表示說：“3D打印技術(shù)將來會促進(jìn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造模式，只是如今還沒有大范圍的推廣和應(yīng)用。隨著3D打印技術(shù)的成熟和社會的發(fā)展，制造業(yè)的跨越式發(fā)展指日可待。”那么業(yè)內(nèi)人士緣何如此看好3D打印技術(shù)？
首先3D打印技術(shù)可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。史玉升介紹說：“過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個(gè)毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料融化灌進(jìn)去得到這樣的零件，這樣對復(fù)雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術(shù)對于復(fù)雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術(shù)可以打印非常復(fù)雜的東西。”其次實(shí)現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時(shí)間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍工、核電領(lǐng)域。再次由于制造準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。
這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如今3D打印機(jī)已經(jīng)在建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配件、動漫模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用。尤其在飛機(jī)、核電和火電等使用重型機(jī)械、高端精密機(jī)械的行業(yè)，3D打印技術(shù)“打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接的，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。
伴隨著3D打印技術(shù)繁榮的背后，其本身仍然存在一些問題。國務(wù)院學(xué)位委員會李德群認(rèn)為這種技術(shù)目前還局限于在試制階段，目前的應(yīng)用領(lǐng)域還不夠廣闊，要勇于嘗試在高端的國防領(lǐng)域方面的應(yīng)用。除此之外，李德群也指出其“打印材料”十分有限。
成就顯赫 仍待發(fā)展
美國的3D打印技術(shù)起步較早，目前這項(xiàng)技術(shù)在美國已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，目前全球的兩家3D打印機(jī)制造巨頭，分別是Stratasys和3D Systems，均在美國納斯達(dá)克上市。近日，美國國家增材制造創(chuàng)新學(xué)會開始投入了7000萬美元，希望能把3D打印技術(shù)推廣到過去未曾涉足的新領(lǐng)域。其他國家也加緊研究3D打印技術(shù)的步伐，并取得了巨大的成果。
今年1月份，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)成功研制出世界上最大的3D立體打印機(jī)，并且憑借這一研究成果入選兩院院士評選的“2011年中國十大科技進(jìn)展”。這一3D打印機(jī)的工作面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過德國、美國等公司同類產(chǎn)品，使得我國在快速制造領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
科技部國家制造業(yè)資訊化培訓(xùn)中心三維數(shù)字化技術(shù)認(rèn)證培訓(xùn)管理辦公室（3D辦）主任魯君尚也在采訪中表示，美國在科研方面仍然居于領(lǐng)先地位，但我國的西安交大、清華大學(xué)等也有著頂尖的實(shí)力，“只是在商業(yè)化層面不如美國的公司做得那么強(qiáng)。”
目前為止我國雖然在3D打印的市場上已經(jīng)有不少嗅覺敏銳的掘金者，并且這個(gè)群體正在不斷擴(kuò)大。但是我國仍然沒有形成3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈，也并非3D打印技術(shù)的主市場。2011年，以全球主要國家3D打印設(shè)備的裝機(jī)比例來說，我國3D打印設(shè)備的裝機(jī)量，僅占全球的9%。在我國，由于3D打印機(jī)昂貴的價(jià)格，所以企業(yè)成為主要購買目標(biāo)。但即使對于企業(yè)來說，這個(gè)價(jià)格也足夠昂貴。上海工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會秘書長王日華表示，價(jià)格是制約國內(nèi)企業(yè)的最主要因素之一，“更重要的是，企業(yè)看中設(shè)計(jì)、對新產(chǎn)品模型快速更新的需求還不是很迫切，有些還在不斷壓低設(shè)計(jì)成本等。”所以3D打印技術(shù)要成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)還尚需時(shí)日。
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