3D打印真的那么神奇?揚(yáng)州企業(yè)紛“嘗鮮”
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爸爸需要一個(gè)茶杯,打印一個(gè);媽媽需要一個(gè)油壺,打印一個(gè);寶寶想要一個(gè)喜羊羊,沒問題,3D打印機(jī)給你打印一個(gè)。昨天上午,記者在揚(yáng)州西安交通大學(xué)科技園快速成型中心見識(shí)了一回這樣帶有“魔幻”色彩的生活。
3D打印,樣品和“真的”一模一樣
汽車模型、心臟模型、空心大象、玩具……西安交大揚(yáng)州科技園快速成型中心一個(gè)展柜里擺得滿滿的??焖俪尚椭行闹魅畏较枵f,它們都是用揚(yáng)州的3D打印機(jī)打出來的。
方翔給記者看了幾個(gè)剛打印出來的縮小的動(dòng)物模型,說這和成龍《十二生肖》中的獸首打印技術(shù)差不多,只不過機(jī)型不一樣,所用的材料不一樣。
在美英等國,3D打印技術(shù)的應(yīng)用已較為廣泛,大到飛行器、賽車,小到服裝、手機(jī)殼,各領(lǐng)域或多或少都用到了3D打印技術(shù)。
3D打印機(jī)最誘人的應(yīng)用則是分散制造,據(jù)稱這也是未來工業(yè)革命的方向。方翔說,如果我們揚(yáng)州人想買一輛長春第一汽車廠生產(chǎn)的奧迪,那奧迪車要經(jīng)過長途運(yùn)送才能到揚(yáng)州。而未來3D打印機(jī)可以直接在揚(yáng)州一個(gè)一個(gè)部件地把奧迪車“打印”出來,然后工人組裝一下就可以了。
現(xiàn)場見證,1小時(shí)“打印”出齒輪
在快速成型中心激光成型室,一臺(tái)激光式3D打印機(jī)中間有一個(gè)微波爐大小的方形空盒,盒頂上方懸掛著一個(gè)激光發(fā)生器探頭,盒底是一個(gè)“池子”,裝滿了液態(tài)狀的光敏樹脂材料,“池子”中央還有一個(gè)網(wǎng)狀的支撐架。記者注意到,隨著探頭射出的激光在池面上移動(dòng),光敏樹脂材料在支撐架上形成一個(gè)個(gè)的固化點(diǎn),并由點(diǎn)成面,一個(gè)小時(shí)后,最終形成一個(gè)齒輪狀的實(shí)物模型。
在這個(gè)過程中,3D打印是一個(gè)從點(diǎn)到線,從線到面,通過層層累積實(shí)現(xiàn)立體打印的過程,就像蓋樓房,從地基開始,用磚瓦、水泥、沙石一層層往上砌,最終建造起一整幢樓房。
“傳統(tǒng)方法做一個(gè)齒輪,一般是在整塊材料的基礎(chǔ)上,去除多余部分,將剩下的部分制成產(chǎn)品。”對(duì)于3D打印與傳統(tǒng)制造方法的不同,方翔形象地比喻說,傳統(tǒng)制造法是做“減法”,而3D打印是做“加法”,也叫它“增材制造”。
理論上講,人也可以“打印”出來
指著剛剛打印出來的“齒輪”,方翔表示,打印出什么樣的實(shí)物模型,是根據(jù)事先輸入的數(shù)據(jù)而定。也就是說,3D打印,首先要把實(shí)物設(shè)計(jì)成“圖紙”,這個(gè)圖紙即為數(shù)字模型。
方翔說,“如果有了一個(gè)人的數(shù)字模型,3D打印機(jī)就可以打印出同樣的一個(gè)‘克隆人’來。”
而數(shù)字模型的建立,需要通過三維掃描后,進(jìn)行3D數(shù)據(jù)處理后獲取??焖俪尚椭行牡姆辞筇幚硎揖褪巧鲜鰯?shù)據(jù)處理的工作場所。
在反求處理室,工作人員小袁正在用三維掃描儀對(duì)一個(gè)車模進(jìn)行立體掃描,幾分鐘后,車模的掃描數(shù)據(jù)出現(xiàn)在電腦。這些數(shù)據(jù)通過后期再處理,便可形成一個(gè)3D模型。
實(shí)際上,在這個(gè)過程中經(jīng)歷了兩個(gè)步驟,第一步是標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)與隨機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)相對(duì)比;第二步是隨機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)與車模實(shí)物相對(duì)比,在兩組對(duì)比中產(chǎn)生3D數(shù)據(jù)。
記者注意到,上述一個(gè)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)即是涂有光敏材料的特定小紙片。小袁說,“將這個(gè)小紙片貼在飛機(jī)、汽車等實(shí)物上,再大的物件也能采到3D數(shù)據(jù)。”
剛剛用過的“3D掃描儀”好比膠片相機(jī),經(jīng)過處理的3D模型就好比底片。小袁介紹說,3D模型底片下一步會(huì)通過專業(yè)軟件進(jìn)行圖像分層,把3D圖像分解為一定數(shù)量的2D平面圖案,最終通過3D打印機(jī)逐層“打印”出來。
“打印”金屬部件,中國也能做到
盡管是樹脂材料做的“齒輪”,觸摸上去卻非常堅(jiān)固。方翔表示,這款打印出來的“齒輪”甚至可以作為相關(guān)零部件取代實(shí)體齒輪,做到拿來就能用。
采訪過程中,記者一直有一個(gè)疑問——光敏樹脂打印出來的產(chǎn)品畢竟是塑料的,而工業(yè)制造過程中,使用的絕大多數(shù)零配件是金屬制成品。那么,3D打印技術(shù)能打印金屬制品嗎?
“你問對(duì)問題了。”方翔說,國內(nèi)剛剛研究成金屬3D打印技術(shù),是使用鈦合金粉末作材料,使用激光打印機(jī)打印。而此項(xiàng)技術(shù),以前也一直為外國人壟斷。
據(jù)了解,國內(nèi)中航重機(jī)不久前剛研制成功鈦合金粉末激光3D打印技術(shù),憑此項(xiàng)技術(shù),中航重機(jī)獲得了國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
“將來,應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬在于用的是什么材料,比如用混凝土打印房屋,用生物材料打印人體器官。但這一切都需要在做好最基礎(chǔ)的材料——塑料打印做起。”
方翔認(rèn)為,揚(yáng)州目前所用的光敏樹脂材料已領(lǐng)先于國內(nèi)大多數(shù)3D打印所用的ABS塑料絲所做的材料。而光敏樹脂材料所打印的實(shí)物模型價(jià)格為1克20元,方翔表示,隨著技術(shù)的發(fā)展,未來價(jià)格可能會(huì)降下來。
3D打印在揚(yáng)州
揚(yáng)州已有企業(yè)“嘗鮮”
方翔告訴記者,目前揚(yáng)州只有20家左右企業(yè)及個(gè)人前來利用3D打印。由于成本及知名度的原因,此項(xiàng)技術(shù)還未大規(guī)模推廣開來。
揚(yáng)州新菱電器是一家研發(fā)、生產(chǎn)斷電保護(hù)器的企業(yè),近期開發(fā)了一個(gè)新產(chǎn)品自動(dòng)復(fù)位式斷電保護(hù)器,由于想在開模具之前,查驗(yàn)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中是否還存在需要調(diào)整的地方,他們找到了方翔,嘗試先采用3D打印做的樣板用來檢查外觀和結(jié)構(gòu)。
“頭一天晚上他們傳來了數(shù)據(jù),我們次日早上就送去了3D打印的模型。”方翔說,與傳統(tǒng)的加工相比,3D打印優(yōu)點(diǎn)很多,首先是更快捷,時(shí)間上起碼節(jié)約一半以上。其次,更加精確。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,3D打印技術(shù)耗材少,幾乎不產(chǎn)生廢料。第四個(gè)優(yōu)點(diǎn),十分適合個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)。
“我去過杭集,那里的老板想要新制造一款牙刷,可新的模具制造出來,不知道能否得到市場的認(rèn)可。”方翔說,在這種情況下,就可以使用3D打印技術(shù),打印出新產(chǎn)品,若得到市場認(rèn)可再開模具,得不到市場認(rèn)可再重新設(shè)計(jì)。
眾所周知,揚(yáng)州玉器名揚(yáng)海內(nèi)外,玉工精湛的手藝,贏得不少賞玉人的青睞。那么,雕工復(fù)雜的玉器,是否也可以使用3D打印呢?
答案當(dāng)然是肯定的。據(jù)方翔介紹,只需要輸入數(shù)據(jù),3D打印機(jī)便可根據(jù)規(guī)格需要,做出逼真的玉器模型來。隨著打印材料的不斷完善,在不久的將來,或許可以真的以玉石粉末為打印材料,雕琢出精美的玉器來。[!--empirenews.page--]
2問3D打印
3D打印為何現(xiàn)在趕“潮”?
在一份介紹材料上,記者注意到,1998年,西安交大就有了利用光敏樹脂快速成型的技術(shù)。為什么10多年后,3D打印技術(shù)才受到重視?
對(duì)此,方翔感慨萬千:“過去洋人對(duì)我們技術(shù)封鎖,要想3D打印,從光敏樹脂材料到激光發(fā)生器等生產(chǎn)設(shè)備全靠進(jìn)口,3D打印對(duì)國人來說是很奢侈的事情。”
上述技術(shù)的空白,決定了在那個(gè)年代,要想實(shí)現(xiàn)3D打印,只能靠進(jìn)口。而僅有的3D打印也只能作為學(xué)術(shù)研究用,高昂的成本使其難以進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。
方翔認(rèn)為,“還有一個(gè)重要原因,就是近年來三維圖像及數(shù)字的轉(zhuǎn)換技術(shù)已廣泛普及,最終使3D打印開始進(jìn)入千家萬戶。”
經(jīng)過多年發(fā)展,國內(nèi)已經(jīng)突破了3D打印的技術(shù)瓶頸,能夠獨(dú)立生產(chǎn)出光敏樹脂及3D打印機(jī)。去年底,從西安交大引進(jìn)的3D打印機(jī)正式落戶揚(yáng)州科技園。
揚(yáng)州3D打印處于什么水平?
西安交通大學(xué)是國內(nèi)研究3D打印技術(shù)的“佼佼者”,唯一的國家級(jí)快速制造中心就設(shè)在那里。西安交通大學(xué)教授盧秉恒,被視為國內(nèi)3D打印業(yè)的先驅(qū)人物。
目前,揚(yáng)州西安交大科技園已引入盧秉恒工作室,揚(yáng)州的快速成型中心是其分部。
方翔介紹說,西安交大除在揚(yáng)州設(shè)立科技園外,還在蘇州、寧波、山東聊城設(shè)有科技園,同時(shí)向這些地區(qū)輸出3D打印技術(shù)。不過,無論從3D打印出的產(chǎn)品尺寸,還是精度來看,揚(yáng)州無疑是最先進(jìn)的,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:
首先,是生產(chǎn)設(shè)備的空間大。揚(yáng)州引進(jìn)的3D打印機(jī),可以打印出600×600毫米的實(shí)物模型,這樣的尺寸在西安交大系統(tǒng)中是最大的。“如果實(shí)物的體積超過上述規(guī)格,可以通過分段打印,再進(jìn)行組合。”
其次,打印產(chǎn)品的精度可以達(dá)到0.1毫米,這一指標(biāo)目前在國內(nèi)名列前茅。
綜合來看,方翔認(rèn)為,“揚(yáng)州的3D打印在全國處于中高端水平,與最高端中航重機(jī)的差距就在于還不能使用鈦合金粉末作材料。”