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小到一枚螺丝钉,大到火箭发动机,3D打印技术为何如此强大?

星之球科技 来源:科学在最前沿2021-03-24 我要评论(0 )   

导语:你有没有想象过这样一种场景,将你需要的物品的图纸输入打印机,就可以打印出你想要的实物。这看起来有些不可思议,但它确确实实已经进入到我们的生活了。3D打印...

导语:你有没有想象过这样一种场景,将你需要的物品的图纸输入打印机,就可以打印出你想要的实物。这看起来有些不可思议,但它确确实实已经进入到我们的生活了。3D打印,打印的原理和普通的打印机差不多,打印的结果却完全不同。普通打印机打印出来的,都是平面图像。3D打印机打印出来的,却是真实的物体!3D打印机功能非常强大,小到家用物品,大到火箭飞机,通通都可以打印出来。甚至于可以打印细胞,打印人体器官。

013D打印技术的发展

1、初创阶段

1986年,美国人查克·赫尔在工作时突然萌生了一个非常大胆的想法,能否用打印机来打印出所需要的物品。很快,在这一年,他发明了3D打印技术。他的想法是用液态树脂和固态激光,来进行立体的打印。同时他获得了3D打印的专利,并成立了第一家从事3D打印技术的公司。

2、九十年代

自查克·赫尔发明3D打印技术之后,很快,关于这项技术的研究就迅速扩展了。1992年,麻省理工学院开发了第一台3D打印机,并获得了3D印刷技术专利。两年后,ZCorp公司经过艰难的谈判,终于从麻省理工学院获得了生产3D打印机的唯一授权。从此刻开始,3D打印技术正式进入商业应用阶段。

3、进入二十一世纪

2005年,ZCorp公司推出了全球首款彩色3D打印机,2010年,全球第一款3D打印汽车成功问世。3D打印技术进入了一个新纪元,随着打印汽车的出现,各种大型的机械和物品纷纷被3D打印机“创造”出来。2011年,南开普敦大学成功用3D打印机打印出一架飞机,2012年,苏格兰的科学家用3D打印机成功打印出人体肝脏。各种不可思议的物品,似乎都可以被复制出来。

023D打印的适用领域

1、航天技术

3D打印在航天技术上的应用正在不断地扩大,2014年NASA用3D打印机打印出一架天文望远镜,开启了3D打印技术在航天技术上应用的先河。这架3D打印的天文望远镜,性能比用普通方法制造出的天文望远镜更优良,结构更加简单。几个月后,NASA又完成了全球首款3D打印的火箭发动机的试车工作。2015年,英国的一个航天爱好者团队,用3D打印技术成功打印出了一枚火箭,并尝试点火发射。未来,3D打印技术在航天领域将会大规模应用,它不单单可以打印火箭,甚至可以打印飞船。或者可以直接在太空中打印空间站,这样就可以免去复杂的空间站装配工作,打印出的空间站将更加简单,性能也更加可靠。

2、医学领域

3D打印技术在医学上的应用,将有望解决很多疑难杂症。用3D打印技术,可以打印出人体组织或者人体器官。换句话说,它可以批量生产人体“配件”当人体的某一部分损坏时,只需要取出一个细胞,就可以打印出人体几乎全部的器官和部位。2017年,瑞士联邦理工学院的博士生科尔斯成功打印出一颗人工心脏。医生甚至可以将患者的患病部位用3D打印模型完全复制出来,在体外进行完整的手术模拟,以获得最佳的手术方案,减轻手术风险。

3、微电子行业

微电子行业最主要的一个东西就是芯片,芯片是电子设备的大脑。不论是个人电脑、手机还是小型的嵌入式设备,没有芯片就形同虚设。芯片的制造是非常困难的,它的刻录都是纳米级的。一块指甲盖大小的芯片,就要集成将近上千亿个电路,这就相当于在指甲上画上几万幅《清明上河图》这对技术的考验实在太大了。3D打印,就可以帮助解决这个问题。随着技术的完善,3D打印将能够完成纳米级别的打印,甚至可以直接复制出笔记本电脑。而且,打印出来的笔记本电脑,居然还可以用。

033D打印面临的问题

1、材料成本昂贵

3D打印的打印材料可不是普通的油墨,而是金属、陶瓷、树脂等特种材料。这些材料要满足打印机的打印标准,就要进行反复的加工,而不是直接将材料扔进打印机里那么简单。比如,金属材料,就要先将金属磨成粉状,然后再放入打印机。有些材料的价格非常昂贵,这就导致了使用打印机的费用非常高。昂贵的成本、昂贵的使用费用,使得很多人对其望而却步。除了一些像航空航天这样的特种工程可以承担的起,普通的民众是无法承担如此贵重的开销的。如果3D打印的成本降不下来,它将永远无法普及。

2、打印机亟待革新

打印机也是限制3D打印技术发展的一个重要因素,目前的3D打印机,根本就不能按照使用者的要求做到可以随意打印。它的专用性很强,现在的商用打印机,最多只能打印一些模型。一些特种领域的3D打印机,受到机器的限制更强。比如航天领域的3D打印机,打印火箭的就只能打印火箭,不能打印其他物品,连和火箭相关的火箭发动机也打印不了。如果打印机无法突破机器本身的限制,3D打印将会处于一个非常尴尬的境地。

3、无法进行大量生产

3D打印的技术决定了它无法在工业上应用,进行大量生产。它只能做一些“修修补补”的工作,比如汽车少了一颗螺丝,或者是少了其他零件,可以用3D打印机打印出来,应急使用。它最多可以进行小批量生产,要做到大量生产是不可能的。首先,3D打印非常慢,第二,就是它的成本非常昂贵,这是工厂生产所不能接受的。所以,3D打印技术要想真正的大规模普及,还有非常远的路要走。

结语:3D打印技术几乎满足了我们对打印机的所有幻想,因为有了它,所以,拔一根猴毛变出猴万个的神话正在实现。这项神奇的技术,在未来的发展,前景将是非常光明的。虽然现在,囿于技术所限,猴毛变猴子的大胆想法还停留在一个初级阶段。 但是,随着技术的进步,它终有一天可以实现。人类就是这样,敢想敢干,有着非凡的智慧和思维能力,让自己的想法变成现实。


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