「3D印表機噴頭就像個牙膏管口,把列印品一點點磨出來」

●廣州某公司生產的桌面印表機,售價在3萬-10萬不等,可以列印的材料限於工業塑料,適合模具開發和企業產品設計。
●2013中國(廣州)國際信息產業周,3D列印技術成為現場關注的最熱點。廣州市政府也出台相關政策,大力支持省內3D列印生產企業的發展。
  3D列印離人體器官實用化的道路還非常漫長,例如一個腎臟,結構非常複雜,很多血管,這些東西目前是無法列印出來的。」
  ——廣州某3D列印技術公司董事長李耀堂
  工作原理與普通印表機無異,只是列印材料不同
  由成龍主演的電影《十二生肖》有這樣一個情節:被盜走的國寶十二生肖頭像數據被電腦掃描后,一模一樣的獸首就可以從一台神奇的機器上製造出來。——這個情節簡單地介紹了3D列印的流程,看上去似乎很簡單,並沒有什麼特別。
  3D印表機究竟是什麼原理呢?它和傳統印表機有何區別?和雕刻技術又有何不同?
  說起它的原理,其實一點都不複雜,其運作原理和傳統印表機工作原理基本相同,也是用噴頭一點點「磨」出來的。只不過3D列印它的噴的不是墨水,而是液體或粉末等「列印材料」,利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。通過電腦控制把「列印材料」一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。
  對此,中科院廣州電子科技有限公司的技術人員王宏偉把它比喻成切西瓜和疊西瓜的過程,「你可以想像一下,這裡有一個西瓜被電腦掃描了之後,它的身高、體重、三圍都有很詳細的數據了,然後在根據這個數據把西瓜分割成無數個薄薄的橫截面,3D印表機就是把這些無數個橫截面疊加成一個西瓜的過程。」
  3D列印過程就像切西瓜和拼西瓜
  這裏的「西瓜切片」要比我們實際所見的西瓜片薄很多,據王宏偉介紹說,目前根據使用材料的不同,3D列印的切片最薄的達到16微米,也就是0.016毫米,相當於比我們頭髮直徑的一半還要薄,用肉眼是看不到的。如此精細的工藝,還主要集中在3D製造工藝相對成熟的國外產品上,而國內3D印表機的切片厚度通常都在0.178毫米以上。
  當然,如此輕薄的切層,想要堆積起來並不是一件容易的事兒,目前實現堆疊薄層的技術也多種多樣,王宏偉簡單地介紹了兩種技術方法:「有一種叫立體光刻,比如以色列的Object公司3D印表機,就是將一層極薄的液態塑料物質噴在鑄模托盤上,然後經紫外線處理,托盤依次下降極小的一層,以供下一層堆疊上來。因為這種技術要求非常精細,因此生產出來的樣品不需要打磨,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印表機的噴頭,牙膏就類似3D列印的原材料,原材料在噴頭內經過熔化,最後沉積成塑料纖維形成薄層。」
  簡單而言,3D印表機做的是「加法」,把一層一層疊加起來形成成品,而傳統的模具製造採用的是雕刻手法,在一整塊材料上,把不需要的部分剔除最後成型。顯然,前者更加環保,也更加有效率。
  國內可用材料有限,主要列印工業塑料
  跟傳統印表機不同的是,3D印表機使用的材料並非是「墨水」,而是液態或者粉末材料。據王宏偉介紹說,目前國內研發的3D印表機能使用的材料非常有限,主要是具有高強度、耐衝擊、耐熱度等特點的工業塑料,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製造的。
  不過,3D列印材料在國外的研發則更為多樣和先進,除了上述材料,國外3D印表機還會使用光敏樹脂、金屬、石膏、生物陶瓷等材料。美國就有研究人員用磷酸鈣生物陶瓷曾經列印出人體骨骼,並在小狗身上做了實驗,小狗完好地生存了下來。
  今年2月,美國康奈爾大學發表報告稱,利用3D印表機列印出人造耳朵。那麼,這種人體器官又是用什麼材料製造而成呢?
  據悉,美國康奈爾大學研究人員首先利用快速旋轉的3D相機拍攝數名兒童現有耳朵的三維信息,然後將其輸入計算機,3D印表機會據此列印出耳朵模子。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胞。此後數周內,軟骨逐漸增多並取代凝膠。3個月後,模子內出現一個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,英國也有機構在嘗試通過3D印表機來打造人體的幹細胞,從而突破諸多醫學難題。不過,對此,中科院廣州電子科技有限公司董事長、研究員李耀堂就表示:「3D列印離人體器官實用化的道路非常漫長,例如一個腎臟,結構非常複雜,很多血管,這些東西目前是無法列印出來的。」
  談資
  13D列印與普通印表機的區別
  無論是3D印表機還是傳統印表機,都稱為印表機,工作原理基本相同。它們最大的差別就在於耗材不同,普通印表機的耗材是由傳統的墨水和紙張組成的,而3D印表機主要是由膠水和粉末組成的,都是經過特殊處理的材料,但是對固化反應速度和模型強度以及解析度都有很大關係。
  2世界上最小的
  3D印表機
  世界上最小的3D印表機是由維也納大學的研發小組只花費了1200歐元(約1.1萬元人民幣)組裝的印表機,由於他們完美的設計,成本被大大降低,印表機大小也比預計的要小得多。
  它的外形只有牛奶盒大小(當然我們說的是大盒裝的),重量僅有3.3磅(約1.5公斤),是世界上最小的3D印表機。
  3列印玩具
  最快20分鐘
  3D印表機被很多人應用在給小孩子大玩具上,目前,最大能列印出15厘米×15厘米規格的玩具,空心的玩具最快只需要20分鐘,實心的最慢也只需要三四個小時即可列印好,在材料成本方面也只需要幾十元,和普通玩具售價差不多。
  4美國列印槍支
  需安裝金屬釘
  美國已有網站上載了槍支的三維數據模型,網民花3000美元買台3D印表機,下載了槍支數據模型在家就能列印槍支。這種槍支是塑料製品,使用壽命短,可以逃避槍支金屬檢測,具備殺傷能力。美國已規定3D列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。
  5能列印食物嗎?
  在這裏,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,然後通過3D印表機製造出不同風味的食物。3D食物印表機由軟體控制,能夠列印出任何你想要的食物。
  63D列印的材料貴嗎?
  列印材料根據種類和國內國外生產有所不同,譬如同樣的ABS塑料的材料,國內廠家售價在幾百元每公斤,國外廠家的售價在上萬元每公斤。

詳全文 「3D印表機噴頭就像個牙膏管口,把列印品一點點磨出來」-兩岸新聞-新浪新聞中心 http://news.sina.com.tw/article/20130902/10553287.html