未來3D“列印”空客飛機？
未來3D“列印”空客飛機？
[ 過去一年，從器官到鮮肉，再到房子、飛機，從某種意義上說，只要3D列印使用的耗材足夠廣泛，它就能創造無限可能 ]
阿諾爾德走到一台奇特的大機器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑4英寸。”接到指令後，機器發出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，人們眼前赫然出現了一顆閃光發亮的螺帽。
有了這台“萬能製造機”，製造出活蹦亂跳的大蝦、口香糖、手錶、沙拉醬都不在話下。
這是美國科幻作家羅伯特•希克利描寫的關於“萬能製造機”的場景。人類去太空生活需要2305件不同的物品，但飛船的空間有限，只要一台“萬能製造機器“，一切問題迎刃而解。
這也許並非天方夜譚，3D列印技術正在將科幻帶到現實。
今年7月，英國《每日郵報》報導稱，美國賓夕法尼亞大學宣佈用改進的3D列印技術列印出了鮮肉，這種利用糖、蛋白質、脂肪、肌肉細胞等原材料列印出的肉具有和真正的肉類相似的口感和紋理，就連肉裡的微細血管都能列印出來。
多個領域已開始試水
簡單來講，3D列印機是利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。它與普通列印機工作原理基本相同，列印機內裝有“列印材料”，通過成型設備把“列印材料”以疊加的方式製成實物模型。
世界上第一台3D列印機誕生於1986 年，美國人 Charles Hull 發明，他成立的3D Systems 是世界上第一家生3D列印設備的公司，所採用的技術被稱為“立體光刻技術”，利用紫外線照射可將樹脂凝固成形來製造物體。1992年，該公司賣出第一台商業化品。
到現在，3D Systems已經和Stratasys公司一起，成為了全球最知名的3D列印機兩巨頭，他們去年的年營業收入分別為2.9億美元和1.7億美元，品覆蓋汽車、航空航太、消費電子、娛樂、醫療等多個領域。
過去一年，從器官到鮮肉，再到房子、飛機，從某種意義上說，只要3D列印使用的耗材足夠廣泛，它就能創造無限可能。
美國《福布斯》雜誌報導稱，歐洲飛機製造公司Airbus(空客)的設計師正計劃從飛機零部件開始，在2050前達成3D列印飛機的計劃。這一計劃耗資不菲，但相較於傳統飛機製造，3D技術造就的飛機重量輕了65%，大幅縮減操作成本。
該公司還稱今年年底，空客會在A380客艙裡先使用3D列印的行李架，而其生的軍用飛機“颱風”式戰鬥機，此前已經使用了3D列印的空調系統。
還有一名自稱“HaveBlue”的美國人，在3D設計分享網站Thingiverse發文稱自己最近成功列印出手槍的部分組件，並結合真槍其他部件製作成一把槍。他曾在農場進行了試槍，累計射擊200餘次，槍身依然完好無損。
在醫療健康方面，3D列印技術已經開始擁有更多實際的應用。
今年2歲的艾瑪患先天性多關節攣縮症，這種疾病的症狀為四肢不能伸直，肌肉僵硬。通常成年患者會佩戴金屬機械臂以幫助手臂活動，但剛滿兩歲的她由於太小，無法佩戴市面上生的金屬機械臂。兩名美國科學家別出心裁地想到了3D列印機，他們將成人使用的機械臂按比例縮小，並將列印命令輸入3D列印機，3D列印機可以直接製作出輕快的機械臂，現在艾瑪可以戴這種機械臂自由活動雙手。
據悉，目前美國已有15名患先天性多關節攣縮症的兒童戴上了這種機械臂。隨他們的成長，這種機械臂可以不斷進行更換。
第三次工業革命？
近日，美國國家增材製造創新學會開始投入了7000萬美元，希望能把3D列印技術推廣到過去未曾涉足的新領域。在電腦上調整設計稿之後，就能在無需重新整備機器、無需建設新工廠的情況下製造品。
這種基礎研究的成果正是基於這一想法，當你還能夠列印一件東西的時候，為什麼還要費勁去製造它？
現在，英國《經濟學人》已經開始將它視作是“與其他數字化生模式一起推動實現第三次工業革命”。
《經濟學人》稱，以3D列印為代表的第三次工業革命，以數字化、人工智慧化製造與新型材料的應用為標誌。它的直接表現就是工控計算機、工業機器人技術已進入成熟階段，即成本明顯下降，性能明顯提高，工業機器人足以在很多方面替代流水線上的工人。
不過，要真正走入大主流的視野，3D列印還面臨至少三方面的考驗：一是3D列印材料的可用性，二是成本居高不下，三是智慧財產權保護問題。
相關數據統計，2011年3D列印市場規模17.1億美元。盡管這一數字僅占全球製造市場的0.02%，但有業內人士預計，到2020年之前，3D列印機將可以從事小規模生，製造過去的勞動密集型工藝品和商品。
你所不知的“3D列印”(組圖)
目前世界上最小最快3D印表機，已成功列印一輛F1賽車
3D列印汽車Urbee採用汽油和電力混合發動機，是世界上最環保的汽車之一。
英國南安普敦大學製造的世界上第一架“3D列印”飛機
最近，“三維（3D）列印”一詞持續升溫，不斷湧向各大IT門戶網站，歐美國家更有專家認為這項技術代表著製造業發展的新趨勢。美國《時代》週刊已將3D列印產業列為“美國十大增長最快的工業”，英國《經濟學人》雜誌則認為它將與其他數位化生產模式一起推動實現新的工業革命。從實際應用上來說，用3D列印技術進行機械製造已經成為激動人心的現實。實際上，16名比利時工程師近日就利用3D印表機製造了一輛全尺寸賽車，並完成測試。
新型技術 幻象成真
美國科幻作家羅伯特•希克利曾經描寫過關於“萬能製造機”的場景。這是一台奇特的大機器，機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，機器發出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現了一顆閃光發亮已經制好的螺帽。
也許羅伯特沒有想到如今一台3D印表機已經將他書中的幻境變為現實，那麼什麼是3D印表機呢？我們日常生活中使用的普通印表機可以列印電腦設計的平面物品，而所謂的3D印表機與普通列印機工作原理基本相同，只是列印材料有些不同，普通印表機的列印材料是墨水和紙張，而3D印表機內裝有金屬、陶瓷、塑膠、砂等不同的“列印材料”，是實實在在的原材料，印表機與電腦連接後，通過電腦控制可以把“列印材料”一層層疊加起來，最終把電腦上的藍圖變成實物。通俗地說，3D印表機是可以“列印”出真實的3D物體的一種設備，比如列印一個機器人、列印玩具車，列印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“印表機”是參照了普通印表機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨列印十分相似。這項列印技術稱為3D立體列印技術。
據華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升介紹說，這項立體列印技術出現於上世紀90年代的美國，當時命名為快速製造技術。其實“3D列印”是通俗叫法，學術名稱為快速成型技術，也稱為增材製造技術，是一種不再需要傳統的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀，根據零件或物體的三維模型資料，通過成型設備以材料累加的方式製成實物模型的技術。
前景廣闊 問題猶存
在3D列印技術可以列印器官、汽車、飛機的今天，它還在創造無限的可能。著名的《經濟學人》最近描述了3D列印技術的前景是一種新型的生產方式，能夠促成新的工業革命。史玉升也表示說：“3D列印技術將來會促進傳統的設計和製造模式，只是如今還沒有大範圍的推廣和應用。隨著3D列印技術的成熟和社會的發展，製造業的跨越式發展指日可待。”那麼業內人士緣何如此看好3D列印技術？
首先3D列印技術可以加工傳統方法難以製造的零件。史玉升介紹說：“過去傳統的製造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者採用磨具，把金屬和塑膠融化灌進去得到這樣的零件，這樣對複雜的零部件來說加工起來非常困難。立體列印技術對於複雜零部件而言具有極大的優勢，立體列印技術可以列印非常複雜的東西。”其次實現了首件的淨型成形，這樣後期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的資料洩密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業，如軍工、核電領域。再次由於製造準備和資料轉換的時間大幅減少，使得單件試製、小批量出產的週期和成本降低，特別適合新產品的開發和單件小批量零件的出產。
這些速度快、高易用性等優勢使得3D列印成為一種潮流，並且在很多領域得到了應用。如今3D印表機已經在建築設計、醫療輔助、工業模型、複雜結構、零配件、動漫模型等領域都已經有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業，3D列印技術“列印”的產品是自然無縫連接的，結構之間的穩固性和連接強度要遠遠高於傳統方法。
伴隨著3D列印技術繁榮的背後，其本身仍然存在一些問題。國務院學位委員會李德群認為這種技術目前還局限於在試製階段，目前的應用領域還不夠廣闊，要勇於嘗試在高端的國防領域方面的應用。除此之外，李德群也指出其“列印材料”十分有限。
成就顯赫 仍待發展
美國的3D列印技術起步較早，目前這項技術在美國已經產業化，目前全球的兩家3D印表機製造巨頭，分別是Stratasys和3D Systems，均在美國納斯達克上市。近日，美國國家增材製造創新學會開始投入了7000萬美元，希望能把3D列印技術推廣到過去未曾涉足的新領域。其他國家也加緊研究3D列印技術的步伐，並取得了巨大的成果。
今年1月份，華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升帶領的團隊成功研製出世界上最大的3D立體印表機，並且憑藉這一研究成果入選兩院院士評選的“2011年中國十大科技進展”。這一3D印表機的工作面遠遠超過德國、美國等公司同類產品，使得我國在快速製造領域達到世界領先水平。
科技部國家製造業資訊化培訓中心三維數位化技術認證培訓管理辦公室（3D辦）主任魯君尚也在採訪中表示，美國在科研方面仍然居於領先地位，但我國的西安交大、清華大學等也有著頂尖的實力，“只是在商業化層面不如美國的公司做得那麼強。”
目前為止我國雖然在3D列印的市場上已經有不少嗅覺敏銳的掘金者，並且這個群體正在不斷擴大。但是我國仍然沒有形成3D列印的產業鏈，也並非3D列印技術的主市場。2011年，以全球主要國家3D列印設備的裝機比例來說，我國3D列印設備的裝機量，僅占全球的9%。在我國，由於3D印表機昂貴的價格，所以企業成為主要購買目標。但即使對於企業來說，這個價格也足夠昂貴。上海工業設計協會秘書長王日華表示，價格是制約國內企業的最主要因素之一，“更重要的是，企業看中設計、對新產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計成本等。”所以3D列印技術要成為主流的生產製造技術還尚需時日。
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