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创客集结号浅谈3D打印

《超能陆战队》里Hiro Hamada在创造实验室为盟友大白量身定做3D打印的最强战甲,电影中主人公通过3D扫描、3D软件设计战甲、建模等一系列过程,成功地制作了一件超级战甲,这个战甲的理论基础就是3D打印。

当科技在突飞猛进地发展,我们的生活也随之发生了巨大的变化,其中举足轻重的是智能手机和网购方式对日常生活的改变。创客的集结号已吹响,在科技化的背景下,无论是3D打印食物,还是3D打印人造器官等实用物件,都俨然成为了一种时代潮流。无论是喜欢钻研科技亦或是热衷追逐新潮的人们,都应对3D打印有一些基础的了解。

3D打印,顾名思义就是指打印出来的物体存在于三维空间,与普通打印机打印出的平面设计不同。实际上3D打印机与普通打印机的工作原理是基本相同的,只是运用的打印材料有所不同。普通打印机的材料是墨水和纸张,而3D打印机运用的是粉末状金属或者塑料等可粘合的材料。为了构建一个三维物体,3D打印机不同于普通打印机打印一次成型,而是以电脑中的数字模型为基础,逐层打印,从而构造出目标物。这种分层加工的技术,与普通打印机的喷墨技术十分相似的,因此通俗地将这样的机器称之为“打印机”。

当材料不同时,3D打印采用的技术相应的也会不同。一般3D打印采用激光熔覆成型技术(LCF)、立体光固化、选择性烧结技术(SLS)、融沉积快速成型技术(FDM)等技术,常用尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、钛合金、镀金镀银等材料。在3D打印的发展过程中,3D打印材料是打印基础也是打印发展的瓶颈限制。而其中的高分子材料则是应用范围最广、成型方式最多的材料,包括了光敏树脂、高分子粉末等形式。

光敏树脂又被称作光固化树脂,顾名思义,这一种材料可运用光固化技术进行3D打印。它其中加有光(紫外光)引发剂(或称为光敏剂),在一定波长的紫外光(250-300纳米)照射下立刻引起聚合反应,完成固化。与热敏树脂相比,光敏树脂只需要少量的能量就可以固化,而挥发性有机溶剂的使用量极少。这些环保上的优势,使其在大规模工业应用中大受欢迎。同时,光敏树脂也被用作牙科手术中的黏合剂、密封剂和保护涂层。3D打印过程中,光敏树脂打印细腻,但是价格偏贵。不过在打印一些比较精细的模型时,它不失为一种好的选择。

而高分子粉末常运用在SLS烧结技术上,SLS是一种以激光为热源,通过烧结粉末材料成形的快速成形技术。高分子粉末由于所烧结能量小、烧结工艺简单、原型质量好,已成为广泛应用的SLS成型的原材料。常见的高分子粉末有尼龙、聚丙烯、聚碳酸酯等。

2013年,美国NASA宣布出资研制3D食物打印机,使用一种装满油、蛋白质和碳水化合物的料盒打印食物,并试图将这项先进技术运用到宇航员的食物上。宇航局之所以出资研究这样一个项目,是为了降低宇航员食物在太空中运送的难度,当宇航员按下一个按钮,等待片刻即可享用与普通食物无异的主菜或者是甜品了。经过不断发展,3D打印还可运用昆虫的蛋白质、藻类来进行打印,从而代替肉类和蔬菜。其实通过打印食物,科学家更希望能够对缓解全球食品危机产生一定的促进作用。

大家可能会想,把想象、设计的东西打印成实物,太过于先进,一定是这个时代的产物。然而,早在1986年美国发明家查克·赫尔就率先发明了一台3D打印机,并从此建立了3Dsystem公司致力于3D打印行业的发展。而此后,3D打印行业硕果累累,2010年美国Jim Kor团队成功研发了第一辆3D打印的汽车;2011年英国研发人员研制了第一台3D巧克力打印机;2011年8月,南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

3D打印的这条道路上,前人突破了无数难关,但是仍旧有许多亟待解决的问题等待着人们。或许在未来的某一天,3D打印的食物可以真正呈上每一个平凡家庭的餐桌。

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