3D打印如何徹底改變生產(chǎn)和設(shè)計(jì)

  現(xiàn)在3D打印的零件已包羅萬(wàn)象——從機(jī)器人到跑鞋，甚至美國(guó)宇航局將送進(jìn)太空的下一架航天飛機(jī)上，也會(huì)有數(shù)十個(gè)3D打印部件。3D打印將成為生產(chǎn)的未來(lái)嗎？也許吧，但首先要掃清一些障礙。

  不久前，3D打印主要被建模人員用來(lái)創(chuàng)建原型結(jié)構(gòu)，然后他們?cè)偈褂幂^傳統(tǒng)的方法打造產(chǎn)品。然而，現(xiàn)在3D打印的零件已包羅萬(wàn)象——從機(jī)器人到跑鞋，甚至美國(guó)宇航局將送進(jìn)太空的下一架航天飛機(jī)上，也會(huì)有數(shù)十個(gè)3D打印部件。3D打印將成為生產(chǎn)的未來(lái)嗎？也許吧，但首先要掃清一些障礙。

  在介紹其局限之前，我們先記一下3D打印的許多優(yōu)點(diǎn)。最初的3D打印機(jī)產(chǎn)品是難以運(yùn)輸?shù)纳荡髠€(gè)，這使它們難以用于實(shí)驗(yàn)室之外。最近幾年，3D打印機(jī)在樣式和范圍上進(jìn)行了創(chuàng)新，而使其可用于各領(lǐng)域的研究和商業(yè)用途。該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到，3D打印機(jī)已能復(fù)制人體的骨骼、肌肉和軟骨等組織。

  過(guò)去，3D打印機(jī)的高昂成本也是導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受限的因素之一，但最近這一情況也已開始改變。目前在市場(chǎng)上花10,000至20,000美元，就可買到一款低端的3D生物打印機(jī)。但卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員最近創(chuàng)建了一種基于注射器的生物打印機(jī)制，其可以不到500美元的成本，被整合進(jìn)幾乎任何一款3D打印機(jī)。

3D生物打印機(jī)。（圖片來(lái)源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)）

  然而，還有幾座小山要爬。由于3D打印的物體是通過(guò)多次往復(fù)逐層打印出來(lái)的，因此層與層交會(huì)的地方可能是其結(jié)構(gòu)中的內(nèi)在弱點(diǎn)。例如，確保塑料結(jié)構(gòu)配置最牢固的最佳方法，仍是將塑料倒進(jìn)模具而使它固化。盡管如此，研究人員正在通過(guò)試驗(yàn)不同的原料和增強(qiáng)3D打印物體的方法來(lái)縮小這種差距。發(fā)表在《ACS Applied Materials and Interfaces》期刊上的論文《Enhanced Impact Resistance of Three-Dimensional-Printed Parts with Structured Filaments（具有結(jié)構(gòu)化長(zhǎng)絲的3D打印零件提高抗沖擊性）》中報(bào)告稱，科學(xué)家使用聚合物長(zhǎng)絲作為“外骨骼”為3D打印結(jié)構(gòu)提供更高強(qiáng)度。

  對(duì)新材料和加工技術(shù)的進(jìn)一步研究必將對(duì)3D打印產(chǎn)生重大改進(jìn)。也許將打印和同時(shí)處理相結(jié)合可以帶來(lái)諸多好處，例如將打印和激光處理同時(shí)進(jìn)行，可使材料在非常高的溫度下發(fā)生結(jié)合或形變。打印過(guò)程中是否可包含微觀催化劑，這些催化劑只能通過(guò)激光激活，而能提供額外的附著力或強(qiáng)度呢？

  鑒于該技術(shù)在過(guò)去幾年的飛速發(fā)展，我們可順理成章地認(rèn)為，在不久的將來(lái)，從汽車到盆栽植物上的形形色色的物體，將有部分或是全部都是由3D打印機(jī)制造出來(lái)的。雖然在強(qiáng)度和抵抗力以及熱和沖擊等衰減因素等方面仍然存在一些障礙需要克服，但該技術(shù)已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。現(xiàn)在，人們正在用3D打印零件建造航天飛機(jī)。畢竟，如果它能被美國(guó)宇航局（NASA）相中，那也就應(yīng)該足以滿足我們其他人的要求。

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