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3D打印走向未來生活 將不可能變為可能

來源:中國經濟報道

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞:3D打印,無人機,超級材料

        3D打印技術的強大是有目共睹的,我們已經見證過的3D打印物品不勝枚舉,小到噴氣飛機引擎、大到辦公室大樓,都可以通過3D打印來實現。3D打印技術現在已然成為工業界和科學界的寵兒。

      從“使用”步入“服用”階段

      短短數年光景,3D打印產品已逐漸從“使用”步入“服用”階段。2015年夏天,美國食品與藥品管理局(FDA)批準了首個3D打印藥物——SPRITAM(左乙拉西坦),該產品將于2016年一季度開始銷售。處方藥SPRITAM速溶片,用于和其他抗癲癇藥物聯合治療成人或兒童患者的肌陣攣發作,以及原發性全身癲癇發作。SPRITAM是使用含水流體將多層分裝藥劑結合在一起從而制造出的水溶性藥劑,患者只需用少量的水就能使藥品快速溶解。

      FDA的開放態度建立在大量臨床數據之上。實際上,藥品在非標準化、個性化定制上還是有一定標準,只不過這個標準允許有少許浮動。而3D打印制藥的藥品臨床數據必須在標準范圍之內。此款藥品獲批上市,說明FDA對非標準的個性化工藝表示認可,是3D打印行業的一個風向標。

      業內人士表示,3D打印藥物實際上是一種制劑加工技術,是在傳統制藥采用的壓片法上進行創新,對于藥物配方并沒有什么改變。3D打印藥品,可根據患者對藥品有效成分需求的不同來調整劑量,最終通過3D技術打印出來,比過去掰藥片的方式更精確。

      3D打印玻璃更精細出彩

      最近,美國麻省理工學院科學家在研究一種制造精細玻璃的新工藝:通過3D打印技術造出精美絕倫而且用途更廣的玻璃。這種3D打印玻璃工藝稱為“G3DP”。與普通的3D打印不同,這項玻璃打印技術旨在完美結合計算機技術、材料技術和設計學。它的玻璃制造平臺,將使玻璃制造技術達到有史以來的新高度。

      傳統的玻璃制造工藝包括塑模、成型、吹制、電鍍或燒結等工序,最后的產品質量與制造技術水平密切相關。從古埃及發現制造玻璃珠的“核成型”工藝,經過羅馬時代發明的金屬管吹制工藝,到現代能造出大尺寸平板玻璃的皮爾金頓浮法工藝,玻璃制造技術上的每一次新突破都是長期實驗和創新的結果。

      “G3DP”的設計基礎是一種雙層加熱室,上層作融窯室,下層用于退火。這種3D打印機器的工作原理非常簡單:打印機的頂部主要是一個小融窯,用戶可以把玻璃放進去。在融窯達到一定溫度,大約1900華氏度(約為1038攝氏度)時,很容易將其中的玻璃融化。下面的打印部分是一個由氧化鋁-鋯石-硅制成的噴嘴,功能和常見的桌面熔融沉積成型3D打印機的熱端類似。熔融玻璃從融窯中流下來,通過噴嘴擠在一個制作臺上,慢慢冷卻變硬。如果想停止打印,只需用壓縮空氣降低噴嘴溫度。

      這項跨學科的研究證明:制造工藝的提升,除了單純從本領域實現突破外,與其他領域的新技術進行合理融合,也能帶來新成果。這也將在以后的科技發展中被不斷驗證。

      3D打印無人機無需拼裝

      2015年7月22日,英國皇家海軍成功在海上試飛了一架3D打印的無人機。這架3D打印無人機重約3公斤,翼幅1.5米長。該飛機從一艘海軍軍艦上起飛后,按照預先設定的程序順利飛行了5分鐘,然后被遙控操作,安全降落到多塞郡上的切瑟爾海灘上。

      這架3D技術打印出的無人機由四個部分拼接而成,利用了激光燒結技術(LaserSintering),拼接過程不需要任何工具。

      此無人機3D打印技術是由來自英國南安普敦大學的安迪?基恩(AndyKeane)教授負責開發的。他表示:“影響無人機推廣使用的關鍵就在于降低無人機的生產成本,而同時又不影響機身的堅固性。”3D打印飛機的成功試飛,意味著未來的無人機生產將越來越便宜,制造也越來越簡便。

      3D打印汽車售價僅2萬美元

      現在一些大的科技公司對于汽車發展的方向都是著力于自動駕駛技術,而這樣大家往往就會忽視重要一點——3D打印汽車。2014年9月份,洛克汽車公司(LocalMotors)在芝加哥公開展示了世界首輛3D打印汽車Strati,遺憾的是這輛汽車并不會投產入市。而在2015年的7月,洛克汽車公司又展示了一款新3D打印汽車的設計,并表示,該車型將作為洛克汽車公司將來在市場上銷售的真正可以上路的3D打印汽車。有消息稱,低配電動車版本的售價將在1.8-3萬美元之間。

      總部位于舊金山的DM(DivergentMicrofactories)公司已成為全球首家打造3D打印超級跑車的公司,所打造的TheBlade車型從0到60英里(約合96.56公里)/每小時的加速時間僅需2.2秒,整車重量為1400磅(0.635噸),車身大部分由碳纖維材料打造,汽車底盤由大約70個3D打印的鋁節點組成的,工人手工組裝該底盤前后歷時僅30分鐘,整個底盤本身的重量只有61磅。DM公司表示這種全新的方式還幫助減少了90%的底盤重量。盡管車身非常輕,但該超跑安裝了4缸700馬力的雙燃料引擎,可使用汽油或壓縮天然氣為燃料。

      該車的模型基于一個模塊化框架設計,車身的面板可以靈活地嵌入或取出,這意味著車主能夠很方便地對汽車外形進行重新設計。在汽車出現事故或者受損傷的時候,這種模塊化設計也使得修復成本和難度都有所降低。

      這輛超跑不僅僅提供了卓越的性能表現,對于汽車行業來說更重要的是可實現量產。DM公司表示生產該跑車的工廠資本消耗只有其他汽車制造方式的1/50,污染排放只有一輛電動車的1/3。3D打印汽車技術愈發成熟,這將會大大降低汽車制造成本、人力成本,并可大幅減少污染和材料上的浪費。同時對于生產小型代步汽車無疑是一件好事。

      3D打印的服裝不再硬梆梆

      人們已經可以在家中打印各種小物件,甚至是食物、服裝、房屋。不過,硬塑料長絲材質卻限制了一些使用價值:沒有人喜歡穿著堅硬、怪異的外星人服飾,而纖維打印還僅限于企業級應用。好消息是,近日以色列藝術與設計學院的設計師丹尼特?派格(DanitPeleg)開發出了一種新型材質,并且可以使用普通3D打印機輕松實現。

      派格在使用傳統材質進行試驗失敗之后,發現了一種強韌但柔軟的材質,稱之為FilaFlex。這種材質的感覺就像布一樣柔軟,但同時具有柔韌性,可以像布一樣實現花邊、條紋等復雜的幾何圖形設計,并有極好的舒適性和透氣性。而整個打印條件,僅需要一臺普通的3D打印機即可實現。事實上,派格并不是唯一研究新型3D打印材質的人。荷蘭設計師也已經打印出具有實穿性的新材質服裝,美國設計師也制作出像布般柔軟的塑料3D打印服裝。

      顯然,3D打印技術極大地帶動了科技與服裝界的距離,越來越多的設計師甚至大品牌都開始嘗試3D打印,完成此前難以實現的設計理念。而新材質的運用,則是讓3D打印服裝消費化的有效舉措,只有真正舒適、耐穿的服裝,才有可能讓消費者買單。

      成為手術臺上的救命稻草

      如果醫生在手術中能夠更加直觀的了解到病人器官的情況,那手術會變得更加安全。為此,麻省波士頓兒童醫院的一個研究小組提供了解決方案:將磁共振掃描設備與3D打印相結合,為醫生打印實時病人的器官模型。

      在此之前,要完成一個心臟的精細掃描,再加上打印成型就要花費接近10小時。這樣的時間損耗完全不符合醫療作業的實際需要。這個研究小組通過改進算法,能夠讓剖析心臟這項工作的耗時縮短到一小時,從而將節省的時間全部留給打印,極大地提升效率。

      盡管新算法為這項技術帶來了可觀的效率提升,但鑒于技術推出時間較短、缺乏臨床經驗的緣故,研究小組對此還是有所保留。目前,他們還在為這項技術做多次的可行性測試,對其做出嚴格的評估。同時,小組也在進行其他相關研究,例如如何用這項技術進行人體脈絡系統的掃描與打印,為更多類型的手術提供技術援助。

      3D打印出制導導彈

      隨著3D技術的不斷成熟,貌似這一技術即將變得無所不能,然而,可怕的事情也變得越來越多。早在2013年,世界第一把3D打印手槍測試成功,3D打印武器一時掀起軒然大波。可以想象一下,未來只要你有一臺3D打印機,然后在互聯網上找到相應的打印教程和圖紙,你就可以制作出一件具有致命性的武器。

      2015年7月,雷神公司(RaytheonCompany)表示已經使用3D打印技術制作了制導武器的幾乎所有組成部分,包括3D打印的火箭發動機、用于引導和控制系統的部件、導彈本身、導彈翅片。照此進度,在未來幾個月雷神公司的3D打印導彈可能就會出現在戰場上。

      雷神公司是美國的大型國防合約商,同時也是全球最大的導彈生產商,主要為美國軍方提供防御武器,導彈制導系統。這些年,雷神公司一直都在探索使用3D打印制造產品,例如正在開發用3D打印出更復雜的電路,以及使用3D打印技術開發愛國者空氣導彈防御系統中使用微小微波元件裝置的方法。

      該公司的制造經理莉亞?赫爾認為,未來3D打印導彈將成為一種簡化的流程,允許士兵當場打印并組裝導彈。雖然實現這些還有很長的路要走,但這是事實,并不是幻想。至少雷神現在已經證明,這些武器可以被3D打印出來。

      能過濾水中污染物的3D打印

      現在,美女們游泳再也不怕海水不干凈了。2015年9月,來自加州大學河濱分校的幾位科學家開發出了一種突破性的超級材料,這種材料能夠排斥水而且具有安全吸收和儲存毒素的能力。更讓人拍案叫絕的是,科學家們還將這種材料用于3D打印比基尼,讓使用者在暢游海洋的時候也為清潔海洋做出自己的貢獻。

      這種超級環保以及可用于智能制造的材料,被科學家們命名為Sponge(意為海綿體),贏得了2015年國際重塑設計大賽的第一名,堪稱最環保的可穿戴技術。研究團隊是在四年前開始研究這種材料的,當時的想法是將其用于清理原油泄漏,以及作為飛機和衛星上的涂料等。要制作這種泳衣,要先將Sponge材料塑造成比基尼的形狀,然后再封裝進一個3D打印“籠子”里,由于是要當比基尼使,這種“籠子”一定要非常柔軟有彈性,而且與穿用者的身體完美匹配,顯然只能依靠3D打印技術來完成。

      這種超級材料是從加熱的蔗糖中分離出來的一種多孔超疏水材料。這種材料的納米尺度結構允許它吸收超過自身重量25倍的污染物,除非被加熱到1000攝氏度才會釋放它所吸收的材料。另外它也能夠將污染物吸入孔隙中,這意味著這些吸附的污染物不會碰到穿戴者的皮膚,而這種材料在回收之前可以使用20次。可以將游泳體驗轉化為一種環保活動,讓人們在游泳時也能幫助清潔海域。

      除了上述時尚比基尼之外,這種材料也可以用于男士泳衣、泳帽或全身的潛水服。而且,當這種材料吸附了足夠的污染物之后,只需將墊子從“籠子”里拿出來,再換上一個新鮮的即可。開發者甚至預測,未來甚至可能會有類似于干洗店那樣的設施,專門收集用過的Sponge,分離污染物,并回收剩下的材料。最值得一提的是,這種材料的成本出人意料的低廉,由于它是從蔗糖中提取出來的,每克的成本不到一塊錢,如果規模制造的話成本還會更低。


    (審核編輯: 智慧羽毛)

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