爸爸需要一個(gè)茶杯，打印一個(gè);媽媽需要一個(gè)油壺，打印一個(gè);寶寶想要一個(gè)喜羊羊，沒(méi)問(wèn)題，3D打印機(jī)給你打印一個(gè)。昨天上午，記者在揚(yáng)州西安交通大學(xué)科技園快速成型中心見(jiàn)識(shí)了一回這樣帶有“魔幻”色彩的生活。
3D打印，樣品和“真的”一模一樣
汽車模型、心臟模型、空心大象、玩具……西安交大揚(yáng)州科技園快速成型中心一個(gè)展柜里擺得滿滿的?？焖俪尚椭行闹魅畏较枵f(shuō)，它們都是用揚(yáng)州的3D打印機(jī)打出來(lái)的。
方翔給記者看了幾個(gè)剛打印出來(lái)的縮小的動(dòng)物模型，說(shuō)這和成龍《十二生肖》中的獸首打印技術(shù)差不多，只不過(guò)機(jī)型不一樣，所用的材料不一樣。
3D打印機(jī)最誘人的應(yīng)用則是分散制造，據(jù)稱這也是未來(lái)工業(yè)革命的方向。方翔說(shuō)，如果我們揚(yáng)州人想買一輛長(zhǎng)春第一汽車廠生產(chǎn)的奧迪，那奧迪車要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)送才能到揚(yáng)州。而未來(lái)3D打印機(jī)可以直接在揚(yáng)州一個(gè)一個(gè)部件地把奧迪車“打印”出來(lái)，然后工人組裝一下就可以了。
現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證，1小時(shí)“打印”出齒輪
在快速成型中心激光成型室，一臺(tái)激光式3D打印機(jī)中間有一個(gè)微波爐大小的方形空盒，盒頂上方懸掛著一個(gè)激光發(fā)生器探頭，盒底是一個(gè)“池子”，裝滿了液態(tài)狀的光敏樹(shù)脂材料，“池子”中央還有一個(gè)網(wǎng)狀的支撐架。記者注意到，隨著探頭射出的激光在池面上移動(dòng)，光敏樹(shù)脂材料在支撐架上形成一個(gè)個(gè)的固化點(diǎn)，并由點(diǎn)成面，一個(gè)小時(shí)后，最終形成一個(gè)齒輪狀的實(shí)物模型。
在這個(gè)過(guò)程中，3D打印是一個(gè)從點(diǎn)到線，從線到面，通過(guò)層層累積實(shí)現(xiàn)立體打印的過(guò)程，就像蓋樓房，從地基開(kāi)始，用磚瓦、水泥、沙石一層層往上砌，最終建造起一整幢樓房。
“傳統(tǒng)方法做一個(gè)齒輪，一般是在整塊材料的基礎(chǔ)上，去除多余部分，將剩下的部分制成產(chǎn)品。”對(duì)于3D打印與傳統(tǒng)制造方法的不同，方翔形象地比喻說(shuō)，傳統(tǒng)制造法是做“減法”，而3D打印是做“加法”，也叫它“增材制造”。
理論上講，人也可以“打印”出來(lái)
指著剛剛打印出來(lái)的“齒輪”，方翔表示，打印出什么樣的實(shí)物模型，是根據(jù)事先輸入的數(shù)據(jù)而定。也就是說(shuō)，3D打印，首先要把實(shí)物設(shè)計(jì)成“圖紙”，這個(gè)圖紙即為數(shù)字模型。
方翔說(shuō)，“如果有了一個(gè)人的數(shù)字模型，3D打印機(jī)就可以打印出同樣的一個(gè)‘克隆人’來(lái)。”
而數(shù)字模型的建立，需要通過(guò)三維掃描后，進(jìn)行3D數(shù)據(jù)處理后獲取?？焖俪尚椭行牡姆辞筇幚硎揖褪巧鲜鰯?shù)據(jù)處理的工作場(chǎng)所。
在反求處理室，工作人員小袁正在用三維掃描儀對(duì)一個(gè)車模進(jìn)行立體掃描，幾分鐘后，車模的掃描數(shù)據(jù)出現(xiàn)在電腦。這些數(shù)據(jù)通過(guò)后期再處理，便可形成一個(gè)3D模型。
實(shí)際上，在這個(gè)過(guò)程中經(jīng)歷了兩個(gè)步驟，第一步是標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)與隨機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)相對(duì)比;第二步是隨機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)與車模實(shí)物相對(duì)比，在兩組對(duì)比中產(chǎn)生3D數(shù)據(jù)。
記者注意到，上述一個(gè)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)即是涂有光敏材料的特定小紙片。小袁說(shuō)，“將這個(gè)小紙片貼在飛機(jī)、汽車等實(shí)物上，再大的物件也能采到3D數(shù)據(jù)。”
剛剛用過(guò)的“3D掃描儀”好比膠片相機(jī)，經(jīng)過(guò)處理的3D模型就好比底片。小袁介紹說(shuō)，3D模型底片下一步會(huì)通過(guò)專業(yè)軟件進(jìn)行圖像分層，把3D圖像分解為一定數(shù)量的2D平面圖案，最終通過(guò)3D打印機(jī)逐層“打印”出來(lái)。
“打印”金屬部件，中國(guó)也能做到
盡管是樹(shù)脂材料做的“齒輪”，觸摸上去卻非常堅(jiān)固。方翔表示，這款打印出來(lái)的“齒輪”甚至可以作為相關(guān)零部件取代實(shí)體齒輪，做到拿來(lái)就能用。
采訪過(guò)程中，記者一直有一個(gè)疑問(wèn)——光敏樹(shù)脂打印出來(lái)的產(chǎn)品畢竟是塑料的，而工業(yè)制造過(guò)程中，使用的絕大多數(shù)零配件是金屬制成品。那么，3D打印技術(shù)能打印金屬制品嗎?
“你問(wèn)對(duì)問(wèn)題了。”方翔說(shuō)，國(guó)內(nèi)剛剛研究成金屬3D打印技術(shù)，是使用鈦合金粉末作材料，使用激光打印機(jī)打印。而此項(xiàng)技術(shù)，以前也一直為外國(guó)人壟斷。
據(jù)了解，國(guó)內(nèi)中航重機(jī)不久前剛研制成功鈦合金粉末激光3D打印技術(shù)，憑此項(xiàng)技術(shù)，中航重機(jī)獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
“將來(lái)，應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬在于用的是什么材料，比如用混凝土打印房屋，用生物材料打印人體器官。但這一切都需要在做好最基礎(chǔ)的材料——塑料打印做起。”
方翔認(rèn)為，揚(yáng)州目前所用的光敏樹(shù)脂材料已領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)大多數(shù)3D打印所用的ABS塑料絲所做的材料。而光敏樹(shù)脂材料所打印的實(shí)物模型價(jià)格為1克20元，方翔表示，隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)價(jià)格可能會(huì)降下來(lái)。
3D打印在揚(yáng)州
揚(yáng)州已有企業(yè)“嘗鮮”
方翔告訴記者，目前揚(yáng)州只有20家左右企業(yè)及個(gè)人前來(lái)利用3D打印。由于成本及知名度的原因，此項(xiàng)技術(shù)還未大規(guī)模推廣開(kāi)來(lái)。
揚(yáng)州新菱電器是一家研發(fā)、生產(chǎn)斷電保護(hù)器的企業(yè)，近期開(kāi)發(fā)了一個(gè)新產(chǎn)品自動(dòng)復(fù)位式斷電保護(hù)器，由于想在開(kāi)模具之前，查驗(yàn)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中是否還存在需要調(diào)整的地方，他們找到了方翔，嘗試先采用3D打印做的樣板用來(lái)檢查外觀和結(jié)構(gòu)。
“頭一天晚上他們傳來(lái)了數(shù)據(jù)，我們次日早上就送去了3D打印的模型。”方翔說(shuō)，與傳統(tǒng)的加工相比，3D打印優(yōu)點(diǎn)很多，首先是更快捷，時(shí)間上起碼節(jié)約一半以上。其次，更加精確。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，3D打印技術(shù)耗材少，幾乎不產(chǎn)生廢料。第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)，十分適合個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)。
“我去過(guò)杭集，那里的老板想要新制造一款牙刷，可新的模具制造出來(lái)，不知道能否得到市場(chǎng)的認(rèn)可。”方翔說(shuō)，在這種情況下，就可以使用3D打印技術(shù)，打印出新產(chǎn)品，若得到市場(chǎng)認(rèn)可再開(kāi)模具，得不到市場(chǎng)認(rèn)可再重新設(shè)計(jì)。
眾所周知，揚(yáng)州玉器名揚(yáng)海內(nèi)外，玉工精湛的手藝，贏得不少賞玉人的青睞。那么，雕工復(fù)雜的玉器，是否也可以使用3D打印呢?
答案當(dāng)然是肯定的。據(jù)方翔介紹，只需要輸入數(shù)據(jù)，3D打印機(jī)便可根據(jù)規(guī)格需要，做出逼真的玉器模型來(lái)。隨著打印材料的不斷完善，在不久的將來(lái)，或許可以真的以玉石粉末為打印材料，雕琢出精美的玉器來(lái)。
2問(wèn)3D打印
3D打印為何現(xiàn)在趕“潮”?
在一份介紹材料上，記者注意到，1998年，西安交大就有了利用光敏樹(shù)脂快速成型的技術(shù)。為什么10多年后，3D打印技術(shù)才受到重視?
對(duì)此，方翔感慨萬(wàn)千：“過(guò)去洋人對(duì)我們技術(shù)封鎖，要想3D打印，從光敏樹(shù)脂材料到激光發(fā)生器等生產(chǎn)設(shè)備全靠進(jìn)口，3D打印對(duì)國(guó)人來(lái)說(shuō)是很奢侈的事情。”
上述技術(shù)的空白，決定了在那個(gè)年代，要想實(shí)現(xiàn)3D打印，只能靠進(jìn)口。而僅有的3D打印也只能作為學(xué)術(shù)研究用，高昂的成本使其難以進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。
方翔認(rèn)為，“還有一個(gè)重要原因，就是近年來(lái)三維圖像及數(shù)字的轉(zhuǎn)換技術(shù)已廣泛普及，最終使3D打印開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶。”
經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)內(nèi)已經(jīng)突破了3D打印的技術(shù)瓶頸，能夠****生產(chǎn)出光敏樹(shù)脂及3D打印機(jī)。去年底，從西安交大引進(jìn)的3D打印機(jī)正式落戶揚(yáng)州科技園。
揚(yáng)州3D打印處于什么水平?
西安交通大學(xué)是國(guó)內(nèi)研究3D打印技術(shù)的“佼佼者”，唯一的國(guó)家級(jí)快速制造中心就設(shè)在那里。西安交通大學(xué)教授盧秉恒，被視為國(guó)內(nèi)3D打印業(yè)的先驅(qū)人物。
目前，揚(yáng)州西安交大科技園已引入盧秉恒工作室，揚(yáng)州的快速成型中心是其分部。
方翔介紹說(shuō)，西安交大除在揚(yáng)州設(shè)立科技園外，還在蘇州、寧波、山東聊城設(shè)有科技園，同時(shí)向這些地區(qū)輸出3D打印技術(shù)。不過(guò)，無(wú)論從3D打印出的產(chǎn)品尺寸，還是精度來(lái)看，揚(yáng)州無(wú)疑是最先進(jìn)的，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：
首先，是生產(chǎn)設(shè)備的空間大。揚(yáng)州引進(jìn)的3D打印機(jī)，可以打印出600×600毫米的實(shí)物模型，這樣的尺寸在西安交大系統(tǒng)中是最大的。“如果實(shí)物的體積超過(guò)上述規(guī)格，可以通過(guò)分段打印，再進(jìn)行組合。”
其次，打印產(chǎn)品的精度可以達(dá)到0.1毫米，這一指標(biāo)目前在國(guó)內(nèi)名列前茅。
綜合來(lái)看，方翔認(rèn)為，“揚(yáng)州的3D打印在全國(guó)處于中高端水平，與最高端中航重機(jī)的差距就在于還不能使用鈦合金粉末作材料。”
