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3D打印

了解三维打印机(或称制造机)如何以精确高效的方式革新实体物体的生产。

作者:Scott Faber
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一种名为制造机的新型机器可以让你打印三维的计算机图形,制作实体物品的塑料副本,甚至可以进行三维传真。

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自古腾堡于1453年首次开动印刷机以来,人们就一直通过印刷广泛传播他们的思想。现在,一种新型机器可以打印实体物品。该机器正式名称为立体光刻机(意为三维打印机),但它的朋友们称它为制造机(是“制造者”的缩写)。制造机已经作为独立打印机使用,并且是三维复制机的核心。三维传真机也即将问世。

制造机通过一次打印一个二维层来将数字计算机文件转换为三维对象。其原材料是液体聚合物,当激光照射到它上面时会变硬。激光会分解液体中的某些分子,将它们转化为一种胶水,将意大利面状的聚合物链粘合在一起,从而使其固化。

例如,要打印一个咖啡杯,制造机将其计算机控制的激光束对准一罐液体聚合物。激光首先扫描液体表面的实心圆形区域,将其硬化成一个圆盘——杯子的底部。然后,杯底(放置在罐中的平台上)降低约五千分之一英寸,刚好足够一层薄薄的液体聚合物覆盖在上面。激光沿着这个液体绘制一个空心圆,形成杯壁的底层,并与杯底融合。一层接一层,激光沿着杯子的横截面绘制,从底部向上构建——包括杯柄。通过一次打印一个横截面,制造机可以构建比咖啡杯复杂得多的物体。

由于如今的工业设计通常在计算机上完成,制造机使制造商能够快速将设计转化为原型。克莱斯勒公司的工程师使用加利福尼亚州瓦伦西亚的3D Systems公司制造的制造机,打印出了他们设计的新发动机缸体。三维模型揭示了一个错误:一个在复杂的蓝图中未被注意到的错位孔。在发动机投入生产前纠正这个错误,为克莱斯勒节省了数百万美元。

物理学家Marshall Burns表示,制造机在制造业以外的领域也越来越有价值。Burns是这个新兴年轻行业的“大师”之一(他还领导着自己的公司Ennex Fabrication Technologies)。马萨诸塞大学和几所其他机构的数学家们已经开始使用制造机。“他们现在可以手握模型,亲眼看到他们的方程所描述的东西,”Burns说。“他们以前在电脑屏幕上制作图表;现在他们拥有三维计算机图形。”

与相应类型的扫描仪(任何能够绘制物体形状并以数字形式存储的设备)连接,制造机就变成了一个3D复印机。加州大学洛杉矶分校医疗中心在其CT扫描仪上使用3D Systems制造机。通过患者颅骨骨折的CT扫描,外科医生最近打印出了一个三维模型,他们可以利用这个模型来规划手术。同样,加州马里布盖蒂博物馆的保管员也对文物进行了激光扫描并制造了副本。

从3D复印机到3D传真机,这根本不需要技术上的飞跃。“如果扫描仪和制造机相距遥远,你就拥有了一台3D传真机,”Burns说。通过制造,运输和存储实体物品变得和运输和存储数字数据一样容易。目前,这些物体只能由塑料制成,但制造金属物品的各种方案正在开发中。

美国海军是一个客户。Burns解释说,航空母舰上的仓库大约有足球场的一半大小,层高20英尺。“这些东西中有近一半是螺母、螺栓、圆柱体和法兰,这些东西很简单,但如果你在大洋中间,而你没有这些东西,你就麻烦了。海军希望用几个制造机和一些钢粉箱来取代这些空间。”

Burns预测,在15年内,制造机的价格将足够便宜,可以像在航空母舰上一样在家中使用。(目前,典型的制造机价格约为20万美元。)他认为,人们将在网上拨打蓝图,制造从滤水器到书立的任何东西。Burns说:“你不会相信你将看到的东西。”

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