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3D印刷的溯源

2013-01-24 10:48 來源：cpp114 整理/喻小嘜責編：喻小嘜

摘要：: 說起3D印刷，很多行業人士的第一反應應該就是將圖片分離成不同角度的紅藍兩張圖片，然后將這兩張圖片不完全套印在一起，用特殊的眼鏡觀看從而營造一種3D的視覺效果；或者說將圖片經過特殊處理后，直接印刷在特制的光柵版上，在裸眼的狀態下實現3D的視覺效果。

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　　【CPP114】訊：說起3D印刷，很多行業人士的第一反應應該就是將圖片分離成不同角度的紅藍兩張圖片，然后將這兩張圖片不完全套印在一起，用特殊的眼鏡觀看從而營造一種3D的視覺效果；或者說將圖片經過特殊處理后，直接印刷在特制的光柵版上，在裸眼的狀態下實現3D的視覺效果。但是我們這里提到的3D印刷（3D print），與前兩者無關，或者說已經脫離了印刷的概念。《經濟學人》雜志稱，這種全新的3D印刷，或者我們應該稱其為3D打印，以及以其為代表的數字化、智能化制造以及新型材料的應用，將推動實現“第三次工業革命”。

    揭開3D打印工作原理

    使用打印機就像打印一封信：輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數字文件便被傳送到一臺噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在3D打印時，軟件通過電腦輔助設計技術（CAD）完成一系列數字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續的薄型層面堆疊起來，直到一個固態物體成型。3D打印機與傳統打印機最大的區別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。

    堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機公司使用打印機噴頭將一層極薄的液態塑料物質噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進行處理。之后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。另外一家總部位于美國明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術，整個流程是在噴頭內熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。

    還有一些系統使用粉末微粒作為打印介質。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態粘合劑進行固化。它也可以使用一種叫做“激光燒結”的技術熔鑄成指定形狀。這也正是德國EOS公司在其疊加工藝制造機上使用的技術。而瑞士的Arcam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。

    當遇到包含孔洞及懸臂這樣的復雜結構時，介質中就需要加入凝膠劑或其他物質以提供支撐或用來占據空間。這部分粉末不會被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。如今可用于打印的介質種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。有些打印機還能結合不同介質，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟。

    科學家們正在利用3D打印機制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織，很有可能將有一天我們能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。如果生物打印機能夠使用病人自身的干細胞，那么器官移植后的排異反應將會減少。人們也可以打印食品，比如康奈爾大學的科學家們已經成功打印出了杯形蛋糕。幾乎所有人都相信，食品界的殺手級應用將是能夠打印巧克力的機器。

    3D打印的價值體現在想象力馳騁的各個領域，3D打印正讓“天馬行空”轉變為“腳踏實地”的可能，人們利用3D打印為自己所在的領域貼上了個性化的標簽。人們紛紛展示了如何3D打印馬鈴薯、巧克力、小鎮模型，甚至擴展到用3D打印汽車和飛機。3D打印行業的發展猶如其定義本身，始終凸顯著“創新突破”這一關鍵特質。

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