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    耗材決定能力邊界——3D打印技術原理

    3D打印技術在原理上并不復雜。與傳統制造業在材料上做減法不同,它奉行的是加法守則。要打印一個東西,你首先要有一張3D立體圖,配套的軟件會把這張圖上的物體進行一系列數字切片,并將切片信息傳送到打印機,打印噴頭立刻啟動,根據切片信息,一層層極薄地堆疊出立體物件。

    在這一核心“秘笈”指導下,不同打印機有不同的流派打法,而使用的“墨水”則是其中的關鍵。

    在北京北五環外永豐科技園的北京計算中心,一臺售價160萬元人民幣的Objet3D打印機,已經在這里服務一年有余。這臺雙缸洗衣機大小的銀灰色打印機,使用光敏樹脂耗材,這是一種遇紫外線照射會立刻變硬的特殊材料,另外一種支撐材料也必不可少。在電腦的三維數據圖像的控制下,打印機的六個噴頭以16微米的厚度,一層層噴出液態材料,物體的部分使用光敏樹脂,其余部分則噴出填充材料,每噴一層,就進行一次紫外線照射,液態材料隨即變硬。

    打印完成后,最初從打印機肚子里拿出的是一個立方體,需要再給它洗個澡,沖去填充材料,打印的東西就“水落石出”了。

    Stratasys公司使用的則是一種叫做“熔積成型”的技術,整個流程是將一根粗的塑料繩,在噴頭內熔化液體,一層層沉積塑料纖維成型。還有一些系統使用粉末微粒作為打印介質,最常用的是石膏粉,粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層,然后由噴頭噴出的液態粘合劑進行固化,或者用“激光燒結”,熔鑄成指定形狀。

    耗材的擴展,決定了3D打印機的能力邊界。

    受到耗材的限制,3D打印最初的應用主要局限在樣品制作。汽車零部件制造商或齒科醫生在完成一個產品設計時,往往需要用一臺3D打印機在幾個小時內打印出其設計的產品,反復修改后再投入到規模化的生產線制造,這種樣品制作方式相比傳統的模型制作極大地節約了時間和材料成本。

    隨著可供打印使用的耗材的不斷拓展,3D打印也逐漸具備了制作成品的可能。這是3D打印技術一個質的飛躍,這種變化在最近兩年才逐步發生。2011年,鈦合金和不銹鋼材料的使用,使波音公司開始用這種技術直接打印飛機機翼,當然這種打印機的體型和價格都在另一個層級上。

    目前,僅Objet一家公司已經可以使用14種基本材料并在此基礎上混搭出107種材料,兩種材料的混搭使用、上色也已經是現實。這些材料的價格便宜的幾百塊(人民幣)一公斤,最貴的要4萬元左右。

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