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3D印刷的溯源

2013-01-24 10:48 来源：cpp114 整理/喻小唛责编：喻小唛

摘要：: 说起3D印刷，很多行业人士的第一反应应该就是将图片分离成不同角度的红蓝两张图片，然后将这两张图片不完全套印在一起，用特殊的眼镜观看从而营造一种3D的视觉效果；或者说将图片经过特殊处理后，直接印刷在特制的光栅版上，在裸眼的状态下实现3D的视觉效果。

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　　【CPP114】讯：说起3D印刷，很多行业人士的第一反应应该就是将图片分离成不同角度的红蓝两张图片，然后将这两张图片不完全套印在一起，用特殊的眼镜观看从而营造一种3D的视觉效果；或者说将图片经过特殊处理后，直接印刷在特制的光栅版上，在裸眼的状态下实现3D的视觉效果。但是我们这里提到的3D印刷（3D print），与前两者无关，或者说已经脱离了印刷的概念。《经济学人》杂志称，这种全新的3D印刷，或者我们应该称其为3D打印，以及以其为代表的数字化、智能化制造以及新型材料的应用，将推动实现“第三次工业革命”。

    揭开3D打印工作原理

    使用打印机就像打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。

    堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨”的方式。例如，一家名为Objet的以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

    还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成指定形状。这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。

    当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。如今可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

    科学家们正在利用3D打印机制造诸如皮肤、肌肉和血管片段等简单的活体组织，很有可能将有一天我们能够制造出像肾脏、肝脏甚至心脏这样的大型人体器官。如果生物打印机能够使用病人自身的干细胞，那么器官移植后的排异反应将会减少。人们也可以打印食品，比如康奈尔大学的科学家们已经成功打印出了杯形蛋糕。几乎所有人都相信，食品界的杀手级应用将是能够打印巧克力的机器。

    3D打印的价值体现在想象力驰骋的各个领域，3D打印正让“天马行空”转变为“脚踏实地”的可能，人们利用3D打印为自己所在的领域贴上了个性化的标签。人们纷纷展示了如何3D打印马铃薯、巧克力、小镇模型，甚至扩展到用3D打印汽车和飞机。3D打印行业的发展犹如其定义本身，始终凸显着“创新突破”这一关键特质。

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