3D打印如何彻底改变生产和设计

shuszhao

现在3D打印的零件已包罗万象——从机器人到跑鞋，甚至美国宇航局将送进太空的下一架航天飞机上，也会有数十个3D打印部件。3D打印将成为生产的未来吗？也许吧，但首先要扫清一些障碍。
不久前，3D打印主要被建模人员用来创建原型结构，然后他们再使用较传统的方法打造产品。然而，现在3D打印的零件已包罗万象——从机器人到跑鞋，甚至美国宇航局将送进太空的下一架航天飞机上，也会有数十个3D打印部件。3D打印将成为生产的未来吗？也许吧，但首先要扫清一些障碍。
在介绍其局限之前，我们先记一下3D打印的许多优点。最初的3D打印机产品是难以运输的傻大个，这使它们难以用于实验室之外。最近几年，3D打印机在样式和范围上进行了创新，而使其可用于各领域的研究和商业用途。该技术已经发展到，3D打印机已能复制人体的骨骼、肌肉和软骨等组织。
过去，3D打印机的高昂成本也是导致其应用范围受限的因素之一，但最近这一情况也已开始改变。目前在市场上花10,000至20,000美元，就可买到一款低端的3D生物打印机。但卡内基梅隆大学的研究人员最近创建了一种基于注射器的生物打印机制，其可以不到500美元的成本，被整合进几乎任何一款3D打印机。

3D生物打印机。（图片来源：卡内基梅隆大学）
然而，还有几座小山要爬。由于3D打印的物体是通过多次往复逐层打印出来的，因此层与层交会的地方可能是其结构中的内在弱点。例如，确保塑料结构配置最牢固的最佳方法，仍是将塑料倒进模具而使它固化。尽管如此，研究人员正在通过试验不同的原料和增强3D打印物体的方法来缩小这种差距。发表在《ACS Applied Materials and Interfaces》期刊上的论文《Enhanced Impact Resistance of Three-Dimensional-Printed Parts with Structured Filaments（具有结构化长丝的3D打印零件提高抗冲击性）》中报告称，科学家使用聚合物长丝作为“外骨骼”为3D打印结构提供更高强度。
对新材料和加工技术的进一步研究必将对3D打印产生重大改进。也许将打印和同时处理相结合可以带来诸多好处，例如将打印和激光处理同时进行，可使材料在非常高的温度下发生结合或形变。打印过程中是否可包含微观催化剂，这些催化剂只能通过激光激活，而能提供额外的附着力或强度呢？
鉴于该技术在过去几年的飞速发展，我们可顺理成章地认为，在不久的将来，从汽车到盆栽植物上的形形色色的物体，将有部分或是全部都是由3D打印机制造出来的。虽然在强度和抵抗力以及热和冲击等衰减因素等方面仍然存在一些障碍需要克服，但该技术已经取得了重大进展。现在，人们正在用3D打印零件建造航天飞机。毕竟，如果它能被美国宇航局（NASA）相中，那也就应该足以满足我们其他人的要求。

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