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浅析三维打印引领第三次工业革命

2021-07-23 来源:沈阳机械信息网

浅析三维打印引领第三次工业革命

用打印机“打印”水杯、小提琴、首饰甚至汽车和飞机,这不是异想天开,而是已经可以轻松实现的技术。

近二十年来,三维打印技术在一些发达国家兴起。专家认为,这种技术代表制造业发展新趋势,它和其他一些数字化生产模式的涌现,将推动实现第三次工业革命。

随心打印

每到周末,14岁的赖利·刘易斯都会和好友一起迫不及待地钻进自家车库,找他们最喜欢的伙伴“饶舌男”一台初级的组装版三维打印机。

孩子们先在电脑操作界面上完成设计,传输到打印机上,然后摁下打印键,等待“饶舌男”把他们的设计变为实物。

“饶舌男”开始工作。熔化的塑料是“墨”,从一个可灵活移动的喷嘴里均匀喷出。伴随着嗡嗡的电流声,喷嘴来回移动,一层超薄的塑料圆环在工作台上出现并定型。然后,喷嘴降低零点几毫米,喷出一层略小的塑料圆环。如此由上至下,层层圆环叠加起来,一个塑料杯制作完毕。

如果对这个杯子的简单造型不满意,想给它加个手柄或在杯身上刻上名字,只需提前在电脑程序里加以修改,“饶舌男”就能严格按照程序设计,制作出符合要求的成品。

刘易斯设计打印出一个“完美的”齿轮,得到伙伴们夸赞。一个名叫弗农的男孩想把论文打印在塑料上而不是纸上,因为这“肯定能把老师震住”。

刘易斯的爸爸戴维当初花1500美元买来全套元件,父子俩一起用了32小时组装。这款神奇机器迅速获得孩子们青睐,成了他们的大玩具。他们享受自己动手设计、想要什么就打印什么的乐趣。刘易斯家车库里已经摆满他们的作品:火箭模型、吉他、餐具。

相比微波炉大小的“饶舌男”,工业用的三维打印机个头更大,功能更强,售价也更高,从五千美元到一百万美元不等。可用于三维打印的“墨水”材质也更加丰富,包括各种颜色的塑料、金属、玻璃和陶瓷。

过去25年间,三维打印技术已广泛应用于多个领域。奔驰、本田用它制造汽车模具和配件;波音、洛克希德-马丁公司用它打造航模和零件;微软公司用它设计电脑鼠标和键盘;医疗设备机构用它为用户定制助听器和牙套;建筑师用它复制建筑模型。美国研究人员甚至已研制出三维食物打印机,能用食材打印饼干、苹果派等。

美国“三维系统”公司首席执行官阿贝·雷琴塔尔说,利用三维打印技术,顾客可以买到绝对个性化的产品,“宝马公司能为你量身定制新车,车身自带你的姓名,坐椅贴合你的体型。(比利时知名巧克力)戈黛娃的巧克力糖造型将和你的容貌一模一样。”

“只有你想不到,没有它打印不了的,”他说。

市场潜力

行业咨询公司“沃勒斯协会”提供的数据显示,三维打印技术的市场销售额已达17亿美元,且有望在2015年前升至37亿美元。

作为三维打印技术的发明者和领头羊,“三维系统”公司去年收益2.3亿美元,比前年增长四成多。

公司设计的一款新型打印机“立方体”(Cube)定于今年五月上市,其工作原理和“饶舌男”类似,应用程序则借鉴苹果公司产品,更方便顾客操作。

它的自带程序里已预先装载大量物品设计图,比如棋子、首饰、厨具等,顾客无须学习复杂的三维设计软件,便可直接打印所需物品。

此外,“立方体”还支持无线网络链接,顾客能从网站付费下载更多物品设计图:一只玩具大象收费4.99美元,一枚戒指10美元,一把剃须刀15美元。

总部设在纽约的Shapeways公司是“三维系统”的有力竞争对手。这家公司走的市场路线与购物网站“亚马逊”类似:顾客通过网站上传自己设计的产品图,或订购现有的设计图,公司则按图打印产品,送货上门。

在Shapeways的网站上,既有标价760美元的珊瑚造型台灯,也有只卖几美元的小饰品,还有一些仅三维打印技术才能制造出的稀奇玩意儿,例如类似俄罗斯套娃但不能打开的“套球”。

Shapeways公司首席执行官彼得·魏马尔肖森说,他们每个月售出大约10万件产品,其中最受欢迎的是珠宝首饰、苹果手机套和玩具火车。

影响工业

三维打印技术如今的飞速发展和巨大市场潜力,或许是发明人查克·赫尔当初没有预料到的。

30年前,赫尔在加利福尼亚州南部一家名为紫外产品公司的制造企业工作,开发用于家具保护涂层的紫外线固化树脂胶技术。身为工程师和物理学家,赫尔喜好动手实验,经常花好几个小时把一层层树脂堆积起来制作模型。

“那时,我已经当了20年工程师,深知制造塑料模具有多麻烦。你得先绘出每个部件的设计图,然后找精密工具制造者为你加工。一旦设计有问题需要修改,一切都得重来。整个过程需要至少6个星期。因此,我很想能拥有一台机器自己制造模具,”现年73岁的赫尔回忆说。

几经努力,在紫外产品公司办公楼的一间密室里,赫尔研制出第一台三维打印机。它使用树脂当墨,用一盏可移动的紫外线灯使树脂固化定型。赫尔满心欢喜向公司老板展示新发明,却得知公司快要倒闭,自己面临失业。

他于是向老板提议,自己提供新技术、公司提供资源,合作成立一家新公司,开发推广这种被他称为“立体印刷术”的新技术。

新公司被命名为“三维系统”。如今,赫尔依然供职于这家公司,身份是“首席技术官”,他的研究室里堆满了实验设备和样机。

在同行布雷·佩蒂斯眼里,赫尔的发明被怎么夸耀都不为过,因为它意味着单调大规模制造模式的终结。家具生产商将不再需要设计千篇一律、缺乏新意的产品,而是由顾客提供自行设计的产品图;亚马逊等购物网站则只需提供产品设计程序,由顾客在家自行打印成品,从而大幅减少运费。

英国《经济学家》周刊认为,尽管仍有待完善,但三维打印技术势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。这些突破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具,改由更加灵巧的电脑软件主宰这便是第三次工业革命的标志。

航空发动机巨头罗尔斯·罗伊斯公司工程和技术总监科林·史密斯说:“大工厂里人挤人的时代将一去不复返。”

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