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颠覆还是互补:如何正确看待3D打印产业?

2013-07-09 00:03
Hsiao Chen
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  材料难题待解

  在材料方面,3D打印最先采用的主要是塑料,多数应用在原型开发及产品设计领域。最早的3D设备所采用的材料多是热塑性塑料,所采取的工艺为熔融沉积成形,打印出来的物品精度很低,难以作为部件使用。

  随着技术的进步,现在3D打印的材料开始从塑料向砂、光敏树脂、黏合金属扩展,应用也随之扩展到蜡模、砂型等领域,成形精度也进一步提高,可以达到0.2mm,SLM(选择性激光熔凝)成形精度可达0.1mm,甚至更高。3D打印的应用也日趋广泛,SLS(选择性激光烧结)除了成形铸造用蜡模和砂型外,还可直接成形多种类高性能塑料零件,SLM可直接成形性能与锻件相当的金属零件甚至是高性能的陶瓷零件。

  3D打印的革命性突破在于近年来钛合金、不锈钢等金属粉末的使用。最新的3D打印设备可以打印出金属零部件,并做到精度高、尺寸大,无需大型锻造工业装备、大型锻造模具制造及大规格锻坯制备加工,而零件机械加工余量小、数控加工时间短、材料利用率高、生产周期短、制造成本低,目前已经应用在飞机高强度结构件、无人机、航天器及高档跑车等领域。

  尽管打印材料有了革命性突破,但当前3D打印的广泛应用还有待于材料成本的降低。首先,可用的材料十分有限,如航空航天材料,需要进一步轻量化和高强度化,而目前的钛合金、不锈钢等材料的成本还很高,所制造的部件表面的光洁度还不够。其次,材料的认证也是需要考虑的重要因素,因为材料属性和结构设计尚未统一或标准化,限制了3D打印技术的进步。再次,还需要标准化的是材料属性数据库,该数据库必须足够健全,囊括大量的材料及其相应属性。未来,3D打印的发展将取决于所用材料的扩展、材料数据库的完善、材料自身成本的下降,如果这些方面取得突破,应用领域将会进一步拓展。

  生物打印最具革命性

  目前,等待器官移植的患者在得到合适的器官之前,通常要等待几个月甚至数年,有的患者甚至在等待的过程中死去。如果能像科幻电影《星河舰队》里面那样,可以由机器“打印”出人类的肌肉、血管、器官,那将拯救无数人的生命。

  虽然人们现在还不能像电影中那样,但是由美国Organovo公司研制的3D生物打印机如今已经可以制造动脉血管,开发者称由这种设备“打印”出的动脉有望在未来用于心脏搭桥手术。

  生物3D打印机与一般的3D打印机的不同之处在于,它不是利用塑料或金属,而是利用生物构造块,去制造真正的活体组织。虽然生物3D打印技术尚处于初级阶段,不过第一台3D生物打印机的原型机已在2009年底制造出来。

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