有圖紙可列印出房子 "3D列印"魔法時代有多遠

2020-12-20 環球網

國內已現首家只要有圖紙就可以列印出房子和飛機……

其問世被認為將引領蒸汽機、內燃機後第三次工業革命

3D印表機可以用各種原料列印三維模型,醞釀了30多年的3D列印技術,在2012年下半年真正進入了蓬勃發展階段。

《經濟學人》雜誌稱,3D列印「將與其他數位化生產模式一起推動和實現第三次工業革命」。英國《金融時報》評論稱,3D印表機將像蒸汽機、內燃機和計算機一樣,開創一個嶄新的工業時代。

我國在3D列印技術上一直保持著領先地位。今年10月,國內多家權威研究機構和企業成立了全球首個3D列印技術產業聯盟。3D列印在中國發展如何?通過新製造模式,個人「打房子」、「造飛機」的魔法時代,離普通中國人生活還有多遠?記者進行了採訪。

11月初,科技界發生一件大事。美國著名科普雜誌《連線》(wired)主編,52歲的克裡斯·安德森(Chris Anderson)從老東家辭職,全心管理他與一名20多歲的IT青年共同創立的3D列印公司。目前,這家公司已獲得500萬美元的風險投資,他們計劃通過3D列印技術,在墨西哥製造無人駕駛的「飛行機器人」並售賣。

這款飛行機器人的推介語寫道,「便宜、小巧的飛行機器人可以聽從你的一切吩咐,憑什麼所有『cool』的產品都被軍隊擁有呢?」

是的,這一切如同科幻片一樣酷。在接受媒體採訪時,克裡斯提到,新的工業化革命新浪潮中,他最重視的對手來自中國。 國內

第一家3D列印公司已盈利

2009年,24歲的浙江金華人金濤,從浙江大學計算機專業研究生畢業後,在香港做了不到一年博士,就決定回內地創業。啟發他創業靈感的,是國外一家電子禮品店的個性3D列印服務。

當時,面向普通人的3D列印服務在國內是完全嶄新事物。三年過去,27歲的金濤已經是中國第一家3D設計服務公司的創始人和技術總監。

在淘寶網上,記者可以看到這家總部位於杭州的公司,售賣個人3D印表機,價格從5999元到29999元不等。

入門級個人3D印表機,重量只有30多斤,就好像一個超大號的禮品盒或掏空的迷你印表機。它可以放在桌面上,不用連接電腦,插上SD卡就可以將設計圖紙變成實物。而購買者有設計師、科研單位、北京、上海等城市的青年活動中心用於給小朋友上手工課,還有想給女朋友做獨特愛情禮物的科技宅男。

在網絡上,中國3D列印愛好者登記人數也已超過千人。網友們開始展示用個人3D印表機列印出的東西:門把手、拉環、水壺、跑跑卡丁車的模型、獎盃、茶杯、凳子、戒指等;材質也從石膏、尼龍、樹脂到ABS塑料等五花八門。

金濤介紹,3D列印熱在中國還是從去年年底開始的,隨後逐漸升溫,到了今年4月,不到半年的時間,公司的個人3D印表機已經銷售過百臺。公司也開始實現盈利。

應用

從航天材料到「複製」文物

然而,作為國內第一家3D列印服務公司創始人,金濤最開始的想法是做遊戲模型,讓人人有機會成為雕塑大衛的「米開朗基羅」。

大學裡,金濤的計算機專業方向是圖像圖形學。去到香港後,他在大學裡擔任計算機圖形圖像學的研究助理。

一個偶然機會,作為《魔獸遊戲》的愛好者,他發現國外有網站可以提供遊戲模型的個性3D列印:顧客呆在家裡,把自己改裝的遊戲角色設計圖發給網站,網站就利用3D印表機製造實物,再郵寄給玩家。

於是,在網購了一臺國外的3D個人印表機後,金濤決定輟學創業,向遊戲玩家提供遊戲模型的3D列印服務。但由於沒有得到官方授權,「魔獸」模型列印服務的生意不得不擱淺。

後來在與一個澳大利亞客戶交流中,金濤了解到,從網絡上,可以學習如何製作3D個人印表機器。2009年,也是世界知名的個人3D列印公司Maker Bot成立的一年。Maker Bot公司被科技界視為3D列印業中「蘋果」公司,它致力於將3D印表機像當年電腦一樣,從科研企業應用到個人普及中。

於是,金濤從Maker Bot的網站上購買了一臺需要組裝的個人3D印表機,在網絡上下載了公開教材,並和一個學機械的同學一起重新組裝機器,琢磨裝配。

去年11月,金濤的第一臺,也是中國第一臺個人3D印表機開始對外發售。

目前,在金濤的公司上,3D列印技術的應用服務主要有四類:建築與市政布局模型、工業設計的快速成型、用於教育藝術創造的「模型」設計以及保護文物遺產的3D列印。

相比設計模型,文物複製是3D列印在中國的一個新應用。

在公司網站展示上,有一尊佛像古味十足,這是山西天龍山石窟第 18 窟西壁的幾尊佛像的復原模型之一。由於原佛像或殘缺或流失海外,國內考古學家通過掃描收集3D數據,再通過金濤公司的專業3D印表機,花了兩天時間列印出了1:11的「複製」文物。

現實

核心技術與美國不相伯仲

今年10月,金濤不到10人的科技公司加入了包括華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等科研機構在內的「中國3D產業技術聯盟」,這也是全球首家3D列印產業聯盟。

據與會專家介紹,3D列印技術作為製造業領域的一次重大技術革命,在中國已經廣泛應用到航空航天等軍事領域和大型複雜構件的一次成型製造。目前,我國在3D列印技術的核心領域已經與美國3D公司等國際巨頭基本處於同一水平。但是,在材料和軟體開發、裝備等方面以及個人應用仍有一定的差距。

如何向普通人簡明解釋3D列印技術?

「忘記2D列印吧」,金濤說。3D列印是一個全新的概念,並不能將普通的2D列印和3D列印做對比。

實際上,3D列印是一種全新的物品製造方式。它的前身是快速成型製造機器,想法來源於上世紀70年代,3D輔助計算機設計開始。當時,工廠創造一個鞋模,從設計師圖紙到實物大約需要7天時間。1994年,美國麻省理工學院的科研專家發明了一種名為三維列印(Three Dimensional Printing,簡稱「3DP」)的技術,並申請了專利。1997年,工業化生產的3D印表機器開始應用。2005年,英國巴恩大學的AdrainBowyer教授設計出一種3D印表機,並將自己的科研成果在網絡上開源公布。隨後,3D印表機器迅速發展,亦如當年的計算機發明一樣,從笨重、龐大,效率慢向靈巧、高效以及個人應用靠攏。

金濤介紹,3D 印表機的基本原理是將物品轉化為 3D 數據,然後再逐層分切,針對分切的每一層構建,分層列印。列印時,粉末會一層層地被「特殊膠水」粘合,按照不同的橫截面圖案固化,一層層疊加,像做蛋糕那樣創建三維實體,最終一個完整的物品就會在粉末槽裡成型。

金濤說,3D列印物品的粘合方式,除了膠水,還有雷射、光照等。決定3D列印在生活中的應用廣泛與否,最重要的是材質。換言之,有多廣泛的材質,3D列印製造就有多廣泛的應用。

未來

列印食品的「魔法」程序?

據不完全統計,國內現有近千臺3D印表機,已形成超過千萬的產業規模。去年6月,美國總統歐巴馬也宣布向3D列印產業支出5億美元以幫助美國發展製造業。

在國外,有關「3D」列印的種種暢想與未來,更讓人心馳神往。今年,在美國,一名槍械師利用塑料材質的3D印表機製造出一支AR-15突擊步槍,這支「列印步槍」原材僅需30美元,可以速射出200發子彈;在義大利,有設計師通過耗材是沙子的3D列印製造出了一個立體建築,並宣稱未來可能不需要工人和腳手架就可以完成建築;在墨西哥,有科研團隊嘗試利用3D列印製造人工血管;在日本,著名遊戲廠商任天堂,已經開始通過3D列印技術來製造wii遊戲機;知名的迪斯尼公司也已經考慮用3D列印方式製造部分玩具。

甚至在科技文獻中,利用3D列印可以複製「食物」甚至機器和人類自己,也被列入未來暢想可能。

對於這些,務實的金濤說在現階段中國,複製物品還只是「魔法」,並不能實現的科學技術。

金濤認為,現有3D印表機都是單一材料的,一個機器只能對應一種,「因此,現在你可以用3D列印打出一個房子的框架,但你不可能把地毯、電視、沙發都複製好。現在的技術水平可以做一個iphone5的框架,但絕不能把一個iphone5從晶片到顯示屏完整地複製出來」。

此外,相比無需製造昂貴的實體模具和人工的優勢,3D列印在推廣上還有一個巨大的劣勢,那就是生產設備和材料昂貴。

金濤介紹,目前,在國內製造一個杯子的模型大概需要6000多元。列印一輛自行車的成本遠遠超過傳統製造的自行車的費用。

然而,今年10月,克裡斯·安德森在新書《造物者:新工業革命》(Makers: The New Industrial Revolution)中還是認為:新的工業革命即將來臨,開源硬體和3D印表機,正將製造業帶進個人製造時代,而且沒有什麼能夠阻止他去全力追尋這個新時代。

隱憂

「無限複製」或引道德困境

如同其他科學技術一樣,除了材料昂貴,3D列印在給人類生活帶來便利的同時,「複製」技術在未來也會出現種種弊端。

《連線》雜誌曾撰文介紹,當3D印表機組合一個3D掃描儀時,智慧財產權問題將特別突出。掃描儀不僅可以複製外形,而且可以複製更為複雜的細節。這種行為要比抄襲專利或版權嚴重得多。比如,犯罪分子可以用3D印表機設計ATM提款卡詐騙設備、鑰匙、武器或其他危險物品,並進行批量生產。

在藝術品收藏中,3D列印或許將讓文物製造者有了更好的工具。舉例說:油畫耗材的出現,只要做油畫表面的精細掃描,輕易就能一比一列印出一件藝術品。隨著技術發展,出現高仿贗品的可能性將越來越大。

此外,如果在生物醫學領域不加控制,像《鋼鐵俠》中的機器人與阿凡達那樣的人或許不只是科幻。人造人或變異人將帶來科技與倫理道德的衝突。

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