2011年04月15日 來(lái)源:外灘畫報(bào) 作者:華琪
美國(guó)科幻作家羅伯特·?死(jīng)寫過(guò)一個(gè)“萬(wàn)能制造機(jī)”的故事,故事里的人們帶著一臺(tái)“萬(wàn)能制造機(jī)”飛往太空。這是一臺(tái)奇特的大機(jī)器,機(jī)身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機(jī)器前,按下按鈕,對(duì)它響亮而清楚地說(shuō):“我要硬鋁螺帽,直徑為4英寸!苯拥街噶,機(jī)器發(fā)出低沉的轟鳴聲,燈光閃爍,閘板緩緩打開(kāi),眼前赫然出現(xiàn)了一顆閃光發(fā)亮已經(jīng)制好的螺帽。接著,這臺(tái)機(jī)器就像神奇的阿拉丁神燈,為他們送來(lái)了活蹦亂跳的大蝦、礦泉水、手表和沙拉醬。
盡管,“想要什么就生產(chǎn)什么”的現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)沒(méi)有科幻小說(shuō)描述的那般輕松隨意,但現(xiàn)在,通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)小零件、食物、自行車、建筑甚至人的皮膚、腎臟等都已不再是天方夜譚,稱之為“萬(wàn)能制造機(jī)”并不為過(guò)。
3D打印到底有多神奇?與普通的打印有什么不同?4月初,《外灘畫報(bào)》記者趕赴杭州,探訪中國(guó)第一家3D打印服務(wù)公司。3D 打印的原理很簡(jiǎn)單,首先 3D 打印機(jī)將物品轉(zhuǎn)化為 3D 數(shù)據(jù),然后再逐層分切,針對(duì)分切的每一層構(gòu)建,分層打印。打印時(shí),粉末會(huì)一層層地被特殊的膠水粘合,按照不同的橫截面圖案固化,一層層疊加,像做蛋糕那樣創(chuàng)建三維實(shí)體,最終一個(gè)完整的物品就會(huì)在粉末槽里成型。
這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它不需要一家工廠來(lái)運(yùn)作,小件物品可以直接由小型 3D打印機(jī)打印制作;而稍大的物品,比如自行車車架、汽車板、飛機(jī)零件、建筑零件等,
則需要更大的3D打印機(jī)和更大的空間。
《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志評(píng)價(jià)說(shuō):“偉大發(fā)明所能帶來(lái)的影響,在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代都是難以預(yù)測(cè)的,1750 年的蒸汽機(jī)如此,1450年的印刷術(shù)如此,1950 年的晶體管也是
如此。而今,我們?nèi)匀粺o(wú)法預(yù)測(cè),3D 打印將在漫長(zhǎng)的時(shí)光里如何改變這個(gè)世界!
像做蛋糕那樣生產(chǎn)物品
杭州銘展網(wǎng)絡(luò)科技有限公司是中國(guó)第一家 3D 打印服務(wù)公司。4 月初,在地處杭州的銘展網(wǎng)絡(luò)公司辦公室,記者看到,那里擺放著兩臺(tái)3D打印機(jī)以及一臺(tái)專門用于烘干的設(shè)備。從外觀上看,這兩臺(tái)機(jī)器和普通的復(fù)印機(jī)并無(wú)大的不同,唯一的不同是它們打印時(shí)不用紙而是粉末。
機(jī)器的上半部分是個(gè)半透明的罩子,有一排控制按鈕。掀起罩子,左邊立著四盒不同顏色的墨水,右邊的工作區(qū)擺放著平平整整一疊“白紙”。然而,輕輕用手一碰,那疊“紙”上卻輕易地留下了凹痕——原來(lái)那并不是紙,卻是粉末。公司的技術(shù)總監(jiān)金濤告訴記者,那是研磨得很細(xì)的石膏粉末。
工作時(shí),這些粉末會(huì)一層層地被液態(tài)連接體也就是特殊的膠水粘合,按照不同的橫截面圖案固化,一層層疊加,像做蛋糕那樣創(chuàng)建三維實(shí)體,一個(gè)完整的物品就會(huì)在粉末槽里成型。打印完成后,工作人員要處理掉物品周圍沾滿的粉末,再涂上增強(qiáng)硬度的膠水。金濤開(kāi)玩笑說(shuō),“就像考古一樣!
說(shuō)話間,金濤在電腦中輸入一組通過(guò)3D軟件生成的模型數(shù)據(jù),連接至打印機(jī)。那是一個(gè)鏤空毛線團(tuán)的模型。電腦將這個(gè)10厘米高的毛線團(tuán)以0.1毫米為基準(zhǔn)分為了1000層,每一層的界面數(shù)據(jù)都不一樣。再將這組數(shù)據(jù)傳送給打印機(jī)。
響應(yīng)信號(hào)聲過(guò)后,透過(guò)那個(gè)半透明的罩子,記者清晰地看見(jiàn)機(jī)器工作的場(chǎng)景:來(lái)回移動(dòng)的金屬桿上有噴頭,在鋪好的粉末材料上,一層一層按照電腦的截面輪廓信息,有選擇性地噴射特殊膠水使粉末粘結(jié)。一個(gè)水漬樣的毛線團(tuán)底部截面輪廓清晰可見(jiàn)。通過(guò)逐層的疊加,毛線團(tuán)的立體輪廓逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。金濤告訴記者,打印這樣一個(gè) 10 厘米高的物體,大約需要5小時(shí)。記者看到,在公司的展示廳里,擺放著栩栩如生的運(yùn)動(dòng)鞋、造型奇特的概念自行車、各式建筑模型及魔獸世界游戲人物模型等,這些都是那兩臺(tái)3D打印機(jī)的作品。
據(jù)金濤介紹,目前支持3D打印的材料很多。簡(jiǎn)單說(shuō),不同公司生產(chǎn)的3D打印機(jī)會(huì)支持不同的材料,樹(shù)脂、尼龍、石膏、塑料這些都是普遍使用的材料,隨著業(yè)界研發(fā)的不斷進(jìn)步,支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)。
“技術(shù)的發(fā)展和那些粉末很有關(guān)系,未來(lái)的趨勢(shì)是越來(lái)越細(xì),強(qiáng)度越來(lái)越高。材料越細(xì),每一層就更薄,做出來(lái)的東西精度就越高,F(xiàn)在無(wú)論使用什么牌子的3D打印機(jī),最薄的厚度約為0.025毫米。如果想完美地展現(xiàn)頭發(fā)絲還是很困難的,但是做小零件、模型等綽綽有余! 金濤表示。
其實(shí)3D打印的概念早在幾十年前就已提出。上世紀(jì) 70 年代,隨著 3D 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的興起,設(shè)計(jì)師能在電腦軟件中看到虛擬的三維物體,但要將這些物體用粘土、木頭或是金屬做成模型則是一個(gè)緩慢而費(fèi)錢的過(guò)程。哪怕是制作一個(gè)鞋的鞋底模型,也會(huì)消耗 Timberland(美國(guó)著名的鞋業(yè)公司)一周的時(shí)間,費(fèi)用大概為1200美元。
于是,“快速成型”機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,這就是3D打印機(jī)的前身。
在這個(gè)過(guò)程中,麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)發(fā)明扮演了重要的角色。1994年,幾名來(lái)自麻省理工學(xué)院的科研和技術(shù)專家發(fā)明了一種名為三維打。═hree Dimensional Printing,簡(jiǎn)稱“3DP”)的技術(shù),并申請(qǐng)了專利。這種技術(shù)成型的速度快,設(shè)備價(jià)格便宜,操作起來(lái)更容易,雖然精度不夠高但做概念產(chǎn)品或模型綽綽有余。1997年
為了將3DP技術(shù)推向市場(chǎng),Z-corporation公司正式成立。Z-corporation也是最先提出把3D打印機(jī)當(dāng)成辦公用品的3D打印機(jī)生產(chǎn)廠商,這也是唯一一家可以支持彩
色打印的公司。
據(jù)金濤介紹,“快速成型”也不止一種技術(shù),但它們的原理都是截面的疊加不同之處只是每一層材料的凝結(jié)方式。有的材料是固體粉末,用液體粘合劑成型有的材料是液態(tài)的,用激光截面掃描成型“3D打印和快速成型從技術(shù)上來(lái)說(shuō)沒(méi)有太大區(qū)別,3D打印更多的是概念上的進(jìn)步。原先的快速成型設(shè)備笨重、體積很大做一個(gè)東西耗費(fèi)的時(shí)間相對(duì)也比較久。在人們的概念里快速成型設(shè)備是擺在工廠的生產(chǎn)設(shè)備,而3D打印機(jī)則是一臺(tái)辦公設(shè)備可以放在辦公室里。和快速成型相比,3D打印更注重和設(shè)計(jì)師的溝通!苯饾硎尽
和設(shè)計(jì)師溝通的打印機(jī)
讀大學(xué)時(shí),金濤的研究方向主要是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。在香港大學(xué)從事圖形圖像研究時(shí),金濤接觸到3D打印的概念,他十分看好這項(xiàng)技術(shù)的前景,于是放棄在香港大學(xué)讀博士的機(jī)會(huì),回到杭州參與創(chuàng)辦了這家面向公眾的3D打印服務(wù)公司。一開(kāi)始,他們?cè)O(shè)想公司的主要業(yè)務(wù)是“打印魔獸世界”的人物角色模型。金濤是一個(gè)魔獸迷,看到國(guó)外有網(wǎng)站可以打印自己心愛(ài)的角色模型,他也很想在中國(guó)大陸也搞一個(gè)。他們花重金買來(lái)了設(shè)備,但這項(xiàng)業(yè)務(wù)因?yàn)檫t遲沒(méi)有得到暴雪公司的版權(quán)授權(quán),在進(jìn)行了一段時(shí)間后不得不擱淺。
就在他思考公司出路時(shí),一個(gè)偶然的機(jī)會(huì),金濤在國(guó)外發(fā)現(xiàn)一家名為Shapeways 的公司。這家公司提供在線的 3D 打印服務(wù),網(wǎng)民們不僅可以像鋼鐵俠中的男主角制造戰(zhàn)衣那樣,在屏幕上折疊、翻轉(zhuǎn)、修改自己的虛擬設(shè)計(jì) ;還可以將這些構(gòu)想的虛擬的東西制造出來(lái)變成現(xiàn)實(shí),并送到眼前。網(wǎng)站上展示的設(shè)計(jì)稀奇古怪,有鐘表、珠寶、神奇的魔方等,有人用這項(xiàng)服務(wù)給自己弄了個(gè)抽象雕塑,還有人做了自己居住城市的微縮模型。材料從不銹鋼到玻璃、塑料和沙石,顧客包括個(gè)人和商店老板,很多商店老板定制珠寶飾品、禮品和小配件等在店里銷售。
Shapeways 的一名高管在公司剛開(kāi)業(yè)時(shí)曾告訴媒體 :“我們的網(wǎng)友在業(yè)余時(shí)間里非常富有創(chuàng)造性,他們往 YouTube上傳視頻片段、在社交網(wǎng)絡(luò)里擺弄Profiles、撰寫各種博客,F(xiàn)在我們可以將他們自己的想法變成現(xiàn)實(shí)!
Shapeways 最先由荷蘭公司飛利浦提供啟動(dòng)資金,現(xiàn)在已經(jīng)從飛利浦分離出來(lái),成為一家獨(dú)立的公司。
金濤覺(jué)得,這樣的商業(yè)模式能最好地利用群眾的創(chuàng)造力,也能最大地發(fā)揮 3D打印機(jī)的價(jià)值。受此啟發(fā),他們將公司變成中國(guó)第一家3D打印服務(wù)公司,只要用戶提供3D數(shù)據(jù),選擇建造材料,他們就可以將其設(shè)計(jì)變成實(shí)體!拔覀兊目蛻艉芏啵④浽谶@里打印過(guò)他們的新產(chǎn)品模型,建筑事務(wù)所、中國(guó)美院建筑系,還有一些
工藝品公司、設(shè)計(jì)公司、文物研究所等,都在這里打印過(guò)!苯饾f(shuō)。
如今這樣的3D服務(wù)公司在世界各地蓬勃發(fā)展。除了最有名的 shapeways,3D 打印機(jī)的生產(chǎn)廠商之一 3D Systems也設(shè)立了一家合資公司 Mqast,這家公司支持用鋁和不銹鋼來(lái)打印。
如今全球最大最貴的3D打印機(jī),可以用激光燒結(jié)直接制造復(fù)雜的塑料、金屬和合金元件。在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè),3D打印已經(jīng)變得越來(lái)越流行。它們不光可以離開(kāi)傳統(tǒng)的大規(guī)模機(jī)床來(lái)制造小數(shù)量的部件,而且可以用不同方法來(lái)制造,比如單個(gè)制作噴氣式飛機(jī)上的空氣動(dòng)力導(dǎo)管,而不再需要很多不同的元件來(lái)組裝它。
就像早年的激光打印機(jī),一些3D打印機(jī)已經(jīng)走入藝術(shù)家和動(dòng)手愛(ài)好者們的工作間。美國(guó)人杰·勒農(nóng)為了讓自己的一臺(tái)1907年生產(chǎn)的老式流線型汽車?yán)^續(xù)行駛,購(gòu)買了一臺(tái) 3D 打印機(jī)。通過(guò) 3D 打印機(jī),他將沒(méi)法再買到的元件掃描進(jìn)電腦,或者用草圖設(shè)計(jì)一個(gè)丟失的元件,打印出附件,在車上試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)計(jì)是否合理。多虧了3D打印機(jī),他的這輛老爺車如今已能繼續(xù)行駛。
3D 打印機(jī)加速設(shè)計(jì)過(guò)程的能力將會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。“現(xiàn)在工程師可以這樣做:有了想法,打印出來(lái),拿著它和別人分享,然后修改并再打印一個(gè)。”以
色列的3D打印機(jī)生產(chǎn)商Objet公司首席執(zhí)行官大衛(wèi)·賴斯在接受《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志的專訪時(shí)表示:“突然間,設(shè)計(jì)變得更具革新和創(chuàng)造性!
現(xiàn)在,設(shè)計(jì)師們可以用3D打印機(jī)做一些有趣的事情,比如修補(bǔ)一個(gè)破玩具,耐克、阿迪達(dá)斯等公司用它們來(lái)打印新的運(yùn)動(dòng)鞋模型,在福特、保時(shí)捷、摩托羅拉、
諾基亞、惠普等公司的研發(fā)生產(chǎn)線上,也能看到它們的身影。
將古跡帶回家
金濤最得意的一個(gè)作品是幾尊佛像。“那個(gè)作品光打印就花了兩天,打印好了又處理了兩天”。
那幾尊佛像是天龍山石窟第 18 窟西壁的完整復(fù)原,共有一佛二菩薩,頸飾項(xiàng)圈、手鐲、下垂的左腿,以及蓮座的細(xì)節(jié)都清晰可見(jiàn)。這是無(wú)盡藏非物質(zhì)文化與藝
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