【生活中的粉体】生活中的3D打印


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[导读]  生活中的3D打印

日前,瑞士采用机器人和3D打印数字化建造了世界首座能住人的3D打印房屋——DFAB HOUSE。




DFAB HOUSE 位于一栋大楼的顶层,建筑的外立面看上去就像一个不规则的盒子,晶莹剔透的表层充满了科技的味道。




2019年1月12日,一座长26.3米、宽度3.6米的拱桥在上海科普公园落成,这座看似普通的桥,其实拥有很高的技术含量。不同于一般桥,它是使用3D打印混凝土技术分别打印出桥梁各个部件,并运用现代施工技术拼装完成的。




首座3D打印桥


今年两会期间,全国人大代表、北医三院大外科主任刘忠军教授一如既往地随身携带几块3D打印的骨关节。只要有机会,他就拿出几块骨关节,不厌其烦地向记者、与会代表们讲述3D打印微孔钛合金内植物研究的最新进展。3D打印植入物的应用已惠及很多百姓。


3D打印的金属医疗植入物


颠覆传统制造的前沿技术——3D打印早已渗入我们的生活。



什么是3D打印



3D打印技术是快速成型技术的一种。它是应用3D打印机,以三维数字模型为基础,运用粉末状的金属、塑料、石膏、树脂、尼龙以及食品材料等可粘合材料,通过逐层打印以构造实物的一种技术。


通过3D打印技术获得一件实物需要经过4个阶段:即建立三维模型、分层切割、三维模型成型和加工处理。



3D打印工作原理示意图



3D打印的优势



相对于传统机械加工“减材制造”技术而言,3D 打印技术也称为“增材制造技术”,基于离散,堆积原理通过材料的逐渐积累来实现制造,具有众多优势。




3D打印使制造走向5个“任意”:任意材料、任意形状、任意批量、任意领域、任意工作场地。如今,随着3D打印技术不断成熟,应用领域日益广泛。



3D打印的应用



医学领域的应用


2019年3月,江苏淮安一名男子患口腔癌,就诊后发现颌骨的肿瘤已侵犯整个下颌骨,必须切除。为保证外形和功能正常,医生根据3D打印的下颌骨模型,对腿部腓骨进行截骨、塑形,完成下颌骨重建,患者术后情况良好。


2018年,23岁的连云港小伙患有复杂先天性心脏病,医生诊断活不过3个月,关键时刻3D打印技术救了他。




在医学领域,3D打印技术已被用于制作人体器官的替换品,如颅骨、眼眶、颌骨、假牙、假耳廓以及人体骨盆等。



用3D打印病变骨骼,挽救骨癌患者




使用3D打印机再生心脏肌肉组织

图片来源:MedSci


航天科技领域的应用


2018年5月9日,太原卫星发射中心用长征4号丙火箭将高分五号卫星成功送入预定轨道,此次任务中,多个3D打印装备器件得到成功运用。


3D打印助力C919腾飞。3D打印3.07米高C919中央翼缘条,金属3D打印技术仅5天。



利用金属3D打印技术打印出的钛合金镂空点阵结构


罗尔斯·罗伊斯通过3D打印部件推进发动机测试、空中客车直升机大规模打印空客A350组件、Ameco杭州分公司利用3D打印技术排除疑难故障……



图片来源:网络


3D打印在航空航天领域已凸显出巨大的应用优势 。




食品行业的应用


3D 打印技术在食品行业主要用于打印食物。其打印出的食物不仅外观美观,并且美味可口,与手工制作的食物似乎并无差别。




目前,人们对3D打印食品的看法仍各不相同 ,有的对它嗤之以鼻,认为它只是个噱头;有的则认为它很有趣,并且能创造出新的价值。但无论如何,这个行业目前都在快速发展着。


建筑行业中的应用


3D打印制作的建筑不仅精美、成本低、时效快、环保而且节省大量材料。



45天3D现场打印出400平方米的双层别墅


该别墅的打印原材料为普通标号的混凝土和钢筋,地基和墙体用钢筋20吨,C30混凝土380立方米。墙体楼层板都按规范要求用钢筋绑扎,采用3D打印机直接浇筑成型技术,全程由电脑程序操控。相较于传统的建筑方法,3D打印建筑几乎没有原料浪费,工业垃圾少,从而降低工程总造价。



3D整体/现场打印流程



3D打印的六层公寓楼和1100平方米的精装别墅



荷兰——世界第一座3D打印建筑“风景屋”



迪拜——3D打印办公楼


考古文物领域的应用


3D打印技术在考古文物领域主要用于修复已经破损的古文物。





考古学家用3D打印重现铁器时代的珠宝




3D打印技术重塑1200年前秘鲁女王半身像



墓葬中发掘出秘鲁瓦里贵族女王遗骸


3D打印技术复原头骨 明显看到牙齿缺失



根据安第斯女性面容 手工添加肌肉、皮肤和五官



复原面容栩栩如生


汽车领域的应用


2014年,世界首款3D打印汽车终成现实。这辆汽车“斯特拉迪”全身是碳纤维及塑料,利用“3D打印技术”制造而成。据悉,全车只使用了40个零件,且依靠电动能源,充一次电花费3.5小时,可以行驶大约100公里。






图片来源:人民网-国际频道



随着新车型更新换代加快和智能化、绿色化制造的要求,3D打印技术在汽车行业的应用不断加快。


其他领域的应用




3D打印所涉及的部分制造业领域


结语

3D 打印以数字化、网络化、个性化、定制化为特点,通过网络发出指令,产品可以在不同的地方生产并配送给客户,颠覆了传统的生产时间和地点不易改变得观念,也颠覆了传统的供应链、分销网的部署格局,可以实现真正的云制造。3D 打印被认为是推动第3次工业革命的核心技术,尽管目前仍存在一些问题,但是被各国作为战略化新兴产业大力发展的趋势已不可阻挡。3D 打印,未来可期。


参考资料:

科技专题.超全面3D打印材料大解析

王聪聪,詹仪.3D打印技术的应用与发展前景

中国民航网 .3D打印飞机?未来可期

3D造、激光制造网、三迪时空聚焦3D打印、南极熊3D打印、中关村在线、人民网、装备科技、看历史趣事等。

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