打印食物、打印火箭、打印汽車(chē)……3D打印萬(wàn)物。
上海,中國(guó)首家 3D 打印文化博物館
7月12日,西北工業(yè)大學(xué)本科錄取通知書(shū)樣式發(fā)布。除體現(xiàn)學(xué)校航空、航天、航海的特色外,該錄取通知書(shū)還藏著一份“驚喜”。
“憑錄取通知書(shū),2023年本科新生在報(bào)到現(xiàn)場(chǎng)可以抽取專屬盲盒。”學(xué)校招辦相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,盲盒內(nèi)容包括:殲20Q·3D打印楊偉總師簽名版模型、運(yùn)-20Q·3D打印唐長(zhǎng)紅總師簽名版模型、直20Q·3D打印鄧景輝總師簽名版模型等。
備受學(xué)生“追捧”的3D打印,也稱增材制造,是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。
打印食物、打印火箭、打印汽車(chē)……萬(wàn)物皆可3D打印。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)方興未艾、智能制造大行其道的背景下,3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正悄然提速。
3D打印食品
近年來(lái),在環(huán)保、健康、安全、效率的新型飲食理念指引下,創(chuàng)新食品3D打印迅速崛起。
浙江省科技館的參觀者發(fā)現(xiàn),科技館內(nèi)六臺(tái)巧克力3D打印機(jī)給他們提供了更新潮的科普體驗(yàn)。
“參觀者有多種選擇,可以打印出宇航員、飛碟、火箭或坦克等多種造型的巧克力?!弊鳛樵O(shè)備的提供方,杭州時(shí)印科技有限公司CEO李景元告訴《瞭望東方周刊》,3D打印給食物帶來(lái)更加豐富的造型、更富吸引力口感的同時(shí),也讓參觀者更有興趣了解科技知識(shí)。
據(jù)介紹,這款“盼打”自助式巧克力3D打印機(jī)從設(shè)計(jì)、支付到打印一氣呵成,經(jīng)營(yíng)者無(wú)需值守,可廣泛應(yīng)用于科技教育、文旅和商業(yè)綜合體等領(lǐng)域。
在文旅類場(chǎng)景里,巧克力3D打印已十分常見(jiàn)。
中國(guó)國(guó)家版本館杭州分館文潤(rùn)閣的文創(chuàng)空間,就給參觀者提供了3D打印“文物巧克力”的新選擇。參觀者通過(guò)微信掃碼選擇自己喜歡的模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打印,只需等待三至五分鐘,就可以打印出版本館建筑模型或者戰(zhàn)國(guó)越王青銅劍等以館藏文物為原型的精致巧克力。
在蘇州博物館、南京博物院和云南省博物館里,參觀者可以打印出博物館藏品造型的巧克力;在上海海洋水族館里,則可以打印出海馬、魔鬼魚(yú)、鯨魚(yú)、烏龜、海豚等海洋生物造型的巧克力。
“在銀泰、萬(wàn)達(dá)等商業(yè)綜合體場(chǎng)景里,我們會(huì)結(jié)合時(shí)尚的IP內(nèi)容,打造IP造型的3D食品;熱門(mén)電影上映期間,我們還會(huì)做電影里的人物造型巧克力。”李景元說(shuō)。
火箭、汽車(chē)皆可打印
“目前,3D打印技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域,涉及我們?nèi)粘I钪械囊率匙⌒小⒑教?、汽?chē)制造、醫(yī)療、建筑等方面?!睎|南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授張亞梅告訴《瞭望東方周刊》。
2023年,當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月22日,世界首枚3D打印火箭“人族一號(hào)”第三次嘗試發(fā)射,但未能成功進(jìn)入軌道。美聯(lián)社報(bào)道稱,“人族一號(hào)”火箭高33.5米,85%的組成部分由3D打印而成,連火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)也由3D打印技術(shù)制造。
在新能源電池、文物修復(fù)、人類器官等領(lǐng)域,3D打印也在不斷嘗試和實(shí)踐。
“我們的‘玲瓏’系列超微型3D打印電池,是專為植入式醫(yī)療機(jī)器人開(kāi)發(fā)的定制化電池。由于醫(yī)療機(jī)器人體積小,需要的電池體積更小,目前只有3D打印技術(shù)能夠解決這種三維尺寸小于4毫米的電池一體化制造及封裝難題?!备吣軘?shù)造(西安)技術(shù)有限公司首席運(yùn)營(yíng)官令旗告訴《瞭望東方周刊》。
據(jù)介紹,該公司還制作過(guò)一款體積小、續(xù)航久、放電倍率高的微型電池。借助這種3D打印電池的幫助,膠囊機(jī)器人可對(duì)人體消化道內(nèi)部細(xì)節(jié)進(jìn)行視頻觀測(cè),為醫(yī)生診斷提供更加可靠細(xì)致的信息。
在安徽,合肥悠遙科技公司的輕型電動(dòng)汽車(chē)——XEV-YOYO,是全球第一款車(chē)身內(nèi)外飾件都使用3D打印技術(shù)量產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē);洛陽(yáng)龍門(mén)石窟里,借助數(shù)字化3D打印技術(shù),一尊流散百年的無(wú)量壽佛實(shí)現(xiàn)了“身首合璧”;為了讓更多人了解山東省省級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)項(xiàng)目萊西木偶戲,萊西木偶戲第五代傳承人姜玉濤運(yùn)用3D打印制作木偶內(nèi)部機(jī)關(guān)軸承,提升了木偶表演的難度和視覺(jué)效果……
2月13日,山東青島城市傳媒廣場(chǎng)云岡石窟藝術(shù)館,3D打印的云岡石窟第3窟,9.93米的主佛阿彌陀佛造像面部圓潤(rùn)豐滿,神態(tài)超然
3D打印已經(jīng)成為人們身邊的高科技,進(jìn)入尋常百姓家,改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>
顛覆傳統(tǒng)制造
在2023中關(guān)村論壇展覽會(huì)的重慶展區(qū)內(nèi),一臺(tái)3D打印設(shè)備引來(lái)群眾紛紛駐足。
這臺(tái)可實(shí)現(xiàn)2微米超高精度3D打印的精密設(shè)備,來(lái)自重慶摩方精密科技股份有限公司。
據(jù)了解,該款3D打印設(shè)備采用了面投影微立體光刻技術(shù),使用了高精度紫外光刻投影系統(tǒng)——將需打印的模型分層投影至樹(shù)脂液面,即可快速微立體成型,實(shí)現(xiàn)從數(shù)字模型加工成三維復(fù)雜的工業(yè)樣件。
與傳統(tǒng)打印技術(shù)相比, 3D打印因有立體構(gòu)型,需事先用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建三維模型,然后把原料裝入機(jī)身,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制,用激光注射器將原料一層一層累積起來(lái),把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。整個(gè)過(guò)程中,計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)計(jì)算每個(gè)步驟的尺寸和位置,確保制造之物的精準(zhǔn)。
“3D打印技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的制造技術(shù),其突出的優(yōu)勢(shì)是不需要模板,可以直接通過(guò)打印機(jī)進(jìn)行逐層打印堆疊,從而實(shí)現(xiàn)制造?!?張亞梅告訴《瞭望東方周刊》,這種先進(jìn)的工藝,對(duì)于各種異形構(gòu)件或者器件的生產(chǎn)而言,優(yōu)勢(shì)尤為明顯。
“首先是不需要模板,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的自由;其次是可以直接打印,既節(jié)省了模板材料,也節(jié)省了人工,提高了制造效率?!?張亞梅稱,目前,全球范圍都存在制造工人短缺的問(wèn)題,而3D打印制造技術(shù)很好地解決了這一社會(huì)性難題。
“購(gòu)入3D打印機(jī)后,以前需要六萬(wàn)元購(gòu)買(mǎi)的機(jī)器配件,現(xiàn)在幾百元就可以打印出來(lái)。”走進(jìn)億滋(蘇州)食品有限公司的燈塔工廠,廠長(zhǎng)李云龍對(duì)《瞭望東方周刊》說(shuō),以前論件買(mǎi)零件,現(xiàn)在按斤買(mǎi)塑料線,工廠已節(jié)省了數(shù)百萬(wàn)元(人民幣)。
“傳統(tǒng)的烘焙類產(chǎn)品,人們都是用手工制作?,F(xiàn)在,我們可以通過(guò)數(shù)字化方式將其呈現(xiàn)?!崩罹霸硎荆慌_(tái)食品3D打印機(jī)可以做20多種不同類型食品——把食材配方做成打印“墨水”,輸入食譜,按下按鈕,余下的烹制可以全交給程序。
據(jù)李景元介紹,食品3D打印機(jī)工作的原理是將原材料通過(guò)一定的溫度融化,利用高通量3D打印噴嘴從底部開(kāi)始一層層堆積成型,實(shí)現(xiàn)高立體效果。食品3D打印機(jī)可打印出消費(fèi)者喜歡的不同形態(tài)產(chǎn)品,不僅方便快捷,還能實(shí)現(xiàn)自定義個(gè)性化操作。
3D打印技術(shù)為低成本、高效率地制造具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和高性能的電池,也開(kāi)辟了新途徑?!半姌O生產(chǎn)需要涂布、烘烤、錕壓、分切、卷繞或疊片等五六個(gè)制造環(huán)節(jié),生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、能耗高、占地面積大,且不具備柔性產(chǎn)能。” 令旗告訴《瞭望東方周刊》,與傳統(tǒng)技術(shù)相比,他們研發(fā)的全新一代電池3D打印設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)10μm級(jí)高精度、高設(shè)計(jì)自由度的全固態(tài)電池一體化智造。
據(jù)介紹,該款設(shè)備具有廣泛的材料適配性,無(wú)需特殊改性調(diào)整,即可直接使用不同材料實(shí)現(xiàn)電池的一體化制造,可為電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)航空、智能穿戴設(shè)備等領(lǐng)域提供更優(yōu)質(zhì)的電池產(chǎn)品。
“和傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比,3D 打印給電池制造帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)包括流程更加快速簡(jiǎn)單、成本更加低廉、可定制、更智能、更安全。尤其值得一提的是,通過(guò)3D 打印一體化完成復(fù)雜電極結(jié)構(gòu)的制備,還能實(shí)現(xiàn)低污染和低能耗。”令旗說(shuō)。
瓶頸亟待突破
我國(guó)高度重視3D打印技術(shù)發(fā)展。
2021年3月,《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》發(fā)布,明確發(fā)展增材制造在制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力提升與智能制造技術(shù)發(fā)展方面的重要性,將增材制造作為未來(lái)規(guī)劃發(fā)展的重要領(lǐng)域。
在地方政策層面,廣東、江蘇、重慶、浙江、山東、上海、陜西等多地政府都在政策文件中明確了增材制造在整體高端制造業(yè)發(fā)展中的重要地位。
在政策的助推下,國(guó)產(chǎn)3D打印機(jī)不斷涌現(xiàn),推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用迅速擴(kuò)大。
中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)處郭丹表示,盡管全球風(fēng)投機(jī)構(gòu)的投資動(dòng)作不斷放緩,但國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)對(duì)于3D打印產(chǎn)業(yè)的投資仍保持平穩(wěn)增長(zhǎng)。
郭丹說(shuō),2022年,我國(guó)3D打印企業(yè)融資總額達(dá)到64億元,相比2021年的48億元增長(zhǎng)了33%。
中國(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院原院長(zhǎng)盧秉恒教授被稱為“中國(guó)3D打印之父”。他認(rèn)為,中國(guó)3D打印技術(shù)的科研水平已居世界前列,但在工藝裝備、工程應(yīng)用方面還有很大的發(fā)展空間。為此,中國(guó)3D打印技術(shù)需要制定技術(shù)發(fā)展路線圖,規(guī)劃基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化、工程應(yīng)用的發(fā)展路線,從而使其真正產(chǎn)業(yè)化。
盧秉恒表示,3D打印技術(shù)為高端制造提供了新路徑。萬(wàn)物皆可3D打印,要合理地運(yùn)用不同的制造方式,發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。
3D打印的發(fā)展尚存在一些瓶頸。
“在一些領(lǐng)域,尚需加強(qiáng)增強(qiáng)工藝與3D打印工藝的協(xié)同。但實(shí)際上,協(xié)同并不容易,有些增強(qiáng)措施會(huì)干擾打印過(guò)程?!?張亞梅對(duì)《瞭望東方周刊》舉例道,在3D打印建筑領(lǐng)域,鋼筋增強(qiáng)3D打印混凝土就存在明顯的問(wèn)題,打印出的產(chǎn)品性能遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的鋼筋增強(qiáng)混凝土。
此外,由于3D打印采用的是層層堆疊的建造方式,界面問(wèn)題成為一個(gè)普遍難題。
“雖然技術(shù)上有解決界面問(wèn)題的策略,但大尺寸打印時(shí),往往問(wèn)題較為復(fù)雜,還需要從材料、工藝等方面系統(tǒng)解決。” 張亞梅說(shuō)。
在應(yīng)用過(guò)程中,3D打印技術(shù)如何做好知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù),也備受關(guān)注。對(duì)此,北京三帝科技股份有限公司創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)宗貴升在2023中國(guó)經(jīng)濟(jì)傳媒大會(huì)上提出了兩個(gè)建議:一是通過(guò)融合區(qū)塊鏈技術(shù)的方式進(jìn)行保護(hù);二是在法律上對(duì)原創(chuàng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)專利保護(hù)。
“隨著3D打印技術(shù)成本的逐步下降,不少3D打印產(chǎn)品的價(jià)格已經(jīng)接近甚至低于傳統(tǒng)制造的價(jià)格。我相信,五年內(nèi),3D打印技術(shù)將覆蓋大部分制造領(lǐng)域?!?李景元表示,未來(lái), 3D打印技術(shù)將更好地造福人們的生活。(瞭望東方周刊 記者史佳慶)
來(lái)源:新華社
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