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袁野制圖(SLA的打印原理)
編者按
前段時間上映的電影《十二生肖》有這樣一個畫面：成龍飾演的盜賊，用掃描手套對獸首珍寶做了全方位掃描，同一時間、另一地點，一臺“神機”就將一模一樣的獸首復制品打印了出來。
沈陽網訊 這部“神機”就是備受矚目的“3D打印機”。隨著科技的發展，3D技術也更接近生活，但它還不是人們觸手可得的，究竟什么是“3D打印”？“3D打印”的原理是什么？這種技術離我們的日常生活還有多遠？下面，沈陽制造帶大家一探究竟。
A【記者探秘】
遠看像普通機床
5月25日，記者在沈陽工業大學機械工程學院見到了傳說中的3D打印設備。
設備高將近2米，寬約1.5米，遠看就像一臺普通機床，白藍兩色的外殼，有液晶顯示屏，開關按鈕，調試按鈕等。但打開這臺機器，它的與眾不同馬上就顯現出來了。它的內部有一個手臂一樣的工作頭，封閉的空間里固定著一個工作臺，工作的時候工作頭里會輸出耗材，并在工作臺上一層一層做出產品。遺憾的是記者去采訪的當天3D設備沒有開啟，記者沒能看到它工作的過程。
B【名稱解密】
叫“3D”與生產原理無關
沈陽工業大學創新設計中心原型驗證部部長徐有倉告訴記者，3D打印技術又叫快速成型技術，其實是增材制造的俗稱，其核心是數字化、智能制造與材料科學的結合。它之所以叫3D打印，與制造方法無關。1982年，在紫外線設備生產企業任職的美國人胡爾，將一種液態光敏樹脂倒入大容器中，在容器里放置一個升降平臺，容器上方的紫外激光器根據計算機指令照射液面，所到之處，材料會發生光聚合反應，迅速從液態轉變為固態，當一層打印完成后，未被照射的地方仍保持液態，此時在液面以下0.05毫米到0.15毫米的升降平臺會下降一層，激光器開始打印第二層。這個過程不斷重復，直到整個物件制造完畢。這項立體光刻(SLA)技術就是最早的3D打印。后來他成立了3D Systems公司，這項技術就被稱為了“3D技術”。
與傳統上對原材料進行削切的減材制造相反，3D打印好比用磚頭砌墻，通過液體光固、金屬激光焊接、粉末黏合的方式將材料逐層增加，最后增加成一個三維物件。
C【技術革命】
3D技術帶來設計“革命”
在工業大學的3D打印機旁放著小型螺旋槳、小球、沙盤模型等，這些都是3D打印機用類似石膏粉末一樣的材料生產出的實物，一千克的成本約1500元。
一個產品問世經歷了設計師思想——模具——批量生產過程。其中，模具介于設計師思想與產品成為現實之間，是一個中介。然而，做成模具的費用是一筆不小數字。行業認為，因產品不同模具成本也相差巨大，有的一個模具成本達數千萬元，甚至上億元。因此，設計上失敗，就意味著巨額損失，這就為設計師設置了沉重的思想枷鎖。3D打印技術用低成本做出原圖驗證，把設計成本降到了最低，讓設計者的設計思想獲得解放，無疑帶來了設計上的“革命”。
“之前我們為沈陽一家科學儀器公司設計了一款色普分析儀，一年半的時間我們花費了將近4萬元，在對方的要求下做出來一個設計的模型，但客戶對模型不滿意——模型和設計圖不一樣。使用3D打印機后，沒有幾天時間，模型設計出來子。客戶看到后，眼睛都亮了，馬上付了設計款，我們花費全部成本還不到400元。”徐有倉說，3D打印技術在工業革命中其實是給人一種革命式的思維，沒有成本壓力下的設計，讓人的設計思想更自由，更容易實現創新。
D【沈陽制造】
11年前開始研發3D技術
沈陽新松機器人自動化股份公司高端裝備與3D打印技術事業部總經理劉長勇告訴記者，公司從2002年就開始自主研發快速成型技術，2007年掌握了激光熔覆關鍵技術，將業務范圍成功開拓到激光再制造領域。“當年我們的產品就被高端汽車制造商用于汽車模具的修復。汽車模具用久了會有損壞，再開模具做一套要花費幾千萬元，甚至上億元，但使用我們的3D打印機，能直接用金屬粉通過高功率激光器進行修復，費用還不到傳統生產的十分之一。”
2012年下半年，公司又成功研制出激光快速成型系統，能生產出航空航天領域的多個主承力構件、發動機葉片等。
目前，新松公司已擁有一般激光3D成型技術，產品可用于新產品外觀驗證、設計驗證、功能驗證、新產品樣件、工程分析等，以及激光快速直接成型制造技術，可直接或間接制造出有完全使用功能的金屬部件等。另外金屬顆粒更細小的金屬絲快速成型技術也在研發過程中。去年，公司與3D技術相關產品的合同累計金額已超過5000萬元。
劉長勇說，3D打印技術在沈陽，甚至在中國還屬于新興產業，但在美國，上世紀80年代末，它就已經應用在了設計驗證上。不需要模具，可以直接進行樣品原型制造，除了縮短了從圖紙到實物的時間、節省花費，樣品原型驗證更方便了對設計改進和創新，可以說它為美國設計領域的飛速發展提供了有力支撐。
他還表示，快速制造領域國際權威報告《沃勒斯報告2012》顯示，截至2011年，全球累計銷售4.9萬臺工業級3D打印機，其中近四分之三由美國制造，中國生產的設備只占3.6%。這說明中國的3D打印技術還要走很長、很艱苦的路。
E【專家解析】
是對傳統產業的補充
3D打印技術開始熱起來，源于2012年奧巴馬美國總統競選綱領。他提出了美國要未來發展兩大技術，一個是機器人制造技術，另一個就是3D打印技術。此后，3D打印技術開始在中國熱起來。
沈陽新松機器人自動化股份公司總裁曲道奎表示，目前，整個世界范圍3D打印技術還處于成長階段。設備結構、控制系統及3D打印技術軟件、工藝及材料等諸多課題都有待突破，其產業化和市場化還需要一段時間。除了這些3D打印技術還存在著成本高效率低等不足，所以它只適應于價格不敏感、量小、工藝結構復雜的特殊行業。就現代化大批量生產制造而言，傳統制造模式還遠優于這種技術。嚴格來講，3D打印制造的只是飛機和汽車的外殼及零部件，至于飛機和汽車中的精密儀器，如集成電路，用目前的3D打印技術顯然是難以實現的。
當然，作為一種新的技術，3D打印有很多優點，在某些領域，能更快捷制造，產品質量、精度、強度等方面都會強于傳統制造，如航空航天領域，使用3D技術生產的飛機或飛船零部件，就有精度高、質量輕的優勢。更可貴的是，3D打印技術是一種高新技術，需要軟件、智能控制、傳感技術及新材料等新興產業來支持，它對新興產業來說，是一個有力的推動者。
“對于中國企業而言，3D打印技術無疑是一個機會。中國人很聰明，與傳統工業相比，我們在新材料和信息技術等方面有一定優勢，我們應抓住機會搶占新技術制高點，爭取在某些領域走在世界前列。”曲道奎在肯定這種技術的同時，還表示，3D打印技術不是對傳統產業的顛覆而是一種補充或豐富，它不能“治百病”，只能閃亮于某些領域。未來，至少在10年或更長時間內，傳統制造技術與3D打印技術將并存發展。
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