三維打印機或許將無所不能
2011-05-18 08:39 來源：科技日報 責編：陳伊超
- 摘要：
- 關于三維打印機將改變制造業的新聞不絕于耳，這些消息都宣稱，三維打印技術能以更高的精度、更低的成本打印出從飛機零件到為個人而定制的巧克力在內的任何物品。美國通用電氣(GE)公司也不甘落后，該公司宣稱，其正在設計的三維打印機或許能制造出超聲波機器等醫療設備以及飛機零件等，新產品將比傳統方法制造出來的更輕盈、性能更好、成本更低。
【CPP114】訊：關于三維打印機將改變制造業的新聞不絕于耳，這些消息都宣稱，三維打印技術能以更高的精度、更低的成本打印出從飛機零件到為個人而定制的巧克力在內的任何物品。美國通用電氣(GE)公司也不甘落后，該公司宣稱，其正在設計的三維打印機或許能制造出超聲波機器等醫療設備以及飛機零件等，新產品將比傳統方法制造出來的更輕盈、性能更好、成本更低。
然而，也有專家指出，要想打印出完整的飛機機翼還需要一段時間。盡管如此，科學家們現在正朝著正確的方向邁進。
打印出超聲波零件
三維打印技術已出現數十年，但主要用于打印新奇和個性化的物品，比如專為個人設計的義肢等。但是，隨著技術的不斷改進，現在，打印機能夠使用包括陶瓷和鈦、鋁等金屬在內的材料制造出復雜的零件，而且，其精確度非常高。
據美國《大眾科學》網站近日報道，GE公司全球研發中心診斷法和生物醫學光學成像領域的專家斯科特·史密斯表示，快速成型技術能以更簡單的方式準確制造出復雜機器使用的零件，GE公司在三維打印技術領域的最新進展能使用陶瓷、金屬等原材料，制造出微小的零件。
GE公司的工程師們正在使用三維打印機為便攜式超聲波設備制造傳感器。作為超聲波機器最昂貴的零件之一，傳感器能將電信號轉變為聲音，也能將聲音轉變為電信號。該傳感器包含數千個細小的、超薄圓柱體。GE公司目前主要使用將陶瓷切片、切丁的方式來制造這些圓柱體。由于不同大小的圓柱體需要不同的切割工具，這種制造過程不僅耗時、昂貴，而且只能制造出幾種形狀。
現在，GE公司的科學家研發出了一種新的打印技術，他們將薄薄一層由陶瓷組成的砂漿展平，并將其嵌入一個聚合物先驅體內。當紫外線照射在該層砂漿上時，這種陶瓷砂漿會變成固體。接著在其上鋪設另一層陶瓷砂漿，然后用光照射。科學家用這種逐層鋪展的方式，制造出了不再需要削割的新傳感器。
不過，據麻省理工學院《技術評論》雜志近日報道，GE公司研發中心的機械工程師、項目經理普拉黑特·辛格表示，這種方法并不適合大規模的生產制造。但是與目前使用的制造方法相比，新方法更快而且消耗的資源更少，成本更低。另外，這種方法制造出的傳感器并不受大小和形狀的限制，因此，GE公司的設計師可以使用新技術改進傳感器的性能，并最終研制出清晰度更高的超聲波。
打印出飛機零件
GE公司的科學家也正在同歐洲宇航防務集團(EADS)攜手合作，使用陶瓷打印飛機零件并最終打印出完整的飛機機翼。科學家們使用激光來加熱金屬粉末，直到這些粉末形成固體的金屬形狀。新技術已經制造出了飛機引擎蓋上的金屬鉸鏈，測試表明，新鉸鏈的性能與傳統鉸鏈一樣可靠，但其重量減少了一半。
EADS宣稱，飛機每減重一公斤，每年的燃料消耗成本將節省3000美元，30年(普通飛機的壽命一般為30年)就可節省10萬美元。
三維打印技術的“軟肋”
當然，這項技術也有“軟肋”。《技術評論》雜志近日指出，很多功能性的金屬合金能夠被打印出來，但用于飛機引擎內部的高性能零件仍然無法使用這種方法制造，比如在制造過程中，需要對溫度進行精確控制的零件目前還無法打印出來。GE公司將使用這種新技術打印渦輪葉片等引擎零件，不過，打印出來的渦輪葉片僅用于測試其特定性能，諸如測試其空氣動力學方面的屬性等，這種渦輪葉片無法承受高溫和高壓。辛格表示，這種方法制造出的渦輪葉片將加速葉片的設計過程。
另外，這臺機器目前主要受到的限制是其能打印出的物品大小有限。根據印刷材料和打印機的不同，新打印技術只能打印出從幾厘米到1米左右大小不等的物品，現在還無法打印出飛機機翼或GE公司大型電站使用的汽輪機，不過，科學家們正朝著正確的方向前進。
有些人也認為，不管技術如何進步，有些物品我們永遠也別想通過三維打印技術制造。針對這一說法，EADS創新工廠的負責人喬安娜·梅爾表示：“我們可能無法使用三維打印機打印出釘子，但是，我們能夠打印出制造釘子的設備。”
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然而，也有專家指出，要想打印出完整的飛機機翼還需要一段時間。盡管如此，科學家們現在正朝著正確的方向邁進。
打印出超聲波零件
三維打印技術已出現數十年，但主要用于打印新奇和個性化的物品，比如專為個人設計的義肢等。但是，隨著技術的不斷改進，現在，打印機能夠使用包括陶瓷和鈦、鋁等金屬在內的材料制造出復雜的零件，而且，其精確度非常高。
據美國《大眾科學》網站近日報道，GE公司全球研發中心診斷法和生物醫學光學成像領域的專家斯科特·史密斯表示，快速成型技術能以更簡單的方式準確制造出復雜機器使用的零件，GE公司在三維打印技術領域的最新進展能使用陶瓷、金屬等原材料，制造出微小的零件。
GE公司的工程師們正在使用三維打印機為便攜式超聲波設備制造傳感器。作為超聲波機器最昂貴的零件之一，傳感器能將電信號轉變為聲音，也能將聲音轉變為電信號。該傳感器包含數千個細小的、超薄圓柱體。GE公司目前主要使用將陶瓷切片、切丁的方式來制造這些圓柱體。由于不同大小的圓柱體需要不同的切割工具，這種制造過程不僅耗時、昂貴，而且只能制造出幾種形狀。
現在，GE公司的科學家研發出了一種新的打印技術，他們將薄薄一層由陶瓷組成的砂漿展平，并將其嵌入一個聚合物先驅體內。當紫外線照射在該層砂漿上時，這種陶瓷砂漿會變成固體。接著在其上鋪設另一層陶瓷砂漿，然后用光照射。科學家用這種逐層鋪展的方式，制造出了不再需要削割的新傳感器。
不過，據麻省理工學院《技術評論》雜志近日報道，GE公司研發中心的機械工程師、項目經理普拉黑特·辛格表示，這種方法并不適合大規模的生產制造。但是與目前使用的制造方法相比，新方法更快而且消耗的資源更少，成本更低。另外，這種方法制造出的傳感器并不受大小和形狀的限制，因此，GE公司的設計師可以使用新技術改進傳感器的性能，并最終研制出清晰度更高的超聲波。
打印出飛機零件
GE公司的科學家也正在同歐洲宇航防務集團(EADS)攜手合作，使用陶瓷打印飛機零件并最終打印出完整的飛機機翼。科學家們使用激光來加熱金屬粉末，直到這些粉末形成固體的金屬形狀。新技術已經制造出了飛機引擎蓋上的金屬鉸鏈，測試表明，新鉸鏈的性能與傳統鉸鏈一樣可靠，但其重量減少了一半。
EADS宣稱，飛機每減重一公斤，每年的燃料消耗成本將節省3000美元，30年(普通飛機的壽命一般為30年)就可節省10萬美元。
三維打印技術的“軟肋”
當然，這項技術也有“軟肋”。《技術評論》雜志近日指出，很多功能性的金屬合金能夠被打印出來，但用于飛機引擎內部的高性能零件仍然無法使用這種方法制造，比如在制造過程中，需要對溫度進行精確控制的零件目前還無法打印出來。GE公司將使用這種新技術打印渦輪葉片等引擎零件，不過，打印出來的渦輪葉片僅用于測試其特定性能，諸如測試其空氣動力學方面的屬性等，這種渦輪葉片無法承受高溫和高壓。辛格表示，這種方法制造出的渦輪葉片將加速葉片的設計過程。
另外，這臺機器目前主要受到的限制是其能打印出的物品大小有限。根據印刷材料和打印機的不同，新打印技術只能打印出從幾厘米到1米左右大小不等的物品，現在還無法打印出飛機機翼或GE公司大型電站使用的汽輪機，不過，科學家們正朝著正確的方向前進。
有些人也認為，不管技術如何進步，有些物品我們永遠也別想通過三維打印技術制造。針對這一說法，EADS創新工廠的負責人喬安娜·梅爾表示：“我們可能無法使用三維打印機打印出釘子，但是，我們能夠打印出制造釘子的設備。”
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