无所不能的3D打印 3D打印耗材揭秘

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关键词: 3D打印,3D打印技术,3D打印企业

      能打印出什么,关键看耗材

      根据3D打印的原理来说,只要给3D打印机使用与模型相同的材质,就能打印出模型几乎一模一样的东西。比如面包,你使用面粉做材料,打印的面包是可以吃的,你使用塑料、石膏等材料打印的只能是面包的模型。

      然而关于3D打印的耗材并不广泛,从3D打印的原理来说,3D耗材的扩展,决定了3D打印机的能力范围。目前主要为塑料丝、金属丝、石膏粉等,这些材料就精度和应用范围来说,都让目前的3D打印机还停留在模型的制造上,它的更大价值还没有完全发挥出来。

      以电脑报刚购买用来测试的3D打印机,它所使用的耗材是ABS塑料丝(五大合成树脂之一,是目前产量最大、应用最广泛的聚合物)。它具有无毒、无味、价格便宜等特点,每千克仅300元。这台打印机采用的是“熔积成型”的技术,整个流程是将一根粗的塑料绳,在喷头内熔化成液体,一层层沉积塑料纤维成型。由于这种塑料丝要经过熔化后再冷却,模型是通过一层一层的堆砌而成,加上热胀冷缩的原理,所以在精度控制上并不是很高。打印的3D模型也比较粗糙。

      相对而言,使用粉末微粒作为打印介质(最常用的是石膏粉)的3D打印机,打印的模型更精细一点。它的工作原理是将粉末微粒喷在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层,然后由喷头喷出的液态黏合剂进行固化。

      目前精度比较高的是采用“激光烧结”熔铸技术的3D打印机。例如在北京永丰科技园的北京计算中心,就有一台售价160万元人民币的Objet3D打印机,使用光敏树脂耗材,这是一种遇紫外线照射会立刻变硬的特殊材料,另外一种支撑材料也必不可少。在电脑的三维数据图像的控制下,打印机的六个喷头以16微米的厚度,一层层喷出液态材料,物体的部分使用光敏树脂,其余部分则喷出填充材料,每喷一层,就进行一次紫外线照射,液态材料随即变硬。使用材料不仅昂贵,其打印方式也十分复杂。

      目前3D打印机的耗材还并不是很丰富,但已经打印出很多让你十分惊讶的东西了,从吃的到用的,再到医学上的心脏、血管等器官……哇,这真的太神奇了,看来离科幻电影中的人物克隆机并不远了。下面我们就来列举几个离我们比较近的案例吧。

      Objet3D打印机打印出高精度模型

      打印的食物,美观又可口

      自从3D打印机出现后,很多人首先就想到了吃的上面。目前已经有人自制出了这种3D打印机,可以直接打印可以吃的美食,打印的原料就是砂糖。下面这台打印机的名称叫做CandyFab 4000砂糖3D打印机,由Evil Mad Scientist Laboratories(邪恶科学家实验室)制作完成,CandyFab打印机现在能打印5 ppi至 20 ppi精度的图像,但是仅能用于食物内容,因为它的工作原理是喷射加热过的砂糖。目前CandyFab是一项开源项目,正在寻求志愿者以帮助该技术不断进步。

      沙子和阳光神奇的转换术

      对于3D打印机来说,耗材是关键。不同的耗材价格相差可是非常的巨大,从几百元到几万元的都有。什么耗材最便宜?最便宜的莫过于沙子和阳光了。沙子和阳光真能做3D打印的耗材吗?能!一个叫Markus Kayer的人发明了一种3D打印机,可以利用沙子和太阳光打印出不可思议的作品。

      他把沙漠中最丰富的两种资源沙子和阳光整合到了一起,利用一种装置:太阳能烧结(Solar Sinter),这种装置可以熔化沙子,然后用玻璃做出3D物体。通过用阳光代替激光,用沙子代替树脂,设计出一种全新的生产工艺,用于制造玻璃物体。两台机器所用的太阳能被用在电子元件、伺服系统和太阳跟踪系统上,用来切割和熔化沙子的能源只是经过聚焦的普通阳光。

      Markus Kayer正在利用他发明的3D打印机对阳光和沙子进行处理

      Markus Kayer利用阳光和沙子打印出来的3D作品

      无限可能的3D生物打印机

      3D打印机能有多大的作为?只要它使用的耗材够广泛,那么它就有无限可能。目前要说最神奇的是使用“生物墨水”耗材的3D打印机,它能打印人体细胞和器官。

      在密苏里大学里有一台能打印器官的3D打印机,它使用的是一些特殊的材料,包括用人体细胞制作的生物墨水,以及同样特别的生物纸。在打印的时候,生物墨水将在计算机的控制下通过某种方式被喷到生物纸上,最终形成器官。

      对于这些打印的器官它们可以有不同的形状。例如,人造肾脏不需要和真肾长得一模一样,也不需要具有真肾的所有特征,它只需要能够清除血管中的垃圾就可以了。只要这些器官能够工作,并且能够改善病人的身体状况就行。

      在生物打印机取得突破后,那么紧密相关的骨骼打印机能否实现呢?在加拿大有一所大学目前正在研发这种“骨骼打印机”。这种打印机可以使用人造骨粉的耗材,把这些骨粉转变成精密的骨骼组织。这种“骨骼打印机”产生的人造骨骼,除了精确仿真破损的骨骼区块,植入人体以后还能帮助受损的骨骼修补愈合,帮助受损的骨骼部位产生新的组织,甚至能促使血管再生,作用类似于桥梁,这是理想的状态,不过这种新科技要进入医院成为通用可行的疗法,还需要时间的检验。

      澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司携手研制出了全球首台商业化3D生物打印机

      3D打印机,拼的是打印耗材

      目前许多的3D打印机技术是开源的,原理并不复杂。生产和制作3D打印机的公司很多,也就是说,造一台3D打印机并不难,甚至个人也可以购买零件来自己组装一台3D打印机。但耗材就不同了,要发明和开发一种新的耗材并不是一件容易的事。

      只有想不到,没有打不了。随着打印机的技术日趋成熟,关键在于新材料的开发,可供打印使用的耗材的不断拓展,3D打印也逐渐具备了制作成品的可能。这是3D打印技术一个质的飞跃,这种变化在最近两年才逐步发生。在去年,钛合金和不锈钢材料的使用,使波音公司开始用这种技术直接打印飞机机翼,当然这种打印机的体型和价格都在另一个层级上。

      掌握核心3D打印机技术的Objet公司,目前已经研究出可以使用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料,两种材料的混搭使用、上色也已经成为现实。这些材料的价格便宜的几百元(人民币)一公斤,最贵的要4万元左右。

      人造骨骼组织相当精细,可用于整形、重建和脊椎手术

      Objet3D打印机可以使用两种材料混搭打印,并上色。

    (审核编辑: 小王子)