张飞和进步制造有关系吗？有，3D（三弟）打印啊！

作者：圆的方块 [原文来自：www.ii77.com]

编纂：Yuki [原创文章：www.ii77.com]

办公室里的打印机，为什么只有脑子最笨的张飞会用，而刘备和关羽不成？

——因为3D（三弟）打印呀。

今天，咱们聊聊这项手艺。

>>>什么是3D打印？<<<

3D打印，我们或多或少地都据说过，甚至也见过一些3D打印出来的精巧构件。不外要往深了说，大部门人都说不出个所以然。

一个典型的3D打印作品，图片起原：Sina.com

这几年来，加诸于3D打印的名头实在太多——“引领下一次工业革命”、“推翻传统制造业”、“将来科技”等等。

在试图认识一项手艺之前，最好是先拨去覆盖在它之上的光环。

3D打印素质上只是一种制造手艺，它还有一个学名，叫增材制造，以前它还有个更土的名字，叫快速成型[1]。

是不是瞬间感受没什么风格了？

那么，去掉炫酷的名字，3D打印手艺和传统制造手艺有什么区别呢？

这里有一个不算稀奇贴切的比方：传统制造体式是做镌刻，络续切掉你不想要的部门，最终获得想要的；3D打印有点像蚕吐丝，经由一根根细丝的互相堆叠、储蓄，最终成为一个光洁的蚕茧。

>>>3D打印的降生<<<

3D打印手艺显现在1983年，发现人叫查克·赫尔（Chuck Hull）。

昔时的赫尔在一家小企业工作，这家企业的主营买卖是做桌子的硬质涂层。具体来说，就是把一种液态的小分子涂在桌子外观，在使用紫外灯去照射时，这些小分子会互相保持，聚合成大分子，从而发生固化，变为坚硬的珍爱层。

这些小分子叫做“光敏聚合物”，这个回响过程就叫做“光固化”[2]。

赫尔天天在公司里盘弄着各类各样的紫外线灯，日复一日地看着那些分子见光凝固。有那么一天，他倏忽想到，若是可以让紫外线一层一层地扫在光敏聚合物的外观上，将这成百上千的薄层叠加在一路，他就可以制造任何能够想象的三维物体了。

此情此景，像极了牛顿挨了苹果砸，瓦特见到了烧水壶。

“这真是个碉堡的主意！”固然没有汗青记载，但其时赫尔心里必然浮现的是这句话。因为他马上投入到了实践中。

经由一年的起劲，终于，他把谁人乍现的灵光酿成了实际：他斥地了一个系统，经由掌握光线的射入，让光敏聚合物在容器中逐渐的固化，从而形成预先设计的外形。

他将这种工艺定名为立体平版印刷[1]。

就如许，带着这个土头的名字，第一件3D打印的模型，降生了。

2014年， 查克·赫尔作为“3D 打印之父”入选了美国的发现家名人堂。这份名人堂的名单中，还包罗爱因斯坦、爱迪生和乔布斯。

赫尔和他的3D打印系统，图片起原：3D Systems

>>>八门五花的3D打印手艺<<<

跟着人们逐渐意识到这项手艺的潜力，故事也起头朝着有趣偏向络续演进。

若是说3D打印是一个江湖，那么，几个名门大派，都有着本身的奇特功法。

首先，在赫尔申请专利的统一年，美国Helisys公司发现了分层实体系造手艺，简称为LOM，工艺流程是把片材切割并粘合成型[2]。

不知道你们看没看过科技馆里的人体组织切片，就是把标本切成一片片的再展示出来。分层实体系造与这个过程正好相反，就是先做好一片片材料的外形，之后直接把这些片层整合到一路。

LOM工艺的一个问题是需要把原材料预先做成薄片，于是这项工艺的使用局限就变得十分有限，大多时候，只是用来做些纸的模型。

5年之后，也就是1988年，美国人斯科特克伦普发现了熔融沉积成型手艺（FDM），从而把3D打印推广到了金属范畴。[3]他先把材料加热到方才熔化的状况，之后把液态材料直接喷出来，敏捷冷却成型。这听起来有点像做糖人。

FDM固然轻便了好多，然则也存在着局限，就是所用的材料熔点不克太高，要否则设备都烧着了，材料还没成液态呢。以至于FDM只能用在一些塑料和低熔点金属上。

不外仅仅一年之后，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的学者就解决了这一问题，他们发现了选择性激光烧结手艺（SLS）[1]。 SLS的道理也很粗鲁，它的原料是粉末状的，之后直接行使高强度激光把粉末烧结在一路。这谁顶得住啊？再牛的金属也架不住激光啊！

后来SLS经由改善，已经能轻松实现钛合金、钴镍合金等材料的3D打印过程，而这些合金都是飞机或飞船上的要害材料。

激光3D打印金属零件示意图，图片起原：Machine35.com

近些年，3D打印手艺更是络续地改善与完美，原材料已经囊括了塑料、金属、陶瓷，甚至生物细胞等。

固然这些手艺八门五花，但内核仍然是赫尔的思路，即——把材料直接堆叠成本身想要的外形。

>>>百花齐放的3D打印应用<<<

当3D打印可以处理任何原料之后，剩下的限制，就是人类的想象力了。

现在，我们迎来了3D打印应用百花齐放的时代。

首当其冲的就是工业范畴。好多产物的设计之所以不克量产，是因为量产的模具太贵了，经不起试错。有了3D打印，直接一次成型，极大降低了试错成本，如斯一来，好多小众的设计都能有了测验的机会。

再有就是小我订制产物，好比衣服和鞋子等等。人生来各异，买衣试鞋总免不了频频寻觅。有了3D打印，就可以做到相机行事。

阿迪达斯推出的3D打印球鞋，图片起原：adidas.com 

当然，科学家们把目光放得更远，他们甚至想打印生命。

2017年，..的科学家们3D打印了一个肝脏，并成功移植进了大鼠体内[4]。2018年12月份，俄罗斯宇航员在空间站中打印了一份生物器官——一个老鼠甲状腺。据说结果还不错，因为失重的状况有利于掌握材料的成型[5]。

2018年，3D打印人体范畴也取得了一个大冲破。来自英国的研究人员成功做出了一批3D打印的人眼角膜。他们发现了一种由藻酸盐和胶原卵白构成的“生物墨水”，把这种生物墨水与人类的角膜干细胞夹杂在一路，就能够作为原料，3D打印出人类的眼角膜[6]。

3D打印人工眼角膜和它的发现者，图片起原：腾讯

5.

>>>来自中国的可穿戴3D打印设备<<<

3D打印在好多特种微型设备上，也有着伟大的应用潜力。近日，Wiley旗下的《进步科学》杂志（Advanced Science）揭橥了中国科学院姑苏纳米所与天津大学合作的一篇论文。

研究人员用3D打印做出了一种纤维状的集成电子器件[7]。这种电子器件，看起来就是一根“线”，但却能实现正确的温度测量。与大块的平面器件比拟，它更具柔性且更节约空间。

为了做出这根电子器件，首先要有电源。一样来讲，根基的电源至少有三部门，离别是正极、负极和电解液。在一根线上怎么做出这三种构造呢？这里就需要借助3D打印手艺。

(a)3D打印做纤维状电源的示意图，(b、c)工作中的3D打印机，(d)打印出来的纤维状电极材料，直径不到半毫米。图片起原：参考文献[6]

首先，将正负电极的原料离别配成溶液，也就是3D打印的“墨水”。随后，使用3D打印机，直接绘制出纤维状的电极。紧接着，在这两根“线”电极的外外观打印上一层固态的电解质。

于是，我们就获得了两根“线”，离别是包裹了电解液的正极和负极。我们再像拧麻花一般，把这两根线拧到一路，就成了一个完整的电化学电源。

电源有了之后，再如法炮制，做出一条纤维状的传感器。虽说是传感器，但素质是一根还原氧化石墨烯的纤维。这种还原氧化石墨烯，简称叫rGO，具有在分歧温度下的电阻会发生转变的特征。将富含rGO的“墨水”经由3D打印的喷头，我们就能获得一根打印出来的传感器“线”。

将上面组好的电源和这根氧化石墨烯环绕在一路，就能够做成一套完整的温度传感器了。

直接将3D打印出来的电源与传感器拧在一路，就获得了一个完整的电子器件。图片起原：参考文献[6]

研究人员发现，这根“线”可以对30℃-80℃局限的温度转变做出很好的反馈，每摄氏度的误差只有不到2%。

把这种纤维状器件，编织进贴身衣物，就能够实时监测人的体温转变，匡助我们认识本身的身体健康状况，在疾病预防方面施展潜力。

这种快速、低成本的3D打印手艺为柔性、可穿戴纤维状器件供应了新的时机[7]。

>>>当然，你也能够<<<

现现在，3D打印已经从望族堂前燕，飞入了平常公民家。

打开购物网站，搜刮“3D打印机”，就能买到小型的家用机，价钱跟一台电脑差不多。

不外，家用的型号只能以塑料和一些小分子为原料，因为这些材料加工起来更为轻易，也更平安。

外国网友克己3D打印远古三叶虫，图片起原：ZOL.com

若是你想打印些更酷炫的金属零件的话，那么，你需要一台激光金属3D打印机。

或者会贵一点。

emmm...

只要300万。

不外，包邮啊……