3D打印如何徹底改變生產和設計

  現在3D打印的零件已包羅萬象——從機器人到跑鞋，甚至美國宇航局將送進太空的下一架航天飛機上，也會有數十個3D打印部件。3D打印將成為生產的未來嗎？也許吧，但首先要掃清一些障礙。

  不久前，3D打印主要被建模人員用來創建原型結構，然后他們再使用較傳統的方法打造產品。然而，現在3D打印的零件已包羅萬象——從機器人到跑鞋，甚至美國宇航局將送進太空的下一架航天飛機上，也會有數十個3D打印部件。3D打印將成為生產的未來嗎？也許吧，但首先要掃清一些障礙。

  在介紹其局限之前，我們先記一下3D打印的許多優點。最初的3D打印機產品是難以運輸的傻大個，這使它們難以用于實驗室之外。最近幾年，3D打印機在樣式和范圍上進行了創新，而使其可用于各領域的研究和商業用途。該技術已經發展到，3D打印機已能復制人體的骨骼、肌肉和軟骨等組織。

  過去，3D打印機的高昂成本也是導致其應用范圍受限的因素之一，但最近這一情況也已開始改變。目前在市場上花10,000至20,000美元，就可買到一款低端的3D生物打印機。但卡內基梅隆大學的研究人員最近創建了一種基于注射器的生物打印機制，其可以不到500美元的成本，被整合進幾乎任何一款3D打印機。

3D生物打印機。（圖片來源：卡內基梅隆大學）

  然而，還有幾座小山要爬。由于3D打印的物體是通過多次往復逐層打印出來的，因此層與層交會的地方可能是其結構中的內在弱點。例如，確保塑料結構配置最牢固的最佳方法，仍是將塑料倒進模具而使它固化。盡管如此，研究人員正在通過試驗不同的原料和增強3D打印物體的方法來縮小這種差距。發表在《ACS Applied Materials and Interfaces》期刊上的論文《Enhanced Impact Resistance of Three-Dimensional-Printed Parts with Structured Filaments（具有結構化長絲的3D打印零件提高抗沖擊性）》中報告稱，科學家使用聚合物長絲作為“外骨骼”為3D打印結構提供更高強度。

  對新材料和加工技術的進一步研究必將對3D打印產生重大改進。也許將打印和同時處理相結合可以帶來諸多好處，例如將打印和激光處理同時進行，可使材料在非常高的溫度下發生結合或形變。打印過程中是否可包含微觀催化劑，這些催化劑只能通過激光激活，而能提供額外的附著力或強度呢？

  鑒于該技術在過去幾年的飛速發展，我們可順理成章地認為，在不久的將來，從汽車到盆栽植物上的形形色色的物體，將有部分或是全部都是由3D打印機制造出來的。雖然在強度和抵抗力以及熱和沖擊等衰減因素等方面仍然存在一些障礙需要克服，但該技術已經取得了重大進展。現在，人們正在用3D打印零件建造航天飛機。畢竟，如果它能被美國宇航局（NASA）相中，那也就應該足以滿足我們其他人的要求。

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