3D打印技術(shù)的重大新進(jìn)展

游清治

（新疆有色金屬工業(yè)（集團(tuán)）公司烏魯木齊830000）

3D打印技術(shù)的重大新進(jìn)展

游清治

（新疆有色金屬工業(yè)（集團(tuán)）公司烏魯木齊830000）

咨詢業(yè)巨頭麥肯錫全球研究機(jī)構(gòu)(MGI)的研究報(bào)告分析了潛在的12種顛覆性技術(shù)對(duì)未來的重大影響。本文著重對(duì)這12種顛覆性技術(shù)的一種：3D打印技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)3D打印技術(shù)的進(jìn)展實(shí)例和3D打印技術(shù)的重大新進(jìn)展，做簡要的介紹，以促進(jìn)我國的3D打印技術(shù)更快的發(fā)展。

顛覆性技術(shù)3D打印技術(shù)發(fā)展進(jìn)展重大新進(jìn)展

1 概述

咨詢業(yè)巨頭麥肯錫全球研究機(jī)構(gòu)（MGI）的最近的研究報(bào)告稱，對(duì)潛在的12種顛覆性技術(shù)進(jìn)行了分析，認(rèn)為它們對(duì)未來將產(chǎn)生重大的影響。指出技術(shù)進(jìn)步將改變?nèi)祟惖纳?、商業(yè)和全球經(jīng)濟(jì)。這12種顛覆性技術(shù)是：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、知識(shí)型工作自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)、高級(jí)機(jī)器人、新一代基因組技術(shù)、自動(dòng)或半自動(dòng)交通工具、能量存儲(chǔ)技術(shù)、3D打印技術(shù)、先進(jìn)材料、先進(jìn)的油氣勘探和開采技術(shù)以及可更新能源。

報(bào)告估計(jì)到2025年這些技術(shù)的應(yīng)用，年經(jīng)濟(jì)效益將達(dá)到14萬億至33萬億美元。這12種技術(shù)以多種方式創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，包括更好的產(chǎn)品、更低的價(jià)格、更清潔的環(huán)境，讓更多的人擁有健康。

本文著重對(duì)其中的3D打印技術(shù)的重大新進(jìn)展做簡要介紹，從3D打印技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)3D打印技術(shù)的進(jìn)展實(shí)例入手，最后介紹3D打印技術(shù)的重大新進(jìn)展，以促進(jìn)我國的3D打印技術(shù)更快的發(fā)展。

2 3D打印技術(shù)的發(fā)展

早在19世紀(jì)末就產(chǎn)生了3D打印的理念，1892年美國登記了一項(xiàng)專利，利用層分方法制作三維地圖模型。1995年前稱為快速成型技術(shù)。1995年美國麻省理工學(xué)院的大四學(xué)生JimBredt和TimAnderson的畢業(yè)論文選題為快速成型技術(shù)，他們利用打印機(jī)的墨盒，將墨水換成膠水，用噴射出的膠水來粘結(jié)粉末材料，可以打印出一些立體物品，他們將這種打印方法稱為3D打印，將他們改裝的打印機(jī)稱為3D打印機(jī)。以后3D打印一詞慢慢流行，所有的快速成型技術(shù)都?xì)w于3D打印的麾下。

最早從事商業(yè)性打印制造技術(shù)的是美國發(fā)明家查爾斯·赫爾，自創(chuàng)了“3D系統(tǒng)”公司，開始專注發(fā)展3D打印技術(shù)，是世界第一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的公司。

1988年美國人斯科特·克朗普發(fā)明了一種新的3D打印技術(shù)—熔融沉積成型。

1989年美國人德卡德發(fā)明了選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。

1992年美國人赫利塞思發(fā)明了層片疊加制造技術(shù)。

隨著制造性能的提高和應(yīng)用材料范圍的擴(kuò)大，3D打印技術(shù)已被越來越多的消費(fèi)者和企業(yè)所接受。3D打印技術(shù)可直接打印出零部件或產(chǎn)品，省去很多傳統(tǒng)制造步驟。更主要的是3D打印技術(shù)，可按需生產(chǎn)，大幅度降低產(chǎn)品成本，減少制造過程中的浪費(fèi)，并且可以打印出傳統(tǒng)技術(shù)難以制造和不可能制造的產(chǎn)品。

3 3D打印技術(shù)的新進(jìn)展

3.1 可自我復(fù)制的3D打印機(jī)

2005年，英國巴恩大學(xué)教授亞德里安·鮑耶提出PepRap項(xiàng)目，目標(biāo)是制造自我復(fù)制機(jī)。PepRap意為“快速復(fù)制原型”PepRap打印機(jī)就是一臺(tái)3D打印“母機(jī)”，有一定的自我復(fù)制能力，能夠打印出和自身結(jié)構(gòu)相同的零件，用這些零件可以組裝成和母機(jī)一模一樣的“子機(jī)”。研究這個(gè)項(xiàng)目的目的，就是推動(dòng)3D打印技術(shù)的快速發(fā)展。這個(gè)自我復(fù)制的程序是對(duì)公眾開放的，大家都可以在網(wǎng)上下載，人們只需要買相應(yīng)的原材料就可以了。

3.23 D打印技術(shù)是尖端制造業(yè)的新寵

因3D打印技術(shù)不走樣，毫厘不差，因此航空航天工業(yè)中，一些精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的，且需求量少的零配件，就會(huì)用3D打印機(jī)打印需要的零部件安裝上去。

我國神舟九號(hào)飛船中三位宇航員的座椅，就是天津市快速成型技術(shù)中心利用了3D打印機(jī)制造出來的。

3.33 D打印滲入各領(lǐng)域

3.3.1 建立月球基地

歐洲航天局公布了人類首個(gè)月球基地計(jì)劃藍(lán)圖。將由地球空降至月球的機(jī)器人建造，就地取材，利用3D打印技術(shù)，將月球的土壤轉(zhuǎn)變成建筑材料。機(jī)器人到達(dá)月球后，利用3D打印機(jī)，建造出一個(gè)能居住4個(gè)人的圓頂建筑，小屋的外殼材料選擇類似泡沫的中空封閉式蜂窩結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)計(jì)劃渴望在未來40年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

3.3.2 像真耳的人造耳

美國康奈爾大學(xué)的研究人員，使用人類活體細(xì)胞構(gòu)成的凝膠，3D打印出的人造耳可以“以假亂真”。具有生物活性，可以很好的和人體融合在一起，且可以根據(jù)個(gè)人的需要進(jìn)行個(gè)性定制。

3.3.3 制造無人機(jī)

英國南安普頓大學(xué)放飛了世界首架用3D打印機(jī)制造出來的無人機(jī)。他們采用激光燒結(jié)技術(shù)，先打印出無人機(jī)的金屬框架，再打印出覆蓋在框架內(nèi)外的塑料殼。其他配件分開打?。ㄈ绨l(fā)動(dòng)機(jī)、艙門和儀表等），再安裝起來，所有設(shè)備間的連接，都不需要螺絲和合頁。而是使用卡扣固定整架飛機(jī)，不借助任何工具，在幾分鐘內(nèi)完成組裝。3D打印無人機(jī)，不僅成型速度快，還具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如可制造橢圓形機(jī)翼，這種機(jī)翼能減少阻力，但傳統(tǒng)制造工藝難以實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想。

3.3.4 制造優(yōu)良賽車

在德國霍肯海姆跑道上，一輛3D打印制造的單人賽車正高速行駛。這是世界方程式學(xué)生挑戰(zhàn)賽的一個(gè)作品。來自比利時(shí)的16位高級(jí)工程師組建的新一代工程師團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的3D打印賽車，是目前已知最大且最復(fù)雜的3D打印物品，它的性能較好，4秒鐘內(nèi)就可以從0加速到60英里∕小時(shí)，最高速度可達(dá)到141km∕h。

3.43 D打印挑戰(zhàn)你的想象力，使夢(mèng)想成真

3.4.1 打印日常用品

家里來了客人，發(fā)現(xiàn)缺一把椅子，通過3D打印機(jī)打印一把。發(fā)現(xiàn)自己需要一把牙刷，10min后就在3D打印機(jī)中出現(xiàn)了。

隨著3D打印機(jī)的發(fā)展，我們的夢(mèng)想將逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。在未來人人都可以是設(shè)計(jì)師，利用3D打印技術(shù)在家里制造出各種各樣的屬于自己的個(gè)性化用品。

3.4.2 為自己打印雕塑

利用3D打印照相技術(shù)，可以復(fù)制出雕塑版的你。我國的3D照相館首先出現(xiàn)在西安。在3D打印照相館里，顧客得到的是一個(gè)和顧客外貌一模一樣的小人偶。通常有三種尺寸可供選擇，高度為10cm、15cm和20cm。價(jià)格取決于鏡頭里的人數(shù)和高度。

3.4.3 打印自行車

英國科學(xué)家采用層片疊加技術(shù)，用尼龍粉末打印出一輛完備的“空氣自行車”，其堅(jiān)固程度與鋼鐵和鋁制自行車不相上下。但重量較之輕，65%3D打印出的“空氣自行車”所有零部件都是一次性打印出來的，通過修改軟件數(shù)據(jù)制造商還可以生產(chǎn)出讓用戶更省力的個(gè)性化的自行車。

3.4.43 D畫筆

中國神話故事中有個(gè)人物叫神筆馬良，他畫的東西可以變成真的。美國一家公司新推出的3D畫筆就是現(xiàn)代版的“神筆”，能讓人們隨手畫出的東西變成物品。這種3D畫筆叫做3D涂鴉筆，售價(jià)只有22美元，算得上物美價(jià)廉。使用的原料是固體的ABS塑料粉末，作畫時(shí)，筆尖流出的液態(tài)塑料“墨水”，它很快在空氣中冷卻，變成硬的固體，畫出來的東西，就是立體形式呈現(xiàn)在眼前。

3.4.5 無限可能的3D生物打印機(jī)

3D打印機(jī)能有多大的作為？取決于使用的材料。目前最神奇的是使用“生物墨水”的3D打印機(jī)，它能打印人體細(xì)胞和器官。

在密蘇里大學(xué)有一臺(tái)能打印人體器官的3D打印機(jī)它使用的是特殊材料，它使用的是人體細(xì)胞制成的“生物墨水”及特殊的生物紙，在生物打印取得突破后，加拿大一所大學(xué)正在研發(fā)骨骼打印機(jī)，打印出的人造骨骼植入人體以后將能幫助受體的骨骼修補(bǔ)愈合。幫助受體的部位產(chǎn)生新的組織，甚至能促進(jìn)血管再生。

開發(fā)3D打印，拼的是打印耗材，隨著材料品種的擴(kuò)展，3D打印的神力也將愈來愈大，使3D打印技術(shù)在未來飛躍發(fā)展。

4 國內(nèi)3D打印技術(shù)的進(jìn)展實(shí)例

4.1 用3D打印技術(shù)“編織”廣場(chǎng)花籃

2014年國慶65周年，“十一”期間在天安門廣場(chǎng)及長安街沿線進(jìn)行花卉布置，弘揚(yáng)主旋律，激發(fā)正能量、營造喜慶、熱鬧、祥和的氣氛。這次布置，采用了3D打印技術(shù)，先出底稿，天安門廣場(chǎng)花壇的一些重要部件分次分批的進(jìn)行了3D掃描，根據(jù)3D打印出的小樣，進(jìn)行微調(diào)優(yōu)化后安裝，更好的體現(xiàn)整體創(chuàng)意。

4.23 D打印技術(shù)落戶新疆

新疆冠珠科技公司是北京太爾時(shí)代科技公司的子公司，2013年落戶烏魯木齊高新區(qū)（新市區(qū)）創(chuàng)業(yè)園，是一家專業(yè)從事研究、制造和推廣3D打印機(jī)的高科技企業(yè)。擁有工業(yè)級(jí)SD300prO系列3D打印機(jī)和桌面級(jí)UP!系列3D打印機(jī)。該公司已經(jīng)在烏魯木齊市六十二小、六十三小、八十三中學(xué)等校園內(nèi)開展了3D打印技術(shù)各類DIY組裝產(chǎn)品演示活動(dòng)。并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)展示和手動(dòng)組裝，吸引了很多同學(xué)前來參觀。受到了啟發(fā)和教育。

4.3 我國3D打印技術(shù)的科研團(tuán)隊(duì)

主要有：清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊(duì)，華中科技大學(xué)史玉升團(tuán)隊(duì)，西安交通大學(xué)盧秉恒團(tuán)隊(duì)以及北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)等。史玉升團(tuán)隊(duì)2013年宣布研發(fā)出世界上尺寸最大的3D打印機(jī)。

4.43 D打印建筑

3D打印建筑正式亮相上?！皬埥咝虑嗥謭@區(qū)”，將建筑垃圾變廢為寶，讓建筑工人更體面的工作，讓建筑成本降低50%，讓更多的人住得起房子，房型和家具可個(gè)性化定制。

一臺(tái)3D打印機(jī)，能在24h內(nèi)興建10間房子。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明者：上海盈創(chuàng)裝飾集團(tuán)有限公司董事長馬義，他介紹：整個(gè)打印過程，只需要一張圖紙，一臺(tái)電腦，一臺(tái)3D打印機(jī)，就地取材制造足夠的“油墨”，就可以在24h內(nèi)打印出10幢200㎡的建筑。

3D打印建筑的最大亮點(diǎn)就是把建筑垃圾再利用，同時(shí)新法建筑不會(huì)產(chǎn)生建筑垃圾。

建筑專家表示，3D打印建筑要真正普及還需斟酌，所用材料主要是高標(biāo)號(hào)水泥和玻璃纖維，某些國家禁止大量使用玻璃纖維。高標(biāo)號(hào)水泥的回收未來也會(huì)有困難。

5 3D打印技術(shù)的重大新進(jìn)展

隨著關(guān)鍵專利2015年到期，新的3D打印機(jī)將會(huì)更多的出現(xiàn)，讓整個(gè)工程界產(chǎn)生重大歷史性改變。

專家表示，3D打印將徹底改變戰(zhàn)爭和外交政策，不僅讓許多不可思議的新設(shè)計(jì)成真，還能將國防工業(yè)甚至有可能將全球經(jīng)濟(jì)完全改觀。

數(shù)十億美元的國防工業(yè)位于這場(chǎng)創(chuàng)新的前沿，IHS技術(shù)咨詢公司的分析師亞歷克斯·喬索夫斯基表示，美國軍隊(duì)已經(jīng)撥巨資試圖用3D打印技術(shù)生產(chǎn)制服、治療戰(zhàn)爭創(chuàng)傷的人造皮膚、甚至食物。麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已發(fā)明了4D打印—?jiǎng)?chuàng)造了能在接觸水等時(shí)變色的物質(zhì)，這意味著總有一天4D打印出的制服等東西，能根據(jù)環(huán)境改變顏色。

未來戰(zhàn)爭的徹底改變，3D打印的真正革命，不在于你能做什么，而是在于在哪能做。

將打印機(jī)帶到戰(zhàn)區(qū)，只需要下載相關(guān)軟件和相應(yīng)材料就可以在戰(zhàn)區(qū)就地生產(chǎn)出所需的物品。

通過將3D打印和組裝機(jī)器人結(jié)合起來，使生產(chǎn)流程將非常精簡。這種技術(shù)革命，具有重大的政治意義，甚至能改變外交政策，進(jìn)而使制裁變成過時(shí)的理念。

收稿：2015-01-12

2015年一季度有色金屬行業(yè)運(yùn)行情況

一季度，全國十種有色金屬產(chǎn)量1217萬噸，同比增長7.7%，增速同比提高1個(gè)百分點(diǎn)。電解鋁產(chǎn)量751萬噸，增長7.4%，回落2.5個(gè)百分點(diǎn)；銅產(chǎn)量185萬噸，增長14.4%，提高7.5個(gè)百分點(diǎn)；鉛產(chǎn)量99萬噸，下降6.7%，去年同期為增長1.8%；鋅產(chǎn)量146萬噸，增長14.4%，上年同期為下降1.9%。氧化鋁產(chǎn)量1397萬噸，增長15.3%，提高6.8個(gè)百分點(diǎn)。

與上月相比，銅、電解鋁價(jià)格上漲，鉛、鋅價(jià)格下跌。3月份，上海期貨交易所銅、電解鋁當(dāng)月期貨平均價(jià)分別為42097元∕噸和12954元∕噸，比上月上漲2.8%和0.7%，同比下跌13.9%和1.4%；鉛當(dāng)月期貨平均價(jià)為12334元∕噸，比上月下跌1.3%，同比下跌10.3%；鋅當(dāng)月期貨平均價(jià)為16107元∕噸，比上月下跌0.7%，同比上漲7.5%。

一季度，有色金屬行業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤354億元，同比增長8.8%。其中，有色金屬礦采選業(yè)利潤95.8億元，下降22.9%；有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)利潤258.6億元，增長28.3%。

來源:中國有色金屬科技信息網(wǎng)

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.045