新一代機(jī)械革命——3D打印技術(shù)的革命與未來

李蔣靚

摘要：3D打印技術(shù)是新一代機(jī)械革命，它區(qū)別于傳統(tǒng)打印技術(shù)，體現(xiàn)了成本少、耗時(shí)短、便攜等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)于3D打印技術(shù)的研究如火如荼，它有良好的前景和發(fā)展，但仍有一些局限性需要克服。

關(guān)鍵詞：3D打印、便攜、成本低、局限性、創(chuàng)新、發(fā)展

眾所致知，世界上經(jīng)歷過三次象征性的科學(xué)大革命，分別是以瓦特蒸汽機(jī)為標(biāo)志的第一次工業(yè)革命、以電力為標(biāo)志的第二次工業(yè)革命和以無線通訊為成就的第三次計(jì)算機(jī)技術(shù)革命。而工業(yè)領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的道路還在發(fā)展，科技還在不斷進(jìn)步。

中國(guó)在近代史上由于早期自身專制主義中央集權(quán)制的封建自閉加上列強(qiáng)侵略的戰(zhàn)亂不斷，沒能很好的把握住科技工業(yè)革命的時(shí)機(jī)，而是以洋務(wù)運(yùn)動(dòng)的“師夷長(zhǎng)技以制夷”開始經(jīng)歷了維新運(yùn)動(dòng)、辛亥革命、中日戰(zhàn)爭(zhēng)、國(guó)共內(nèi)戰(zhàn)等，在“取明深義，取其發(fā)揮”的道路上不斷地將自身傳統(tǒng)文化與世界帶來的外來文化產(chǎn)生碰撞，融合，吸收與創(chuàng)新。如今社會(huì)穩(wěn)定下來了，我們的生活不再被戰(zhàn)亂所困擾，而是要發(fā)展安定穩(wěn)和的小康社會(huì)，緊跟世界的步伐甚至自我創(chuàng)新與發(fā)展，走出一條屬于中國(guó)自身的特色道路。科技也是如此，從早期的觀摩，到學(xué)習(xí)，到發(fā)展創(chuàng)新，中國(guó)必須收納高科技人才，大力發(fā)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，努力走在時(shí)代的前端。

區(qū)別于傳統(tǒng)的打印技術(shù)，3D打印則是新一代機(jī)械技術(shù)革命。3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，它采用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。它與傳統(tǒng)打印工作原理大致一樣，在打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，和計(jì)算機(jī)聯(lián)通后，通過計(jì)算機(jī)控制把“打印材料”逐層逐層的壘加起來，最后把計(jì)算機(jī)上的構(gòu)思想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際物品。那是非常簡(jiǎn)單并且便攜的操作，利用高科技實(shí)現(xiàn)了想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際的夢(mèng)想。3D打印一般是通過數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來打印的。常在模具的制造、工業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方向被用于制造工業(yè)模型，之后被用于某些物品的直接制造，如今社會(huì)上已經(jīng)有使用這種新型的技術(shù)而打印出理想的零件了。如今它的運(yùn)用和發(fā)展是機(jī)械創(chuàng)新的一個(gè)重要的課題。它的便攜和操作實(shí)現(xiàn)了當(dāng)代“快節(jié)奏”的步伐。

世界對(duì)于3D打印的研究如火如荼。世界知名汽車蘭博基尼采用了Stratasys的Fortus的3D打印系統(tǒng)在短短時(shí)間的20天內(nèi)就設(shè)計(jì)制造并組建出了新款A(yù)ventador的1/6比例原型，其中包含車身、底盤和零件，總成本只有3000美元，對(duì)比傳統(tǒng)制造節(jié)約92%的金錢。德國(guó)著名的Fraunhofer研究所研發(fā)了一種新的3D打印制造技術(shù)，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)金屬零部件的高精度絲網(wǎng)印刷（screen printing），它所制造的金屬零部件的細(xì)節(jié)方面則是用SLM或者粉末床粘合技術(shù)而無法達(dá)到的。美國(guó)的學(xué)府西北大學(xué)，它的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出了一種新型的技術(shù)方法來實(shí)現(xiàn)金屬成分的3D打印。研發(fā)人員運(yùn)用發(fā)明了一種由金屬或混合金屬粉末、溶劑和彈性體粘結(jié)劑制成的液體油墨。該油墨能在常溫下通過一個(gè)噴嘴快速噴出，一旦噴出，液體就會(huì)快速凝結(jié)，這樣的新型方法實(shí)現(xiàn)了可以快速創(chuàng)造出較大的物體。把他放到一個(gè)簡(jiǎn)易的窯爐里對(duì)形成的3D結(jié)構(gòu)做燒結(jié)處理。這樣就完成了，這樣的創(chuàng)新是非常有意義的，它的方法非常有趣，有想象力，并且把想象力運(yùn)用到實(shí)際操作中，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明。這些創(chuàng)新制造推動(dòng)了3D打印的前景和挖掘了它潛在的能力，讓我們看到它區(qū)別于傳統(tǒng)的制造的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在哪里。

國(guó)內(nèi)對(duì)于3D打印的研究也在跟進(jìn)和創(chuàng)新中。西安交通大學(xué)克研發(fā)了運(yùn)用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件的裝置和技術(shù)，通過增加輔助控溫光源，得到連續(xù)的柱晶或單晶組織。這個(gè)創(chuàng)造結(jié)合了激光輔助，多元化的創(chuàng)新是非常好的。浙江大學(xué)則運(yùn)用FDM三維打印技術(shù)制作基底，采用鋪粉的技術(shù)，來制作微流控芯片。鉑力特則研制出專門針對(duì)難熔金屬和高導(dǎo)熱高反射金屬的專用3D打印裝備BLT-S300T，打印出了鎢合金零件，值得可喜的是打印出來的工藝參數(shù)穩(wěn)定，成形結(jié)構(gòu)完備。它的零件整體采用薄壁結(jié)構(gòu)，最小壁厚僅0.1mm。實(shí)現(xiàn)了3D打印技術(shù)的精密精確。國(guó)內(nèi)的創(chuàng)新和發(fā)展體現(xiàn)了科技的創(chuàng)新水平，也展示了國(guó)內(nèi)對(duì)于3D打印技術(shù)的重視程度。

3D打印技術(shù)以便攜、成本低、耗時(shí)短、精密度高、運(yùn)用廣著稱。其所在商業(yè)價(jià)值也不容小覷。它被廣泛的運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)領(lǐng)域的制造，企業(yè)可以縮短人力、物力、財(cái)力，并且能研發(fā)出更為緊密的產(chǎn)品，是非常有利于企業(yè)發(fā)展的。

然而它仍有一些局限性因素值得再發(fā)展克服。它局限于材料的限制，雖然高端工業(yè)印刷可以采用塑料、金屬或者陶瓷打印，但缺少3D打印胚胎干細(xì)胞則無法打印。而且打印的材料都是較昂貴和稀少的。這是一個(gè)需要克服的課題，所以我們可以利用新能源，可再生能源，在實(shí)驗(yàn)室里研發(fā)做實(shí)驗(yàn)，利用新型能源技術(shù)來克服。還有機(jī)器的限制，這就需要制作更為精密的機(jī)器，把3D原理與機(jī)械更好的融合在一起，從廣泛性出發(fā)，讓3D打印進(jìn)入大眾的生活，而不是停留在高科技路線，這樣的廣泛性發(fā)展還需要時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。知識(shí)產(chǎn)權(quán)的憂慮也是當(dāng)下需要考慮的一個(gè)重要問題。只要有模板，人們就可以隨意復(fù)制產(chǎn)品，這對(duì)于設(shè)計(jì)者是非常頭疼的。我們需要增加知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)法規(guī)來依靠法律的手段保護(hù)3D打印的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在鼓勵(lì)創(chuàng)新的同時(shí)，也要保護(hù)它，讓它在法律的庇護(hù)下“健康成長(zhǎng)”。還有道德的底線問題仍是時(shí)代發(fā)展需要考慮的重大問題。科技在不斷進(jìn)步，克隆的出現(xiàn)，生物技術(shù)的發(fā)展等曾引起不小的討論。3D打印也是，因?yàn)樗谋銛y、快速、成本低，它的發(fā)展迅速，未來可能會(huì)打印出更為高科技的產(chǎn)物，可能和生命技術(shù)合作，運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。這時(shí)候，哪些可以打印，哪些不可以打印就需要法律的規(guī)范和人們自身的道德來約束。一些違法犯罪的物品不可打印，一些觸碰人類道德底線的產(chǎn)品不可生產(chǎn)出。還有花費(fèi)的承擔(dān)，機(jī)器的昂貴，只能讓一些企業(yè)才能接觸，普通人沒法普及使用，如何簡(jiǎn)易打印裝置，讓它普及化，大眾化是值得探討的話題。機(jī)器也有好壞，如何發(fā)明創(chuàng)新更好的機(jī)器與打印技術(shù)相融合，是我們需要追求與發(fā)展的一個(gè)方向。

我國(guó)如今對(duì)于發(fā)展創(chuàng)新已花了人力物力。海外交流，眾金打造現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)發(fā)明創(chuàng)新創(chuàng)造，吸引海外高科技人員等。但我們?cè)诜杉s束，在知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)傘這一方面仍需要繼續(xù)深化改革發(fā)展。用法律的武器杜絕知識(shí)傾權(quán)，假冒偽劣產(chǎn)品，拿起法律的武器來制止一些違法廠商用低成本模仿、打擦邊球等盈利現(xiàn)象。這是金錢的誘惑，加上他們鉆了一些法律的空擋才出現(xiàn)這一亂相。科技在飛速發(fā)展，人們的點(diǎn)子、想法也在不斷推陳出新，我們也要學(xué)會(huì)自己保護(hù)自己的產(chǎn)權(quán)，而不是因?yàn)樗说膭裾f或金錢收買而選擇放棄維權(quán)的道路。維權(quán)之路是艱辛的，但也是必要的，因?yàn)橹挥芯S權(quán)了，才能最大程度上保護(hù)我們發(fā)明創(chuàng)造的意義。而不是他人竊取了，他人盈利了，而你自己卻吃了啞巴虧還助長(zhǎng)這股歪風(fēng)邪氣。國(guó)家在發(fā)明創(chuàng)造的路還很長(zhǎng)，我們要學(xué)習(xí)、發(fā)明、創(chuàng)造，也要依法、維權(quán)、和遵從道德底線。這是我們基于科技實(shí)際以外不可或缺的人文問題。

3D打印技術(shù)是新一代的機(jī)械革命，它發(fā)展至今還需理論和實(shí)踐的相結(jié)合。有優(yōu)點(diǎn)，也有局限性需要發(fā)展克服。如何更好的研究發(fā)展和創(chuàng)新仍是當(dāng)下需要熱談的話題。

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