三维打印机或许将无所不能
2011-05-18 08:39:09.0 来源：科技日报 责编：陈伊超
- 摘要：
- 关于三维打印机将改变制造业的新闻不绝于耳，这些消息都宣称，三维打印技术能以更高的精度、更低的成本打印出从飞机零件到为个人而定制的巧克力在内的任何物品。美国通用电气(GE)公司也不甘落后，该公司宣称，其正在设计的三维打印机或许能制造出超声波机器等医疗设备以及飞机零件等，新产品将比传统方法制造出来的更轻盈、性能更好、成本更低。
【CPP114】讯：关于三维打印机将改变制造业的新闻不绝于耳，这些消息都宣称，三维打印技术能以更高的精度、更低的成本打印出从飞机零件到为个人而定制的巧克力在内的任何物品。美国通用电气(GE)公司也不甘落后，该公司宣称，其正在设计的三维打印机或许能制造出超声波机器等医疗设备以及飞机零件等，新产品将比传统方法制造出来的更轻盈、性能更好、成本更低。
然而，也有专家指出，要想打印出完整的飞机机翼还需要一段时间。尽管如此，科学家们现在正朝着正确的方向迈进。
打印出超声波零件
三维打印技术已出现数十年，但主要用于打印新奇和个性化的物品，比如专为个人设计的义肢等。但是，随着技术的不断改进，现在，打印机能够使用包括陶瓷和钛、铝等金属在内的材料制造出复杂的零件，而且，其精确度非常高。
据美国《大众科学》网站近日报道，GE公司全球研发中心诊断法和生物医学光学成像领域的专家斯科特·史密斯表示，快速成型技术能以更简单的方式准确制造出复杂机器使用的零件，GE公司在三维打印技术领域的最新进展能使用陶瓷、金属等原材料，制造出微小的零件。
GE公司的工程师们正在使用三维打印机为便携式超声波设备制造传感器。作为超声波机器最昂贵的零件之一，传感器能将电信号转变为声音，也能将声音转变为电信号。该传感器包含数千个细小的、超薄圆柱体。GE公司目前主要使用将陶瓷切片、切丁的方式来制造这些圆柱体。由于不同大小的圆柱体需要不同的切割工具，这种制造过程不仅耗时、昂贵，而且只能制造出几种形状。
现在，GE公司的科学家研发出了一种新的打印技术，他们将薄薄一层由陶瓷组成的砂浆展平，并将其嵌入一个聚合物先驱体内。当紫外线照射在该层砂浆上时，这种陶瓷砂浆会变成固体。接着在其上铺设另一层陶瓷砂浆，然后用光照射。科学家用这种逐层铺展的方式，制造出了不再需要削割的新传感器。
不过，据麻省理工学院《技术评论》杂志近日报道，GE公司研发中心的机械工程师、项目经理普拉黑特·辛格表示，这种方法并不适合大规模的生产制造。但是与目前使用的制造方法相比，新方法更快而且消耗的资源更少，成本更低。另外，这种方法制造出的传感器并不受大小和形状的限制，因此，GE公司的设计师可以使用新技术改进传感器的性能，并最终研制出清晰度更高的超声波。
打印出飞机零件
GE公司的科学家也正在同欧洲宇航防务集团(EADS)携手合作，使用陶瓷打印飞机零件并最终打印出完整的飞机机翼。科学家们使用激光来加热金属粉末，直到这些粉末形成固体的金属形状。新技术已经制造出了飞机引擎盖上的金属铰链，测试表明，新铰链的性能与传统铰链一样可靠，但其重量减少了一半。
EADS宣称，飞机每减重一公斤，每年的燃料消耗成本将节省3000美元，30年(普通飞机的寿命一般为30年)就可节省10万美元。
三维打印技术的“软肋”
当然，这项技术也有“软肋”。《技术评论》杂志近日指出，很多功能性的金属合金能够被打印出来，但用于飞机引擎内部的高性能零件仍然无法使用这种方法制造，比如在制造过程中，需要对温度进行精确控制的零件目前还无法打印出来。GE公司将使用这种新技术打印涡轮叶片等引擎零件，不过，打印出来的涡轮叶片仅用于测试其特定性能，诸如测试其空气动力学方面的属性等，这种涡轮叶片无法承受高温和高压。辛格表示，这种方法制造出的涡轮叶片将加速叶片的设计过程。
另外，这台机器目前主要受到的限制是其能打印出的物品大小有限。根据印刷材料和打印机的不同，新打印技术只能打印出从几厘米到1米左右大小不等的物品，现在还无法打印出飞机机翼或GE公司大型电站使用的汽轮机，不过，科学家们正朝着正确的方向前进。
有些人也认为，不管技术如何进步，有些物品我们永远也别想通过三维打印技术制造。针对这一说法，EADS创新工厂的负责人乔安娜·梅尔表示：“我们可能无法使用三维打印机打印出钉子，但是，我们能够打印出制造钉子的设备。”
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然而，也有专家指出，要想打印出完整的飞机机翼还需要一段时间。尽管如此，科学家们现在正朝着正确的方向迈进。
打印出超声波零件
三维打印技术已出现数十年，但主要用于打印新奇和个性化的物品，比如专为个人设计的义肢等。但是，随着技术的不断改进，现在，打印机能够使用包括陶瓷和钛、铝等金属在内的材料制造出复杂的零件，而且，其精确度非常高。
据美国《大众科学》网站近日报道，GE公司全球研发中心诊断法和生物医学光学成像领域的专家斯科特·史密斯表示，快速成型技术能以更简单的方式准确制造出复杂机器使用的零件，GE公司在三维打印技术领域的最新进展能使用陶瓷、金属等原材料，制造出微小的零件。
GE公司的工程师们正在使用三维打印机为便携式超声波设备制造传感器。作为超声波机器最昂贵的零件之一，传感器能将电信号转变为声音，也能将声音转变为电信号。该传感器包含数千个细小的、超薄圆柱体。GE公司目前主要使用将陶瓷切片、切丁的方式来制造这些圆柱体。由于不同大小的圆柱体需要不同的切割工具，这种制造过程不仅耗时、昂贵，而且只能制造出几种形状。
现在，GE公司的科学家研发出了一种新的打印技术，他们将薄薄一层由陶瓷组成的砂浆展平，并将其嵌入一个聚合物先驱体内。当紫外线照射在该层砂浆上时，这种陶瓷砂浆会变成固体。接着在其上铺设另一层陶瓷砂浆，然后用光照射。科学家用这种逐层铺展的方式，制造出了不再需要削割的新传感器。
不过，据麻省理工学院《技术评论》杂志近日报道，GE公司研发中心的机械工程师、项目经理普拉黑特·辛格表示，这种方法并不适合大规模的生产制造。但是与目前使用的制造方法相比，新方法更快而且消耗的资源更少，成本更低。另外，这种方法制造出的传感器并不受大小和形状的限制，因此，GE公司的设计师可以使用新技术改进传感器的性能，并最终研制出清晰度更高的超声波。
打印出飞机零件
GE公司的科学家也正在同欧洲宇航防务集团(EADS)携手合作，使用陶瓷打印飞机零件并最终打印出完整的飞机机翼。科学家们使用激光来加热金属粉末，直到这些粉末形成固体的金属形状。新技术已经制造出了飞机引擎盖上的金属铰链，测试表明，新铰链的性能与传统铰链一样可靠，但其重量减少了一半。
EADS宣称，飞机每减重一公斤，每年的燃料消耗成本将节省3000美元，30年(普通飞机的寿命一般为30年)就可节省10万美元。
三维打印技术的“软肋”
当然，这项技术也有“软肋”。《技术评论》杂志近日指出，很多功能性的金属合金能够被打印出来，但用于飞机引擎内部的高性能零件仍然无法使用这种方法制造，比如在制造过程中，需要对温度进行精确控制的零件目前还无法打印出来。GE公司将使用这种新技术打印涡轮叶片等引擎零件，不过，打印出来的涡轮叶片仅用于测试其特定性能，诸如测试其空气动力学方面的属性等，这种涡轮叶片无法承受高温和高压。辛格表示，这种方法制造出的涡轮叶片将加速叶片的设计过程。
另外，这台机器目前主要受到的限制是其能打印出的物品大小有限。根据印刷材料和打印机的不同，新打印技术只能打印出从几厘米到1米左右大小不等的物品，现在还无法打印出飞机机翼或GE公司大型电站使用的汽轮机，不过，科学家们正朝着正确的方向前进。
有些人也认为，不管技术如何进步，有些物品我们永远也别想通过三维打印技术制造。针对这一说法，EADS创新工厂的负责人乔安娜·梅尔表示：“我们可能无法使用三维打印机打印出钉子，但是，我们能够打印出制造钉子的设备。”
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