由于3D打印能節(jié)省大量的時(shí)間和精力，因此，有氣候?qū)＜翌A(yù)言，在未來(lái)，3D打印將是應(yīng)對(duì)氣候變化的秘密武器。
3D打印將應(yīng)對(duì)氣候變化
3D打印將是應(yīng)對(duì)氣候變化的秘密武器?
我們知道，由于3D打印技術(shù)幾乎可以打造任何東西，因此，將其稱之為極具顛覆性和革命性的技術(shù)，也絲毫不為過(guò)。
近日，就有氣象服務(wù)臺(tái)的相關(guān)專家表示，3D打印技術(shù)可以大規(guī)模消減由制造行業(yè)產(chǎn)生的碳排放痕跡，因此可以為這個(gè)災(zāi)害頻發(fā)的地球，提供一個(gè)極好的解決方案。如果以上方案可以實(shí)施，3D打印機(jī)以環(huán)保的姿態(tài)，實(shí)際應(yīng)用到未來(lái)氣候變化中，那么，其前景將是不可限量。
3D打印技術(shù)究竟是不是應(yīng)對(duì)氣候變換的終極秘密武器呢？這就要看未來(lái)3D打印技術(shù)的發(fā)展，讓我們拭目以待吧。
什么是3D打印？
3D打?。?Dprinting），即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
3D打印并非是新鮮的技術(shù)，這個(gè)思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，并在20世紀(jì)80年代得以發(fā)展和推廣。中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟把它稱作“上上個(gè)世紀(jì)的思想，上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)，這個(gè)世紀(jì)的市場(chǎng)”。三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀(jì)以來(lái)就已經(jīng)得到了極大的增長(zhǎng)，其價(jià)格也正逐年下降。
使用打印機(jī)就像打印一封信：輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在3D打印時(shí)，軟件通過(guò)電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上，后者會(huì)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來(lái)，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。
堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機(jī)使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機(jī)公司使用打印機(jī)噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進(jìn)行處理。之后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來(lái)。另外一家總部位于美國(guó)明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術(shù)，整個(gè)流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過(guò)沉積塑料纖維的方式才形成薄層。
還有一些系統(tǒng)使用粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化。它也可以使用一種叫做“激光燒結(jié)”的技術(shù)熔鑄成指定形狀。這也正是德國(guó)EOS公司在其疊加工藝制造機(jī)上使用的技術(shù)。而瑞士的Arcam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。
當(dāng)遇到包含孔洞及懸臂這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，介質(zhì)中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來(lái)占據(jù)空間。這部分粉末不會(huì)被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。如今可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來(lái)的物體一頭堅(jiān)硬而另一頭柔軟。
科學(xué)家們正在利用3D打印機(jī)制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡(jiǎn)單的活體組織，很有可能將有一天我們能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。如果生物打印機(jī)能夠使用病人自身的干細(xì)胞，那么器官移植后的排異反應(yīng)將會(huì)減少。人們也可以打印食品，比如康奈爾大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)成功打印出了杯形蛋糕。幾乎所有人都相信，食品界的殺手級(jí)應(yīng)用將是能夠打印巧克力的機(jī)器。
三維設(shè)計(jì)
三維打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是：先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。
設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過(guò)掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。
打印過(guò)程
打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex系列還有三維Systems’ProJet系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。
傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。
1、3D打印成為工業(yè)化力量
3D打印原先只能用于制造產(chǎn)品原型以及玩具，而現(xiàn)在它將成為工業(yè)化力量。你乘坐的飛機(jī)將使用3D打印制造的零部件，這些零部件能夠讓飛機(jī)變得更輕、更省油。
事實(shí)上，一些3D打印的零部件已經(jīng)被應(yīng)用于飛機(jī)上。該技術(shù)也將被國(guó)防、汽車等工業(yè)應(yīng)用于特種零部件的直接制造?？傊谀悴恢挥X的情況下，通過(guò)3D打印制造的飛機(jī)、汽車乃至家電的零部件數(shù)量將越來(lái)越多。
2、3D打印開始治病救人
通過(guò)3D打印制造的醫(yī)療植入物將提高你身邊一些人的生活質(zhì)量，因?yàn)?D打印產(chǎn)品可以根據(jù)確切體型匹配定制，如今這種技術(shù)已被應(yīng)用于制造更好的鈦質(zhì)骨植入物、義肢以及矯正設(shè)備。
打印制造軟組織的實(shí)驗(yàn)已在進(jìn)行當(dāng)中，很快通過(guò)3D打印制造的血管和動(dòng)脈就有可能應(yīng)用于手術(shù)之中。目前，3D打印技術(shù)在醫(yī)療應(yīng)用方面的研究涉及納米醫(yī)學(xué)、制藥乃至器官打印。做最理想的情況是，3D打印技術(shù)在未來(lái)某一天有可能使定制藥物成為現(xiàn)實(shí)，并緩解（如果不能消除的話）器官供體短缺的問(wèn)題。
3、定制化成為常態(tài)
今后購(gòu)買的產(chǎn)品將根據(jù)自己確切的具體信息進(jìn)行定制，該產(chǎn)品通過(guò)3D打印制造并直接送到你的家門口。通過(guò)3D打印技術(shù)，創(chuàng)新公司將憑借與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品相同的價(jià)格為用戶提供定制化體驗(yàn)，以此獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
起初，這種體驗(yàn)可能包括制造定制智能手機(jī)外殼這樣的新奇物品或是為標(biāo)準(zhǔn)化工具進(jìn)行符合人體工程學(xué)的改造，但它很快就會(huì)擴(kuò)張到新的市場(chǎng)。
公司領(lǐng)導(dǎo)者將對(duì)銷售、分銷以及營(yíng)銷渠道進(jìn)行調(diào)整，以充分利用其直接向消費(fèi)者提供定制化體驗(yàn)的能力。定制化同樣也將在醫(yī)療器械領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，比如通過(guò)3D打印制造助聽器和義肢。
4、產(chǎn)品創(chuàng)新速度加快
從新車型到更好的家電，一切產(chǎn)品的設(shè)計(jì)速度都將加快，從而將創(chuàng)新更快地推向消費(fèi)者。
由于運(yùn)用3D打印的快速原型制造技術(shù)能夠縮短把產(chǎn)品概念轉(zhuǎn)化為成熟產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間，設(shè)計(jì)人員將能夠?qū)Ｗ⒂诋a(chǎn)品的功能。
雖然使用3D打印的快速原型制造技術(shù)并不是新鮮事物，但迅速降低的成本、功能得到改進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件以及越來(lái)越多的打印材料意味著設(shè)計(jì)人員將能更方便地使用3D打印機(jī)，使他們能夠在設(shè)計(jì)的早期階段就打印出原型產(chǎn)品、進(jìn)行修改以及重新打印等等，從而加速創(chuàng)新，其結(jié)果將是更好的產(chǎn)品以及更快的設(shè)計(jì)速度。
5、新公司基于3D打印開發(fā)出創(chuàng)新的商業(yè)模式
你今后將有機(jī)會(huì)投資購(gòu)買一家3D打印公司的IPO。新一代公司將作為發(fā)明家、黑客以及“制造者”大量涌現(xiàn)，利用3D打印技術(shù)創(chuàng)造新的產(chǎn)品，并向蓬勃發(fā)展的3D打印機(jī)市場(chǎng)提供服務(wù)。
一些公司將走向失敗，并有可能出現(xiàn)一個(gè)盛衰循環(huán)，但3D打印將催生出創(chuàng)造性的新商業(yè)模式。
6、3D打印店在購(gòu)物商場(chǎng)開張
3D打印店將開始出現(xiàn)，它們最初會(huì)憑借高品質(zhì)的3D打印技術(shù)為本地市場(chǎng)提供服務(wù)。一開始是快速原型制造以及其他利基功能，但這些打印店會(huì)轉(zhuǎn)移到消費(fèi)市場(chǎng)。
零售商開始“運(yùn)送設(shè)計(jì)，而不是產(chǎn)品”，在這種情況下，本地的3D打印店有一天將成為你獲取自己定制的本地制造產(chǎn)品的地方，就像如今你在本地沃爾瑪商場(chǎng)內(nèi)沖印照片一樣。
7、關(guān)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬的激烈辯論浮現(xiàn)出來(lái)
3D打印機(jī)可以很容易地復(fù)制擁有版權(quán)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，隨著制造商和設(shè)計(jì)者開始應(yīng)對(duì)這種情況，未來(lái)將出現(xiàn)關(guān)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬的高調(diào)訴訟案例。
文件共享網(wǎng)站使音樂(lè)的復(fù)制和共享變得簡(jiǎn)單，從而撼動(dòng)了整個(gè)音樂(lè)行業(yè)，與此類似，3D打印技術(shù)輕松復(fù)制、共享、修改以及打印3D產(chǎn)品的能力將引發(fā)新一波知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。
8、具備神奇特性的新產(chǎn)品將讓我們意亂情迷
跟如今制造的產(chǎn)品相比，那些只能通過(guò)3D打印機(jī)制造的新產(chǎn)品將融新材料、納米尺度以及印刷電子器件于一體，從而展示出堪稱神奇的新特性。這些通過(guò)3D打印制造的產(chǎn)品將令人喜愛，并具備明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
其秘訣在于，3D打印技術(shù)可以在制造過(guò)程中控制所用材料，精度可達(dá)分子和原子級(jí)別。隨著目前對(duì)未來(lái)可行的商用3D打印機(jī)的研究不斷完善，我們可以期待令人興奮和向往的新產(chǎn)品攜驚人的特性出現(xiàn)在世人面前。現(xiàn)在的問(wèn)題是：這些產(chǎn)品都是什么以及誰(shuí)將銷售它們？
9、3D打印機(jī)為制造工廠提供助力
我們有望在制造工廠里看到3D打印機(jī)。一些特殊的零部件已經(jīng)由3D打印機(jī)更經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出來(lái)了，但僅僅是在小規(guī)模范圍內(nèi)。對(duì)于3D打印技術(shù)，很多制造商將開始嘗試原型制造以外的應(yīng)用。
隨著3D打印機(jī)的性能不斷提高以及制造商將其整合進(jìn)生產(chǎn)線和供應(yīng)鏈的經(jīng)驗(yàn)變得更加豐富，我們有望看到集成了3D打印零部件的混合制造工藝。而消費(fèi)者渴望的那些需要通過(guò)3D打印機(jī)制造的產(chǎn)品將進(jìn)一步加速此進(jìn)程。
10、“看我做出了什么東西！”
你孩子將從學(xué)校帶回通過(guò)3D打印制造的物品。
在學(xué)校，數(shù)字素養(yǎng)——包括網(wǎng)頁(yè)和應(yīng)用程序開發(fā)、使用電子設(shè)備、協(xié)作以及3D設(shè)計(jì)的能力——的培育將得到3D打印機(jī)的支持。很多中學(xué)和高中已經(jīng)裝備了3D打印機(jī)，隨著3D打印技術(shù)的成本持續(xù)下降，更多的學(xué)校將會(huì)開始使用。數(shù)字素養(yǎng)將不僅關(guān)乎“字節(jié)”，還關(guān)乎實(shí)物。
11.3D打印開始廣泛應(yīng)用于電影工業(yè)
3D打印也開始在電影工業(yè)中取得廣泛應(yīng)用。由于3D打印是一種快速成型技術(shù)，對(duì)于制作復(fù)雜電影道具具有成本低，時(shí)間快的優(yōu)勢(shì)，高仿真的電影道具已經(jīng)使用了3D打印技術(shù)來(lái)制作面具模型，汽車模型，和其他功能性道具。
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