大家好，我叫3D打印，學(xué)術(shù)名字叫“增材制造”，我最紅的時(shí)候是2012至2014年的時(shí)候，不信的話(huà)，下圖有真相。
圖1 3D打印各類(lèi)學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢(shì)圖
那時(shí)候的我，跟現(xiàn)在的人工智能一樣，被廣泛關(guān)注，甚至有人認(rèn)為，萬(wàn)物皆可3D打印，如圖1，有關(guān)于我的報(bào)道（圖1紫色線(xiàn)條）在2012-2014年間呈井噴式增長(zhǎng)，隨后學(xué)術(shù)界開(kāi)始關(guān)注起我來(lái)了，與我相關(guān)的期刊（圖1綠色線(xiàn)條）也不斷增長(zhǎng)，這可是超星發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)，絕不摻假，充分的說(shuō)明咱當(dāng)年也是火過(guò)的，但是，隨著時(shí)間的推移，社會(huì)媒體和公眾關(guān)注的技術(shù)熱點(diǎn)也在不斷轉(zhuǎn)移，我就漸漸的淡出了公共的視野，這并不代表我從此消失，而是意味著我已經(jīng)從網(wǎng)紅的角色，演變成真正為人類(lèi)服務(wù)的工具。
首先，對(duì)于我來(lái)說(shuō)，最成熟的工藝還是打印熱塑性塑料。大家可能都知道，還有個(gè)技術(shù)叫：注塑，他成型塑料零件的速度可比我快多了，那么我的優(yōu)勢(shì)在哪呢？我的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)只需要少量的塑料零件的，我可以直接打印出來(lái)，而如果使用注塑，還需要制作模具，那成本可就太高了。而且，我還能克服注塑所面臨的不充分，以及制造不了復(fù)雜形狀的問(wèn)題，如圖3所示，因?yàn)榱慵⑺芡旰笠c模具脫離，下圖這種簡(jiǎn)單形狀的零件可以用注塑成型快速制造，但如果零件形狀較為復(fù)雜，無(wú)法脫離模具，那就不能用注塑成型，但是我就不用受此限制，也就是說(shuō)，如果你只需要打印一兩個(gè)形狀奇怪的零件，來(lái)找我就是了，保證能滿(mǎn)足小批量。
圖2 注塑成型動(dòng)圖
圖3 3D打印成型動(dòng)圖
其次，我還可以制作金屬零件，原料可以是粉末、線(xiàn)條、乃至板材，我都行！我在金屬方面現(xiàn)在有那么幾個(gè)用途。
在航空航天零件的制造方面，因?yàn)楹娇蘸教鞂?duì)零件性能、結(jié)構(gòu)等要求都比較高，相對(duì)于傳統(tǒng)的加工技術(shù)車(chē)銑刨磨鑄鍛焊，我能生產(chǎn)更加復(fù)雜的工件，把原本需要許多零件拼在一起才能實(shí)現(xiàn)的功能，由我生產(chǎn)出的一個(gè)零件就可以做到了，比如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴頭，如圖4，原本這個(gè)跟蜂窩似的的噴頭需要248個(gè)零件組成，現(xiàn)在我可以化248為1，直接實(shí)現(xiàn)一體化成型。此外，對(duì)于航空航天行業(yè)來(lái)說(shuō)，他們需要的往往是小量級(jí)、個(gè)性化的零件，這個(gè)活，舍我其誰(shuí)？最后，一些難加工金屬，如鈦合金、鋁合金，高溫合金等，作為航空航天行業(yè)最青睞有的材料，并不容易加工出復(fù)雜零件，這時(shí)候往往就是我大展身手的時(shí)候了。
圖4 3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴頭
在模具制造方面，因?yàn)槟＞咧圃齑蠖嗍前呀饘倩蛘咚芰先诨笥幸欢ǖ膲毫ψ⑷肽＞咧?，然后需要把注入的液體快速冷卻，水冷當(dāng)然是最經(jīng)濟(jì)好用的辦法，然而需要在模具內(nèi)部加裝復(fù)雜流道，這種事情對(duì)于傳統(tǒng)加工技術(shù)來(lái)說(shuō)很棘手，對(duì)于我來(lái)說(shuō)卻輕而易舉，如圖5，對(duì)于傳統(tǒng)加工技術(shù)的制造的模具水冷流道只能在一個(gè)水平面或者直上直下，并不能很全面的冷卻工件，從圖5（c）中可以看出成形零件的上部溫度較高，而由我制造的模具，具有三維立體水冷系統(tǒng)，整個(gè)成型零件的溫度都比較低，這就是我的厲害之處，所以現(xiàn)在我也被廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè)。
圖5 傳統(tǒng)制造模具與3D打印模具冷卻效果仿真圖
在零件修復(fù)方面，在傳統(tǒng)加工技術(shù)里，工件上的材料如同我們的青春一樣，一去不返，所以傳統(tǒng)加工寧可多留一分，也不少留一點(diǎn)。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，一旦零件磨損了，就難以修復(fù)，只能換一個(gè)，但不是所有零件都能換，或因成本太高，或因零件絕版等原因，無(wú)法更換，我就可以把他們?nèi)钡哪莻€(gè)部分給補(bǔ)回來(lái)，如圖6那樣，甚至修補(bǔ)部分比原本工件的強(qiáng)度更高，更加耐用。
圖6 3D打印用于零件修復(fù)
當(dāng)然，還有讓我感到最最自豪的一個(gè)領(lǐng)域，就是生物3D打印。從小往大了說(shuō)吧，首先，我能打印骨骼支架，用于代替鈦合金支架，那么我的優(yōu)勢(shì)在哪呢？我可以在人體內(nèi)降解或者與人的骨骼融為一體，而不需要像鈦合金支架那樣需要再做一次手術(shù)把它取出來(lái)，這就為病人省了不少的事。其次，我能打印血管之類(lèi)的形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，用于治療心血管疾病。最后，我能以生物細(xì)胞為原料，打印生物器官，直接解決了醫(yī)療器官不足，而且，既降低了成本，還避免了一些工程倫理問(wèn)題，如圖7所示，當(dāng)我想要打印一個(gè)耳朵時(shí)，先對(duì)耳朵的形狀進(jìn)行逆向三維建模，然后分層，然后以宿主自身的干細(xì)胞作為原料進(jìn)行打印，最后培養(yǎng)成型，這樣一個(gè)3D打印的耳朵就出來(lái)。雖然生物3D打印聽(tīng)上去很厲害，但是我在這方面也只是個(gè)新手，還需要更多的研究才能使我真正應(yīng)用于實(shí)際意料中，敬請(qǐng)期待。
圖7 生物3D打印示意圖
希望可以在今后的日子，憑借著科學(xué)家們的不懈努力，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)更大的助益！
文章來(lái)源：中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所
作者 高孟秋 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所碩士研究生
