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生活大变革:3D打印“飞入寻常百姓家”

2015-09-01 14:42
默菲
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  3D打印这种快速成型技术,正在逐渐被用于服装、奢侈品、设计、建筑、工程、汽车,航空航天、医疗、教育以及其他领域(图1)。具体地讲,3D打印技术是以分层的数字模型为基础,运用多种粉末状或液体材料,通过逐层固化成型的方式来构建具有复杂结构的物体。3D打印过程一般通过熔融沉积、光固化、挤压成型等技术实现。现在,一些具有高价值的零部件,已经开始使用这项技术成型。美国NASA甚至打算将3D打印机送上太空,供航天员随时使用。随着技术的逐渐进步,3D打印机的应用也越来越广泛,其价格也在逐年下降,正在逐步走进寻常百姓的生活,将在我们的生活中掀起一场革命。

图1 当前3D打印技术的广泛应用

  3D打印机最早出现于上个世纪90年代中期,与普通打印机工作原理基本相近,即内装的液体或粉末材料,通过电脑控制被逐层打印在接收装置上,最后一层层地叠加起来,成为最终产品。但是,现有3D打印技术还存在着一些缺陷,其未来还有着远大的前景。随着它的进步,4D打印技术、连续液态界面打印(CLIP)技术等大量新理念得到开发。

  4D打印的概念早在2013年就已经被提出了,即打印出的材料可以随着时间的推移、环境的改变,打印成品可以和水、空气、温度产生互动,从而自动变形(图2)。根据设计,材料打印后可以自动折叠成相应的形状,因此可能被用于日用商品、生物医疗、航空航天工业等领域。例如,Nervous System于2015年的“运动学连衣裙”上,展示了他们通过该技术打印的“运动学连衣裙”。现有的4D打印所用的材料为可记忆高分子材料,如慢回弹聚氨酯材料等,它的泡沫受外力作用产生变形后,不像一般海绵能够立即复原,而是缓慢地恢复原形而无残留变形,从而使它们所构建的物体“如机器般主动制作,而不是先设定好物体然后再制作”。

  图2 4D打印技术演示

  而连续液态界面打印技术是解决了现有3D打印技术速度慢、表面粗糙的技术缺陷,从而登上了2015年3月20日Science杂志封面。CLIP技术利用光敏树脂在一定波长紫外线作用下固化,且该过程可以被环境中的氧气所抑制,这两个条件的平衡所完成,可以将打印速度提高数十倍。

 

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