3D打印技术,是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品。通俗地说,3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备,之所以称其为“打印机”,是参照了普通打印机的技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同,3D打印将三维实体变为若干个二维平面,通过对材料处理并逐层叠加进行生产,大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力,直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件,使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。 目前的 3D打印主要有三种主流技术:一是立体光刻造型技术。先由软件把3D的数字模型,“切”成若干个平面,这就形成了很多个剖面,在工作的时候,有一个可以举升的平台,这个平台周围有一个液体槽,槽里面充满了可以紫外线照射固化的液体,紫外线激光会从底层做起,固化最底层的,然后平台下移,固化下一层,如此往复,直到最终成型。其优点是精度高,可以表现准确的表面和平滑的效果,精度可以达到每层厚度0.05毫米到0.15毫米。缺点则为可以使用的材料有限,并且不能多色成型。二是熔融沉积成型技术。同样需要把3D的模型薄片化,但是成型的原理不一样,是把材料用高温熔化成液态,然后通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒,这些颗粒在喷出后立即固化,通过这些颗粒在立体空间的排列组合形成实物。这种技术成型精度更高、成型实物强度更高、可以彩色成型,但是成型后表面粗糙。三是选择性激光烧结技术。将材料粉末铺洒在已成型零件的上表面,并刮平;用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面;材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起,得到零件的截面,并与下面已成型的部分粘接;当一层截面烧结完后,铺上新的一层材料粉末,选择地烧结下层截面。这种技术材料多样,工艺简单,成型效果更好。 速度快、高易用性等优势使得 3D打印成为一种潮流,并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业,3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的,结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。科学家们还正在利用3D打印机制造诸如皮肤、肌肉和血管片段等简单的活体组织,很有可能将有一天我们能够制造出像肾脏、肝脏甚至心脏这样的大型人体器官。如果生物打印机能够使用病人自身的干细胞,那么器官移植后的排异反应将会减少。人们也可以打印食品,比如康奈尔大学的科学家们已经成功打印出了杯形蛋糕。几乎所有人都相信,食品界的杀手级应用将是能够打印巧克力的机器。