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18.2 3D打印的应用领域
      “按需定制、以相对低廉的成本制造产品”一度被认为是科幻想象,而至21世纪初已经变成现
实。3D打印在建筑规划、工业设计、娱乐、医疗等诸多领域都有了广泛的应用。
 
18.2.1 规划与建筑
在规划与建筑领域,有了3D打印技术之后很多难以想象的复杂造型得以实现。比如你可以建
造一座类似莫比乌斯环一样的建筑,如下图所示。


    应用案例:据国外媒体报道,英国伦敦的一家建筑企业Softkill Design率先提出73D打印房屋
的新概念—原材料来自塑料,外观像蜘蛛网。该企业表示,如果市场接受这种新概念3D打印房
屋,随时都可以为客户打造实体房屋。
    设计成员之一的吉尔·瑞特森表示,这项发明不仅对房屋建筑行业是一场革新,甚至还有望
解决英国的住房危机。按照发明者的设计:将所有的组件制造好,需要3个星期的时间,装配起来
则仅需一天的工夫。这种房屋将用尼龙搭扣或类似按钮的紧固件固定在一起,而这些在传统建筑
技术中则不需要。下图所示为蛛网式的超现实主义房屋设计。



    据悉,这一构想是2012年10月伦敦3D打印展上展出的一款打印房屋原型的延伸,原型以极具
特色的纤维尼龙结构作为骨架,来代替实心的墙体。房屋组件采用激光烧结的生物塑料,在3D印
刷厂中制造,这将会比用沙子或混凝土印制的质量更好。纤维结构的厚度只有0.7毫米,用石头打
印是不可能的,因为沙子没有足够的结构强度和完整性。而在工厂环境中,则可以用到像塑料或
金属之类更高强度的材料。3D印刷业的蓬勃发展将会提升经济规模,这意味着在不久的将来,这
样的房屋可能因其经济性而在市场竞争中取得优势,如下图所示为3D房屋沙盘模型。



 
18.2.2 工业设计与工程
    3D打印原先只能用于制造产品原型及玩具,而在2013年它则成为了一种工业化力量。事实
上,一些3D打印的零部件已经被应用于飞机上,这些零部件能够让飞机变得更轻、更省油。该技
术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之,在你不知不觉的情况下,通过
3D打印制造的飞机、汽车乃至家电的零部件数量将越来越多。下图所示为3D打印的工业零件。


    应用案例:世界上第一款3D打印汽车面世,这次不是玩具,而是真正能开上马路的汽车。据
《(连线》杂志报道,Urbee2是一款三轮的混合动力汽车,如下图所示,它的所有零部件都是3D打印
出来的。正如Makerbot和Form I正在重新定义制造业,Urbee正在致力于改变我们制造汽车的方式。



    这款汽车是Jim Kor和他的Kor Ecologic团队头脑风暴的产物,他们一直专注于研究未来的3D
交通工具。他们在网站上展示了对于未来汽车的构想:用最少的能耗开最远的路程,把生产、使
用、回收过程的污染降到最低,尽可能用汽车产地附近的原材料生产汽车。传统的汽车制造是生
产出各部分,然后再组装到一起,3D打印机能打印出单个的、一体式的汽车车身,再将其他部件
填充进去。据称,新版本3D汽车则需要50个零部件左右,而一辆标准设计的汽车需要成百上千的
零部件。Urbee的原型使用了asb塑料的“熔融沉积建模”方法。车辆由大块和许多个小块组成。根
据thewire的报道,544千克的车辆花费了大约2 500个小时来打印,原型车的造价约为5万美金。
 
18.2.3 娱乐
    3D打印可应用于各种娱乐业,如游戏模型、玩具、各类道具。由于3D打印是一种快速成形技
术,对于制作复杂电影道具具有成本低、速度快的优势,高仿真的电影已经使用了3D打印技术制作
的面具模型、汽车模型和其他功能性道具。
    应用案例:西雅图国际电影节(SIFF)创立了一场名为SIFFcurious(隐秘栏目)的活动,欢
庆该电影节致力于展现出各式各样的电影—从鲜为人知的小众影片到名声大噪的主流大片。
    此次活动的宣传片是一场感怀电影往事的旅途,所有的电影形象都用微缩模型的方式描绘
出来—一棵长满苔醉的树旁,一位女子通过苍老的树洞放眼望去,深深陶醉于眼前一幕幕的电
影微片段中,这是些曾经在SIFF中展出的电影片段。如《勇敢传说》、《月升王国》、《太空漫
游》、《星球大战2:地球反击战》、《奇爱博士》、《驱魔人》及《异形》等。
    一个形象的模型是多种多样的(比如《异形》里的那些蛋,还有2011年((太空漫游》里的
侧面板),我们会制作硅胶的模具,然后往模具中浇铸树脂,做成模型副本。我们有一条颇具效
率的流水线—3D建模—一台3D打印机无停歇工作一个月,雕刻和绘制同时进行,总共有20具
模型,一些偏大的为4英尺X6英尺,花了两天多时间才完成,如下图所示的模型。


 
18.2.4 医疗
    因为3D打印产品可以根据确切体型匹配定制,通过3D打印制造的医疗植入物可以提高一些
人的生活质量。这种技术已被应用于制造更好的钦质骨植入物、义肢及矫正设备。
    打印制造软组织的实验已在进行当中,很快通过3D打印制造的血管和动脉就有可能应用于手
术之中。最理想的情况是,3D打印技术在未来某一天有可能使定制药物成为现实,并缓解甚至消
除器官供体短缺的问题。


    应用案例:北京时间2013年2月21日,美国康奈尔大学和威尔·康奈尔医学院的研究人员合
作,利用三维((3D)打印技术和含有牛耳活细胞的凝胶造出一种新型人工耳,无论是外观还是功
能,均可与真耳相媲美。相关论文在线发表于2月20日出版的《PLOS ONE》上.下图所示为3D打
印出来的耳朵器官和手指骨。


    研究人员表示,通常的人工耳材料密度和泡沫聚苯乙烯差不多,质感与真耳相差较大。如果
用病人的肋骨组织以手术方式重塑外耳,不仅难度大,还会给病人带来很大痛苦,因此很难制成
既美观又实用的人造耳。
    为造出这种生物工程耳。研究人员先用快速旋转3D相机拍摄数名儿童耳朵的信息,输入计算
机形成3D图像,然后按照图像用3D打印机打出一个固体模子,并在其中注入一种高密度胶原蛋白
凝胶,其中含有能生成软骨的牛耳细胞。此后数周内,软骨逐渐增多并取代凝胶,3个月后软骨会
形成柔韧的外耳,替代最初用于塑形的胶原蛋白支架,如下图所示为比利时LayerWise公司以钦金
属粉3D打印出的下巴骨。


    下图所示为OPM公司用3D人工骨骼打印材质,为一位病人量身打造的颅骨,取代原本头上75%的骨头。


 
18.2.5 军事
    最近因为美国有人用3D打印机制作拥有杀伤性的手枪,而使得3D打印上了新闻版面。而
在3D手枪抢占版面之前.美国总统奥巴马宣布要拨出经费补助研究3D打印,形容3D打印技术将
“革命性地改变制作任何东西的方式”。
    应用案例:对政府管制手段反感的Defense Distributed,近日自行用3D打印方式制造手枪
“解放者”(Liberator),被富比士采访并拍摄试射画面。手枪设计图开放下载,两天内累计
上万次下载次数。Defense Distributed创办人柯蒂·威尔林表示,3D打印的手枪,政府难以落实
枪支管制。虽然后来美国政府下达禁令,Defense Distributed介绍手枪的影片被移除,但手枪设计
图已经以bittorrent方式自由流传,难以计算实际下载数量。下图所示为3D打印的枪支零件。



 
18.2.6 生活用品
    用3D打印的方式可满足造型复杂的小批里生活用品定制,既满足个性需求又价廉物美。比如
手机外壳、灯罩、时装等。





    应用案例:Earl Stewart的XYZ鞋子设计最近面市,尺寸来源于对用户足型和尺寸的精确扫描,
并利用3D打印技术.制作出一双独一无二的鞋子,整体设计偏向户外运动,配以镂空的鞋面,
耐水耐脏,个性十足.下图所示是Earl Stewart的XYZ鞋子设计。


 

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