蘭州高鐵學(xué)校：3D打印變革無限可能

蘭州高鐵學(xué)校： 由于3D打印具有高效的原型制作能力和靈活的定制化功能，被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)之中。它的出現(xiàn)使得設(shè)計團(tuán)隊可以在短時間用不同的材料和設(shè)計迭代大量的實驗版本，加速了產(chǎn)品開發(fā)和市場化的進(jìn)程，高度定制化的能力使得的創(chuàng)意有了實現(xiàn)的可能。無需昂貴的開模、復(fù)雜的加工、冗長的等待，讓這種省時省力的制造方式迅速普及。

目前，雖然3D打印還未實現(xiàn)完全的商業(yè)化，但它在科研和工業(yè)界處于蓬勃發(fā)展的態(tài)勢之中。自2013年以來，3D打印領(lǐng)域的籌資增長顯著，GE、西門子等大型制造企業(yè)也十分重視3D打印技術(shù)的長期潛力，紛紛投入巨資進(jìn)行技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)。根據(jù)IDC預(yù)測，全球3D打印市場在2019年將達(dá)到近1200億美元。隨著技術(shù)滲透到更多的設(shè)計工作室和工廠車間，潛在的應(yīng)用幾乎無窮無盡。

1.工業(yè)自動化領(lǐng)域

汽車制造和其他相關(guān)設(shè)備

汽車公司越來越多地使用3D打印來制造備件，夾具和內(nèi)飾元件。從而減少對外部供應(yīng)商的依賴，并加快進(jìn)入市場的步伐。3d打印在諸如打印自行車部件，便攜滑板等工藝的應(yīng)用也相對成熟 。將來，騎自行車的人可能會在休息站停下來為他們的自行車或新的定制頭盔打印更換部件?；鍚酆谜呖梢栽谛碌幕逯羞x擇他們想要的特定材料，設(shè)計和技術(shù)元素，實現(xiàn)立等既用的個性化生成。

無人機(jī)

在使用無人機(jī)的過程中，經(jīng)常需要更換一些小零件，在零售消費(fèi)領(lǐng)域，消費(fèi)者們可以購買3d打印套件自己在家打印無人機(jī)配件，或者是在官網(wǎng)訂購某零件，可以根據(jù)客戶的要求來實現(xiàn)獨(dú)特的定制化。在軍事領(lǐng)域內(nèi)，美國陸軍研究人員與海軍陸戰(zhàn)隊合作開發(fā)3D打印的無人機(jī)可根據(jù)特定任務(wù)進(jìn)行定制，并且打印速度超快，僅僅需要不到1天的時間。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

3D打印為農(nóng)場、特別是對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的小型農(nóng)場來說，提供了更多自主的可能性。一些農(nóng)民在基礎(chǔ)設(shè)施差，無法獲取農(nóng)業(yè)工具的地區(qū)，正在使用3D打印來制作新工具的原型。未來農(nóng)民們?nèi)绻軌虼蛴∷麄冃枰娜魏喂ぞ吡慵?，就可以免除鞍馬勞頓的采購流程，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率也將大大提高。

航空航天

國際航空運(yùn)輸協(xié)會（IATA）預(yù)測，到2035年，7.2B乘客將乘飛機(jī)旅行。為了滿足需求，飛機(jī)制造商需要降低成本并提高燃油效率。GE航空和波音等巨頭越來越多地尋求3D打印來開發(fā)未來的飛機(jī)。GE使用3D打印技術(shù)開發(fā)了GE Catalyst，這是一種新型渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)。 該發(fā)動機(jī)的設(shè)計者將855個獨(dú)立部件簡化成12個。波音公司宣布將開始使用3D打印的鈦合金零件來制造787夢想飛機(jī)，最終每架噴氣式飛機(jī)可節(jié)省高達(dá)3M的成本。

空間技術(shù)行業(yè)也十分認(rèn)可3D打印帶來的價值：3D打印可以生產(chǎn)出強(qiáng)大，輕便的設(shè)備，而且隨著公司競相探索太空，擁有了強(qiáng)大的3D打印技術(shù)，我們可以不需要攜帶設(shè)備進(jìn)入太空，而是攜帶原材料和模型，等到進(jìn)入空間環(huán)境后再進(jìn)行快速原型設(shè)計和打印。

2.醫(yī)療領(lǐng)域

假肢及人體植入物

3D打印在假肢行業(yè)的應(yīng)用也被許多醫(yī)生看好，在美國，假肢的價格通常在5,000美元到50,000美元之間，而獲得假肢的過程可能需要數(shù)月。 3D打印大大降低了成本和生產(chǎn)時間。3D打印假肢通?？梢栽谝惶靸?nèi)完成，并且所獲假肢的質(zhì)量和舒適度使得定制化生產(chǎn)變得至關(guān)重要的。定制化和快速生產(chǎn)對于醫(yī)療植入物至關(guān)重要。 可以利用3D打印，制作出適合每個人個體結(jié)構(gòu)的植入物產(chǎn)品，并且所需的時間也大量減少，這項技術(shù)可以用來顯著的改善醫(yī)療植入物的市場現(xiàn)狀。

再生器官打印

從事再生醫(yī)學(xué)工作的科學(xué)家和醫(yī)生長期以來一直夢想能夠為人類打印替代器官和組織。對器官移植的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過供應(yīng)。“生物打印”是指使用3D打印來制作模仿人體中發(fā)現(xiàn)的材料。它可以產(chǎn)生組織，骨骼，血管，甚至是整個器官。

藥物制造

3D打印可以根據(jù)患者的個人需求和偏好制造藥物，也可以制造出傳統(tǒng)領(lǐng)域無法制造成功的藥物，比如說一種叫做Spritam的抗癲癇藥物，可在吞咽后數(shù)秒內(nèi)崩解。該藥物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)無法通過除了3d打印之外的傳統(tǒng)制造來實現(xiàn)。

3.藝術(shù)與設(shè)計

3d打印技術(shù)在藝術(shù)界的應(yīng)用也令人感到眼花繚亂，藝術(shù)家可以手工繪制設(shè)計，然后使用金屬，玻璃和陶瓷等材料進(jìn)行3D打印。2014年，史密森尼學(xué)會的國家肖像畫廊透露了奧巴馬總統(tǒng)的3D打印肖像。通過3D打印實現(xiàn)的其他藝術(shù)成就包括經(jīng)典梵高的“向日葵”的雕塑復(fù)制品，以及分析倫勃朗全部作品的項目。但是3D打印藝術(shù)帶來了許多道德和版權(quán)方面的問題仍需要被進(jìn)一步規(guī)范化。同時，3d打印還可以被用來制造新型樂器，樂器的形狀和材料決定了它的聲音。 3D打印可以為樂器設(shè)計，構(gòu)圖和聲音提供新的可能性。樂器制造商已經(jīng)開始嘗試3D打印，推出像鈦小提琴等新奇的樂器。

3D打印也開始逐漸改變家具設(shè)計的流程。傳統(tǒng)上，設(shè)計家具需要大量的時間和投資。 3D打印簡化了流程，使設(shè)計人員能夠更快地測試概念型產(chǎn)品，并且為客戶提供更低的價格。 宜家和麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊正致力于將3D打印家具帶入大眾市場。

4.建筑與施工行業(yè)

3D打印在建筑和施工中的應(yīng)用正在迅速發(fā)展。

在項目設(shè)計階段的應(yīng)用已經(jīng)相對普及 ：建筑師可以在設(shè)計階段通過3d打印的技術(shù)，直接把圖紙變成打印好的房產(chǎn)模型，這樣團(tuán)隊中的其他非技術(shù)人員也可以輕松訪問全尺寸3D打印模型，以配合項目更好的推廣和實施。

在施工階段：3D打印的房屋已經(jīng)在包括德克薩斯州奧斯汀在內(nèi)的幾個城市亮相。它們具有很高的能源效率，而且建造速度驚人。迪拜未來基金會在2019年成功制造出了第一個3D打印建筑。并驚人的預(yù)測說，到2025年，25％的新建筑將使用3D打印機(jī)制造。另外，3D打印技術(shù)還可以用在災(zāi)后重建的建筑領(lǐng)域。

5.教育

3D打印對于教育也有著很大的促進(jìn)作用。首先，老師可以利用這項技術(shù)制作各種各樣生動的教育，幫助學(xué)生從生動的模型中更好的理解知識。譬如，將細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過3D打印的方式呈現(xiàn)出來就為讓同學(xué)們對于細(xì)胞內(nèi)部形態(tài)有著深刻的印象。此外，3D打印不僅能為理工科的學(xué)生提供有力的實驗、生產(chǎn)工具，更能夠為醫(yī)學(xué)、人類學(xué)等領(lǐng)域的同學(xué)提供有效的幫助。

3D打印的強(qiáng)大能力可以根據(jù)人體三維模型構(gòu)建精確的人體結(jié)構(gòu)，同時可以復(fù)原古代的考古文物，提供了更深入的研究手段。考古學(xué)家可以共享考古數(shù)據(jù)文件，任何人都可以通過3D打印出精確的文物副本。 然后可以由研究人員，學(xué)生或公眾自由地處理和研究印刷的復(fù)制品。哈佛大學(xué)，牛津大學(xué)和迪拜未來基金會之間的聯(lián)合合作伙伴關(guān)系最近推出了巴爾米拉凱旋門的3D打印復(fù)制品，這是一個古老的廢墟，于2015年被伊斯蘭國摧毀。在秘魯，考古學(xué)家采用了古代女祭司的木乃伊遺骸，并使用3D打印重建了她的外表。未來，博物館也可以3D打印整個遺產(chǎn)地，以前所未有的精度重現(xiàn)文物昔日的的全貌。

6.食品包裝

3D打印食品的主要價值在于方便和定制。隨著專業(yè)飲食變得越來越普遍，3D打印食品有望實現(xiàn)更加個性化的按需飲食體驗。

除了各種各樣的烹飪自動化型機(jī)器人外，其中最有趣的要屬3d打印的代餐食品，不同于以往取材于自然的烹飪方式，3d打印的代餐食品利用生物細(xì)胞技術(shù)來生產(chǎn)食材，比如說制造出不含脂肪的牛奶，或者口感非常好的全方位營養(yǎng)組合食品。

3D打印也可用于融合產(chǎn)品和包裝。 能量飲料公司Smart Cups開發(fā)了3D打印空杯飲料，他們售賣的是空杯子，但是當(dāng)你加水時，它們就會變成美味的能量飲料。 這是因為水與杯子底部的3D打印膠囊反應(yīng)，產(chǎn)生飲料。 他們計劃發(fā)布最初的四種口味的能量飲料。

7.國防

時間和精度在防御空間中至關(guān)重要。世界各地的軍隊試驗通過3D打印以增強(qiáng)其作戰(zhàn)能力。

3D打印將為國防提供的重大可能性，包括革新工業(yè)供應(yīng)鏈，以及提供全新的技術(shù)能力。美國軍方已經(jīng)推出了一些引人矚目的3D打印項目，包括制造榴彈發(fā)射器和無人機(jī)等。3D打印還可以使士兵在現(xiàn)場制作自己的藥品和用品。

綜上所述，蘭州高鐵學(xué)校老師認(rèn)為：3D打印可應(yīng)用的方面可謂是方方面面，它的優(yōu)點(diǎn)主要在于：高效、靈活、可替代傳統(tǒng)制造技術(shù)，十分適用于我們現(xiàn)今社會對小批量、個性化、快速化的生產(chǎn)要求。雖然還存在各式各樣的不足，但是前途是光明的，相信隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，3D打印技術(shù)會有更加豐富而深遠(yuǎn)的應(yīng)用。

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