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【导读】利用3D打印机，将三维空间的物体直观的展示给观众，不仅能够节省再现三维物体的成本，同时能够最真实的还原物体形象。早在2008年，已经有立体打印机问世。这种最早出现在市场上的立体打印机不是以平面纸张作为打印资源，而是打印塑料等固体物品，在降低物品造价的同时，充分调动了人们的想象力。在当时被预见能够得到广泛的应用。但是时至今日，仍然处于默默无闻的状态里，这是为什么呢？
此前，立体打印机的保有量非常之少，并且大部分集中在有怪癖的科学爱好者或者电子狂人手中。这些人用立体打印机来打印一些生活用品和装饰品等，还有一些研究骑车的人们，将立体打印机用于打印特殊汽车零件。但是，立体打印机的应用范围也仅限于此。现如今，人们可以从一些电子类产品商铺中购买到立体打印机，但是由于生产量还是非常少的，立体打印机的价格非常昂贵，不是普通人能够轻松承担的。 但是据专业人士预期，限制立体打印机发展的主要原因是，其用途还非常有限，但是随着科技的进步，技术的不断成熟，相信在不远的将来，立体打印机的用途能够扩展到更加广泛的领域中去。 由此我们可以判断，未来的立体打印机会在一定程度上改变我们的生活。试想，只要利用3D照相机将自己想要拥有的东西拍下来，再借助立体打印机就可以得到它，这简直如同哆啦A梦的童话一样。必将给人们的生活带来了极大的便利。
当然要实现这一目标，还有很长的路要走，不仅要解决技术上的问题，成本也是不可忽略的重要因素。期待立体打印机真正普及的一天，期待3D打印真实的走进我们的日常生活！ 在电脑上完成产品的设计蓝图，按下“打印”键，激光就能选择性地将原材料烧结成各种物品。于是，从复杂的工业零件到日常生活中的锅碗瓢盆，只要有三维数据就能被“打印”出来。
或许你会觉得这太不可思议，但华中科技大学快速制造中心已将其变为现实。
在快速制造中心，《中国科学报》记者看到了外观看起来像柜子，里面却分布着各种精密仪器的“立体打印机”。该中心主任史玉升告诉记者，只要把零件的三维数据输入电脑，该装备就会使用金属、陶瓷、塑料、砂等不同的粉末材料，自动化进行生产。
“只要你想得到，我们就有可能做出来。”史玉升说。
抢滩“快速制造”
只要在电脑上设计出物体的三维图形，无需模具即可整体成形。这也是该装备被称为“立体打印机”的由来。
史玉升告诉记者，过去制作复杂结构的大型制件一般采用分段成形、拼接成整体的方法，不但生产周期长，成本也高，制件连接处的强度也较差。而大型“立体打印机”可以解决上述问题，使生产过程变得简单。
据介绍，上世纪90年代初，“快速制造”概念由美国科学家率先提出。时任华中理工大学（现为华中科技大学）校长、机械制造专家黄树槐敏锐地捕捉到了这一最新动态，很快在该校成立快速制造中心，研发基于纸材料的“立体打印机”。
1994年，我国首台具有自主知识产权的“立体打印机”诞生于该中心。
2000年，该中心研发出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速制造装备；2003年，该装备扩大到0.5米×0.5米，超过了当时代表国际先进水平的美国3D系统公司；2005年以后，工作面达到1米×1米以上，远远超过国外同类装备水平。
史玉升介绍说，快速制造技术作为新型的数字化添加材料成形技术，可以使零件的设计采用最优的结构，无需顾虑后续加工问题。“该技术的出现，为航空航天、武器装备、汽车等高端领域结构复杂零件的快速研制带来了福音。”
从制作鼠标外壳开始
尽管有着广阔的市场前景，但攻克快速制造技术的难度可想而知。1998年，36岁的史玉升来到该中心工作，负责研发基于固态粉末材料的快速制造技术与装备。原材料研发成了亟待解决的“拦路虎”。
想到以前在中国石油大学认识的博士后朋友们来自不同学科，史玉升琢磨着，或许他们中有人知道哪种材料比较容易制成粉末，并可能用于激光成形。
于是，他一个个地给朋友打电话，希望得到线索。几经周折，原材料研究终于有了进展。
“我们找到了第一种材料聚苯乙烯，后来用它做出了一个鼠标外壳。”史玉升回忆说。当那个只有拳头大小的鼠标制作完成后，他高兴得差点跳了起来。
虽然研究上取得了进展，但中心学科背景单一成为研究的最大掣肘。为破解该难题，在学校领导的支持下，中心开始引进机械、信息、光学、计算机、自动控制、力学、新型材料等领域的人才，开展交叉学科研究。
目前，快速制造中心已从最初的不到10人发展到100多人，成为华中科技大学最大的研发团队之一。
在史玉升看来，“足球不能仅靠个别球星去踢，集体合作是一件挺幸福的事情”。
到工厂“写论文”
2007年，一手建起快速制造中心的黄树槐不幸辞世。77岁高龄的他在生命的最后日子，依然惦记着中心的发展，并把中心托付给了史玉升。
搞科研，史玉升并不陌生。可作为学术带头人，他还得肩负起带领整个团队发展和将研究成果推向市场的重担。
“研发新型工艺与装备需要较大的经费支持，周期也长。光靠国家的经费支持是远远不够的。”说起曾经的困难，史玉升感慨道。
他清楚地记得，几年前在山东济南宣传“立体打印机”技术时，被认为是在忽悠。尽管他卖力“吆喝”，声称“不需要模具即能直接制作出蜡模”，可别人就是不买账。
正是这件事让史玉升下定决心，“要走自己的创业之路，走与企业合作之路，走国际合作之路”。
这三条路都是为了尽快提高学术水平、搞好学科建设、将科研成果转化为生产力。在他看来，企业技术水平的提高，也可以促进研发团队的良性发展。生产一代、研发一代、预研一代、探索一代，是他们要坚持的产学研合作之路。
于是，“到工厂去写论文”成了史玉升的口头禅。
为了快速制造团队的可持续发展，他号召大家主动与相关企业联系合作，并把工作人员派到企业的生产现场，与企业的技术人员、工人一起攻关。这样一来，他们的研究成果逐渐被企业认可。
史玉升告诉记者，汽车发动机企业应用该中心的快速制造技术，将发动机的缸盖砂芯研制周期由传统方法下的5个月左右缩短至一周左右，取得了良好的经济效益；欧洲空客公司和我国的航空材料研究院等单位选中该技术，联合承担欧盟框架七项目，辅助航空航天大型钛合金整体结构件的快速制造……现在，使用该研究成果的企业已多达200多家。
《中国科学报》 (2012-03-14 B1 综合)
【3D打印机的神奇应用】
家居——“打印”牙刷 据2008年的英国《独立报》报道，到该年年底，加利福尼亚州的“创意实验室”公司将以4995美元的价格出售一种三维立体打印机。这种立体打印机可以把虚拟物体立即变成真实模型。当你外出旅行忘记带牙刷了，只要一按打印机的电钮，就可以打印一把牙刷出来，这是不是听起来有点像科幻小说？ 这种三维立体打印机有时被称为快速成型机，用液体或粉状塑料制造物品，其运作原理和传统打印机十分相似。它配有熔化尼龙粉的卤素灯，同时具有允许消费者下载设计图的技术，能制造从牙刷到凉鞋等许多家庭用品。打印出来的模型由一层层的薄膜制成，其原料主要是ABC塑料，其中还混合了铝和玻璃，一旦加热，原料就能变成硬物。 在过去十年里，这种三维立体打印机被用于工业设计商店。在制造产品前，工作人员利用它们检验图案设计。但是，这种机器十分昂贵，每部大约需要10万美元，最近几年，价格下降到约1.5万美元。业内人士表示，三维立体打印机几年内将成为消费者买得起的家用工具，价格一两年内有望降至2000美元，到时它们可能成为许多家庭的必备用品。 康奈尔大学教授赫德·里普森是研究2000美元三维立体打印机计划的负责人，他表示：“将来人人都能在家里拥有一部这样的打印机。想像一下，到时候你自己就能打印出牙刷、餐叉和鞋子了。” 建筑——“打印”房子 英国拉夫堡大学讲师兼建筑工程师理查德·布斯威尔博士和他的研究小组正在启动一项为期4年的研制项目，制造出一台4×5米大小的三维立体打印机，从而用这台打印机使用快速原型技术“打印”墙壁、砖块、灰泥、窗户、绝缘材料以及电线和其它管道，从而用来建造房屋。研究人员说，这项技术能够让墙壁变得更加坚固和实用。除此之外，它还能够减少建筑垃圾，将所需劳动力降到最少，同时让建筑的外形变得更为自由。 在此技术中，通过电脑三维辅助设计软件，可以快速设计出房屋构造，三维形状可以裁成不同截面，打印机就能“打印”每一层的原料组成，比如液体、粉末或黏土等，从底部一直到顶层，然后用激光将每一层粘合起来，产生最后的形状。此技术通常使用塑料似的原料来打印，但在建筑墙的打印上，得使用水泥、石膏、粘土和石灰一类的材料来打印。 这种打印机还能像牙膏似的从管子里挤出潮湿的材料，其工作方式就像一台大型喷墨打印机朝一个特定位置喷射潮湿材料。这些材料在空气中会变硬，不需要激光来融合。如此精确的打印能让设计师混合各种材料来形成墙，而不用分别进行单独加工。比如，墙能留出用作门窗的口子，材料也能被打印成蜂窝结构，以用于隔热保暖，甚至还能留好线路，用来布电线和管道。 医疗——“打印”骨骼 加拿大科学家研发出一种“骨骼打印机”，它利用类似喷墨打印机的原理，以人造骨粉及一种酸性液体为“油墨”，以一层类似陶瓷粉末的薄层为“纸张”，“打印”出与患者缺损骨骼一模一样的立体人造骨骼。随后，医生可以将这种人造骨注入患者体内，直到新骨骼长出。由于人造骨骼成分与自然骨骼完全相同，因此不会引发人体排异反应。 “骨骼打印机”其实就是一台应用在医疗上的三维人造骨骼成型机，医生通过扫描仪扫描重建受损骨头原本应有的形状，并且将3D影像传送至与计算机，“骨骼打印机”在接到计算机指示后，将“墨盒”内装的“油墨”（骨粉及一种酸性液体）喷洒到“纸张”（一层类似陶瓷粉末的薄层）上。二者产生化学反应之后，厚为0.01厘米的“纸张”将自然变硬。在一层“纸张”完成后，打印机会重复打印过程。当一层层“纸张”叠加在一起达到设定的厚度时，立体人造骨骼的制作即可大功告成。“打印”一块与缺损骨骼一模一样的精密人造骨骼一般只需10分钟。接下来，医生将“打印”出来的立体人造骨骼植入患者的受伤部位，前者可在两块断裂的骨骼之间担任重要的“桥梁”角色。当人造骨骼被植入后，它会刺激新骨胳组织及血管的再生，最终新骨胳将自然连接断裂的受损骨胳。随着时间推移，人造骨胳将自然分解并为人体所吸收，省却了日后再次手术将其取出的麻烦，不会产生任何不利影响。 加拿大科学家称，“骨骼打印机”产生的人造骨骼组织相当精细准确，未来整形手术、重建手术与脊椎手术都能因此获益，而目前亦有报道称，美国科学界也在努力研制可打印出人体细胞组织结构甚至完整器官组织的三维打印机，尽管要实现这个目标还有很长的一段距离，但现在很多实验室已能实现打印DNA、蛋白质甚至细胞的排列了。 |
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