近日,媒体报道,研究人员利用水凝胶打印出多孔支架,并将卵泡细胞填充进孔洞中,成功组成人造卵巢。含有生物假体的卵巢,让小鼠成功诞下了健康的幼崽。
不禁令人想问:神奇的3d打印,还有什么是“你”做不到的?
3D打印不能盲目迷信
不知从何时起,3D打印这个名词开始被媒体铺天盖地的提及。
如今,不知道这个词的年轻人简直是有如上古神兽一般的化石级存在。但是要真的刨根问底的话,恐怕就没有几个人能把3D打印到底是个什么东西说清楚了,甚至从来没见过3D打印机或者3D打印产品的人也绝对是大有人在。可谓是没吃过猪肉,也没见过猪跑,光知道猪咋叫唤。
从形式上来看,3D打印确实比较高大上,机器轰鸣、热火朝天的场面变成了轻点鼠标、纤尘不染,大汗淋漓、脸颊黢黑的工人师傅变成了一切尽在掌握的都市白领,一杯咖啡的功夫,任务完成,so easy!
听说3D打印了人造卵巢?还有什么是3D打印不能做的?
图1左:某工业用3D打印机,成型材料应为塑料(来源网络);图1右:以金属作为原材料3D打印成的饰品(来源网络)
那么,3D打印真的像媒体渲染的那么神乎其技吗?
首先明确一点,3D打印绝非21世纪的新生事物。上世纪八十年代相关概念就已提出,商用产品也早已面世了。十多年以前我还是大学一年级的懵懂少年,在金工实习的基地就曾经见过利用3D打印手段成型的产品。那是一个白色的人头雕塑,类似于美术生临摹的石膏像。
只不过,当年3D打印这么洋气的叫法还没有流传开来,我们所用的说法是相对土气的“三维成型”(实际上3D打印是三维成型技术中比较有代表性的一种)。
于是乎,3D打印被媒体热炒的起初,笔者是不屑一顾的。
听说3D打印了人造卵巢?还有什么是3D打印不能做的?
我的英文名叫xiao shen yang
说白了,3D打印就是一种材料成型(机械制造)技术,跟锻造、铸造、轧制、冲压以及包括车钳洗刨磨在内的机械加工手段一样,都可以把材料加工成具有某种形状的部件。
与传统加工手段相比 3D打印确实独具特色
不过,3D打印又具有诸多独到之处,不然也绝对不会与上述这些一直与人类同成长、共进退的元老级技术相提并论,并在媒体上大出风头了。
比如,用传统的冲压方式生产一个小型的车用零件,“拢共”要分几步呢?
听说3D打印了人造卵巢?还有什么是3D打印不能做的?
首先得有冲压用的模具,这个模具好比月饼印一样,决定了零件的形状。一般是用专门的模具钢制造,硬度高而且韧性好。模具分为上模和下模,上模安装在压力机上,可以以很高的速度压向下模。要加工的材料好比是做月饼的面团,被这么瞬间一压,就变成了模具的形状,之后用车床除去多余的部分,再进行一些研磨抛光一类的机械加工,零件就完成了。
听说3D打印了人造卵巢?还有什么是3D打印不能做的?
图2:冲压工艺制成的车用小型零件(来源:名古屋丰田博物馆参观纪念)
那么3D打印制作同样的零件又是个什么套路呢?
首先,在电脑上绘制好零件的设计图,然后将设计数据导入3D打印机,就可以开始制造零件了。以熔融沉积式3D打印机为例,事先准备好的低熔点线材如塑料,石蜡等经由3D打印机的喷嘴加热后喷出。
听说3D打印了人造卵巢?还有什么是3D打印不能做的?
图3左:某塑料熔融沉积式低端工业用3D打印机,白色线卷即为塑料原料;图3右:该打印机的喷头部位特写,双喷头设计,可同时打印两种不同塑料
在电脑的控制下,喷嘴在空间中由低到高逐层进行描画,最后形成零件,基本无须任何的后处理。
上面这个例子已经把3D打印最为本质的两个特点反映得很清楚了。
首先,3D打印与计算机辅助设计(CAD)以及计算机辅助制造(CAM)密不可分,任何3D打印的零件都要从电脑设计图开始自己的生命历程。假如事先只有图纸,没有电脑可以直接利用的造型数据,也得重新在电脑中建立模型,绘制设计图。
其次,3D打印是一种增材制造技术,也就是说与传统的车床机械加工一类减材制造技术不同,产品是由原料直接在空间中堆砌而成。可以把车床机械加工比作石雕,刀斧锤凿齐上阵,最终的作品比起最初的原石只少不多。另外一方面,3D打印好比泥塑,塑造形象的组成部分不断叠加,最终的作品比起最初的泥胚只多不少。有了这迥异于其他前辈的两大特色,3D打印能在机械制造技术的武林之中自立门户也就不足为奇了。
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