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是什麼制約了 3D 列印技術的發展?  

2015-11-01 23:31:35|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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雷鋒網配圖
        在過去的十年中,人們對 3D 列印的狂熱增加了不少——但是,這種狂熱的程度卻超出了這個技術領域的創新和發展程度。就是說,3D 技術應有的發展程度跟不上期望值。那要如何取得突破呢?日前,科技媒體 TechCrunch 刊文,對此做出了分析。

做為一個 3D 列印技術的研究員,我曾嘗試過使用各種主流技術以及實驗性的方法來建造 3d 印表機。我從中所獲知的是,大部份這些技術通常都是由一些常見的材料、軟體工程問題和機械系統所構成——幾十年來工程師都這麼做。

那麼問題來了:為什麼 3D 列印尚未能成為更可取的生產製造方式?為什麼這項技術的失敗率還是如此的高,而且再生性也如此的困難?很明顯,這不是因為材料特殊或控制太先進複雜而造成的困境。真正制約 3D 列印技術創新的原因,是我們看待這些技術的方式:只把它看作單一的零件製造,而缺乏系統性。

 

能否包括各種生產要素?

我們不妨轉換一下看待 3D 列印的視覺,將其看成是一個由各個部份組成的體系。這樣,我們對其功能的認識就會發生變化。通常來說,我們會將一個生產體系劃分為以下幾個要素:

設計:指的是用戶在使用其功能設計後將能實現些什麼。

硬體:真正能實現物理作品的部分。

材料:包括樹脂、金屬、陶瓷、塑膠或天然材料等,透過 3D 列印技術,這些材料最終將變成實在的功能產品。

軟體:負責將設計資料轉化成製造資料,包括安裝在機器上的軟體和向機器傳送資料的軟體。

通常來說,這個體系中最容易被忽略的是要素是每個領域直接碎片式的連接路徑——為製造某個零件而製造,缺乏整體效率。陳舊的思惟方式制約了我們真正實現 3D 列印潛力的進程。如果我們能夠偋棄傳統的思惟方式,或許就可以真正將 3D 列印技術用到實處。

我們如今的列印設計還是圍繞著老舊的技術。到了今天,所有被列印出來的事物都只是為了貢獻另一種物體的製造過程而設計,比如為了制模。3D 技術目前能實現的只是幫忙人們越過制模這個階段,直接進入製造環節。但其實關於發展新的設計工具來改善工程製造,前人已做了很多努力和嘗試,而始於立體製造的發展,使得 3D 列印技術直到如今依舊像是老式生產的替補。

我們還是在建造快速成型機。目前的機器都是多面能手,但並不專長。做為快速成型機,他們只是用於完成各類製造工程中等級最低的共通部份。這導致的結果是,這些機器可以做很多事,但做得好的卻極少。我們必須重新考慮設計這些印表機的目的,明確這些技術所能解決的生產生活問題。我們需要的是圍繞需要解決的現實問題來建造一台 3D 印表機,而不是憑空製造了一台機器然後尋找一個適合的問題交予之解決。

硬體問題歸根結底還是軟體問題。除了關注現實生活中的生產應用,我們需要讓這些機器能夠利用軟體。也就是說,我們需要「智慧」的 3D 印表機,它擁有大量的監測感測器和網路接入,以便監控和即時分析。比如 Autodesk 開源 3D 印表機 Ember,其配置的感測器能夠説明機器在運轉時自如地從故障中恢復,提高列印的可靠性,並能夠即時回送工程進展報告。

 

材料:複合材料和細觀結構

也許 3D 列印最偉大的能力之一是低成本實現多種材料的複合。被某些屬性綁定的物質,我們稱之為「材料」,比如木樑和紙張,根本上它們同屬木質纖維。真正讓它們形成區別的是這些纖維的組織結構模式。

3D 列印的共同目標是實現從一台機器中列印出各種複合材料,一次性為專案實現多重製造屬性。然而,細觀結構材料技術允許我們獲得更多單一材料之外的利用價值。相比較於對不同的性能便要依賴不一樣的材料,設計師可以利用細觀結構材料技術來創造一種擁有各種所需的性能特點的物體,這只需要一台機器及一種成份(改變基礎成本的組織結構)。

這樣一來,在材料合成上,3D 列印將獲得更高的靈活性和有效性。這是未來 3D 列印發展的新領域。

雷鋒網配圖

▲ 複合材料只是某些已知材料的特定範式。

雷鋒網配圖

▲ 利用細觀結構材料技術,能夠藉助常見的物質製造出前所未有的材料。

總的來說,3D 列印已然走過了 25 個年頭,回顧起來我們依舊取得不少進步,但我們還可以透過解放思惟實現創新,推動 3D 列印實現質的發展。我們不能滿足於利用一台機器製造出一種複合材料就說是極大的利用,在這種想法制約下,3D 列印永遠不會取得大的突破。此外,除了材料構造的創新,網路連接及智慧化也是大勢所趨。目前,制約行業發展的不是核心技術,而是人們所持有的大局觀。

(本文轉載 雷鋒網 ) 

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