3D打印革命终于到来了吗？未知大陆-数字制造云平台

3D打印革命终于到来了吗？

2023-03-13浏览量：92

汽车发动机、定制药品、移植器官、食品、时尚，现在甚至是一整条街的房子……3D打印的所有承诺终于要实现了吗？

方尖碑砖于 1887 年在兰开夏郡的阿克灵顿镇首次烧制而成，很快成为有史以来最坚硬的砖块传奇。它们的力量源自当地粘土的化学特性，使巨型建筑得以在世界各地拔地而起，包括 1894 年的布莱克浦塔和 1930 年的纽约帝国大厦。据说他们的名字是一个错误，因为他们本打算在工厂的烟囱上写“铁”。

今年，一种不同的、但同样具有开创性的建筑材料将引起人们对这个小镇的关注。这个小镇位于曼彻斯特以北20英里(约合20公里)处，最近一次成名是在1989年的一则牛奶广告中被人说成垃圾。在查特街(Charter Street)，在市政委员会拥有的一块废弃土地上，计划建造46座净零碳住宅，从单卧室公寓到四卧室住宅，全部由低收入家庭或退伍军人居住。这些房屋不是用方尖碑砖建造的，而是用3D挤压混凝土建造的。当开发完成时(可能在2023年底)，它将成为欧洲最大的印刷建筑综合体。

“我的爷爷实际上曾经在砖厂工作，”在阿克林顿出生和长大的斯科特·穆恩说，他的公司 Building for Humanity 是查特街项目的幕后推手。 “我小的时候，他常常在晚上带我去那里，我常常坐在叉车的后面。所以，祝福他，如果他现在能看到我们，即将在阿克灵顿开办混凝土3D打印工厂……”

你还记得3D打印——也被称为增材制造——对吧?你可能在2012年左右读过一篇文章，预测每个家庭都将很快拥有一台3D打印机，我们将用它来完成各种各样的独创性任务。好吧，这并没有发生。诺丁汉大学(University of Nottingham)增材制造教授理查德•黑格(Richard Hague)表示:“洗衣机坏了，没人会为它制造零件。”“人们在摔倒的时候给他们的炖锅做把手?”没有人会这么做，如果你这么做了，你会生气的。你可以更快地从亚马逊上订购商品，第二天就能收到。”

但是，虽然3D打印机的家庭应用还没有普及，但这项技术已经以其他方式悄悄地进入了我们的生活。几乎所有(99%以上)的定制助听器现在都是用丙烯酸树脂3D打印的，而且已经有很多年了。增材制造被广泛应用于牙科：牙齿矫正器越来越多地取代传统的钢丝牙套，如果没有3D打印，几乎是不可能的。阿迪达斯(Adidas)和耐克(Nike)在他们的鞋子中使用了这项技术。所有新飞机和越来越多的汽车上都有3D打印的零件。

“10 年前发生了什么，当时有如此大规模的炒作，是否写了这么多废话：‘你可以用这些机器3D打印任何东西！它将接管世界！’”海牙说。 “但它现在正在成为一项真正成熟的技术，它不再是一项真正的新兴技术。它被劳斯莱斯和通用电气等公司广泛应用，我们与阿斯利康、葛兰素史克等众多不同的人合作。在家3D打印东西永远不会发生，但它已经发展成为一个价值数十亿美元的产业。”

这并不夸张：制造业服务市场Hubs预测，到2026年，3D打印市场规模将增长近两倍，价值达到445亿美元。建筑业是增长领域之一。2018年，一个法国家庭和他们的三个孩子成为第一个住在3D打印房子里的家庭。这座位于南特的四居室平房花了54个小时3D打印，耗资17.6万英镑。荷兰、美国和迪拜也纷纷建起了更具雄心的建筑。Accrington项目是由于承重可3D打印混凝土的最新发展而成为可能的，这种混凝土性能良好，但也具有成本效益。

如果你想象一本书，书中的每一页都是一层混凝土，”van den Heever 补充道，“这些连续的层堆叠在一起，形成了你的上层建筑。”

“对于一项新兴技术来说，从一开始就具备成本竞争力是闻所未闻的，”20年前创立Harcourt的建筑师贾斯汀•金塞拉(Justin Kinsella)表示，他首次涉足3D打印建筑领域。“我们很高兴有人来到现场，砰的一声关上门，墙也不会摇晃。踢墙，墙不动。屋顶在那里。把灯打开，这就是证明，我想人们会被它震惊的。”

3D打印在 1950 年代首次出现在科幻小说中，在 80 年代成为非常基本的现实。今天的核心原则保持不变：一个对象是从头开始逐层创建的——因此是累加的。（想象一下沉积岩的形成，真的非常非常快。）这可以通过物理挤压材料来完成，就像在 Accrington 的建筑项目中一样，或者它可以是计算机引导的激光束来制作层，层可以薄到人的头发，通过熔化金属、塑料或其他材料的粉末。增材制造的一大直接优势是您只3D打印需要的东西。这与加工一块金属形成鲜明对比，例如，您可能会切掉大部分金属，然后将其浪费或需要回收利用。

不过，在早些年，3D打印成本高、速度慢且容易出错，直到最近才开发出克服其中一些缺陷的技术。此外，人们已经清楚地认识到3D打印不会成为灵丹妙药。 “我可能看起来像个热情的孩子，而且我真的很热情，”黑格说。 “但我对能做什么和不能做什么非常现实。所以你不会用3D打印来做所有事情。”

十年前令人兴奋的领域之一是3D打印食品的想法。在这个未来的愿景中，我们会吃早餐吃一个新鲜3D打印的羊角面包，或者在机器里放一些面团，点击几个按钮，然后回到“自制”馄饨。新产品还将解决我们这个时代面临的巨大挑战之一——世界上生产的食物中有三分之一（约 13 亿吨）被浪费了。

26岁的Elzelinde van Doleweerd毕业于荷兰埃因霍温科技大学(Eindhoven University of Technology)工业设计专业，正是因为这一统计数据，她进入了这个领域。她开始用北欧最常变质的面包、水果和蔬菜做实验，想看看把它们脱水后变成美丽的形状是否能让它们重获新生。这使得他在2021年在哥本哈根餐厅“炼金师”的测试厨房工作了六个月，该餐厅目前在全球50强餐厅中排名第18位。

在 Alchemist 工作结束时，van Doleweerd 精制了一种甜菜根和胡萝卜“tartelette”，放在由壳聚糖制成的3D打印花瓣上，壳聚糖是一种来自贝类外皮的糖，并饰有可食用的花朵。它看起来令人惊叹 - “这是一个很好的氛围！” van Doleweerd 证实了这一点——但尚未将其列入炼金术士的菜单，因为在每次服务时都难以在压力下生产它。

对于现在被评为全球最佳植物餐厅的荷兰 Restaurant De Nieuwe Winkel 食品实验室工作的 van Doleweerd 来说，很难想象3D打印食品会很快成为主流。 “我认为它非常专业，”她承认道。 “我们在食品和家庭烹饪方面看到的最新发展是，它不应该花费那么多时间，我们也不想投入那么多精力。也许如果我们有一个伟大的发展，你可以开始与你的3D打印机交谈，比如当你起床时，‘请为我准备早餐！’我们拭目以待，但我还不太相信它。”

Hague 指出，3D打印似乎蓬勃发展的地方在于定制和轻量化设计。 “你可以制作出其他任何方法都做不到的超级复杂的几何形状，”他说。一家利用这项技术的几何自由度的公司是总部位于洛杉矶的汽车制造商 Czinger。目前，Czinger 仅提供一种型号 21C，但它是一款引人注目的车型：最高时速为 253mph，0-60 加速时间不到 2 秒，价格为 200 万美元的超级跑车。汽车的零件——尤其是原型零件——已经被3D打印了一段时间，但 21C 走得更远。 BBC Top Gear 杂志的编辑杰克·里克斯 (Jack Rix) 在对 21C 的评论中写道：“它根本不是一辆真正的汽车，它是数字设计和3D打印无限可能的演示者。”

Czinger 是其创始人父亲凯文·辛格 (Kevin Czinger) 和他 28 岁的儿子卢卡斯 (Lukas) 的名字和愿景。他们的公司拥有 150 多名员工，他们来自法拉利和 F1 团队、苹果和 SpaceX。

“我们都喜欢开车，我们都想制造一辆让我们屏住呼吸的车，”卢卡斯·辛格(Lukas Czinger)在早上7点的视频电话中解释道。“当然，让那辆车在赛道上行驶，那种感觉是我从未开过的，我父亲从未开过的，下压力，座位位置，纯粹的动力。这是我们梦寐以求的一切。这是最好的狂野方式。这就像在一架战斗机的驾驶舱里，但你不是在空中，而是以某种方式仍然被固定在地面上。你不再完全理解物理学了。”

您可能有理由想知道一辆价值 200 万美元的超级跑车与现实世界中的任何事物有多大关联。但 Czinger 为至少八个主流汽车品牌生产零件——目前唯一允许他们命名的是阿斯顿马丁。 Lukas Czinger 认为，3D打印部件可以更轻、更符合空气动力学并且可能更坚固，而且随着汽车变得更省油，所有这些发展都具有潜在的环境效益。 “在接下来的五年里，你将开始在日常汽车上看到它，”他预测道。 “在接下来的 10 年里，你基本上会看到它取代了大部分铸造、挤压和冲压。所以，是的，我完全相信这就是未来。”

我问 Top Gear 的 Rix，他是否相信 Czinger 的说法，即 21C 是一款“具有历史意义的车辆”，将从根本上改变汽车行业。 “每个汽车制造商都在不断寻求改进包装、减轻重量、提高燃油效率，同时也在想办法以更低的成本制造更高质量的汽车，”Rix 回答道。 “Czinger 声称自己一举解决了所有这些问题。” 至于这项技术的影响力有多大：“所有新车都有一些3D打印部件只是时间问题。”

当然，我们以前也说过：3D打印将拯救世界!那么为什么现在要相信呢？越来越多的证据表明，这一次的炒作可能并没有被夸大，并非所有这些发展都会立即影响我们的生活。美国国家航空航天局和所有太空探索公司已经在使用3D打印工艺为他们的火箭制造零件。但他们也在调查登陆月球或火星后将出现的挑战。他们将无法携带所有的资源，所以他们必须找到建造和提供食物的方法：也许是利用来自太阳的定向能量和他们在地面上找到的材料。美国国家航空航天局资助了一个项目，该项目正在研究回收宇航员在长途旅行中的尿液、粪便和呼吸，以制造用于3D打印的食物和塑料。

但是，如果还没有的话，增材制造将很快触及——甚至可能延伸——我们所有人的生活。美国史赛克公司使用3D打印技术生产复杂的骨科植入物，否则无法实现。去年在美国，一名女性的耳朵被植入3D打印的活体组织重建。去年夏天在圣地亚哥的一次会议上展示了一个人体肺支架，这可能是有史以来使用增材制造制造的最复杂的物体。

诺丁汉大学(University of Nottingham)的理查德·黑格(Richard Hague)目前正在与葛兰素史克(GSK)和阿斯利康(AstraZeneca)合作，研究“生物疾病”的3D打印技术——为每个患者定制的单一药丸中包含多种药物，这将极大地简化你需要服用的药物和时间，尤其是对老年人而言。黑格说:“合规是一个大问题:你有这么多药物，人们就是不服用。”“这些都是人们能够理解的巨大潜在好处。”

这就是3D打印的承诺变得不可抗拒的地方——技术显然使生活更简单或更美好，而消费者无需支付额外费用。在 Accrington，Building for Humanity 希望让那些永远买不起房的人登上住房阶梯。其中一所房子是为 44 岁的马克·哈里森 (Mark Harrison) 预留的，他是该镇的一名退伍军人，在两次波斯尼亚之旅后于 2001 年从军队退伍，后来被诊断出患有创伤后应激障碍。

Harrison 估计他在过去 20 年里住过 20 所房子，但希望 Charter Street 能为他和他的三个孩子提供稳定的生活。 HTL 还对他进行了使用3D打印机的培训——他可以找到一份新工作，并参与建造他的新家。

哈里森说：“这些年来我一直在接受治疗，我正在尽最大努力恢复健康并变得更好。” “房子将是锦上添花。它会给我一个可以扎根的地方：为了我孩子的未来，让我在同一个地方呆上两分钟以上。这很困难，但是，是的，这是一个难得的机会。似乎一切终于都水到渠成。”

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