無敵的3D打印，這些居然都可以用它來實(shí)現(xiàn)！

來源：新材料新工藝 2019-03-12 10:59:00

在前不久閉幕的2019春夏巴黎高定周上，荷蘭設(shè)計師Iris Van Herpen用氤氳開來的色彩搭配3D打印、激光切割技術(shù)創(chuàng)造出了一個如夢如幻的海底奇境。

Van Herpen以3D打印技術(shù)為跳板，挖掘“人”本身以及生命與自然的關(guān)系，在時尚界、藝術(shù)界都備受關(guān)注。

簡直美炸了，有木有！

說起3D打印，相信很多小伙伴都有聽說過吧。相比于人工智能、區(qū)塊鏈、AR與VR技術(shù)火爆全場的科學(xué)技術(shù)，3D打印仿佛流星一般，在前幾年爆發(fā)剎那的閃耀后就消失眼前，但實(shí)際上，3D打印技術(shù)正在以更快的速度改變著世界。今天要分享給大家的就是這門“默默無聞”的技術(shù)呢~

何為3D打?。?/span>

3D打印技術(shù)，也被稱為增材制造（AM，Additive Manufacturing）技術(shù)，是一項起源于20世紀(jì)80年代集機(jī)械、計算機(jī)、數(shù)控和材料于一體的先進(jìn)制造技術(shù)。其基本原理是根據(jù)三維實(shí)體零件經(jīng)切片處理獲得的二維截面信息，以點(diǎn)、線或面作為基本單元進(jìn)行逐層堆積制造，最終獲得實(shí)體零件或原型。

3D打印機(jī)械工程齒輪

形象來說，普通打印機(jī)是將2D圖像或圖形數(shù)字文件通過墨水輸出到紙上，3D打印機(jī)則是把實(shí)實(shí)在在的原材料輸出為具有一定厚度的薄層，然后不斷重復(fù)一層層疊加起來，最終變成空間實(shí)物。

增材制造與傳統(tǒng)的減材（如切削）和等材（如鍛造）加工技術(shù)不同，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法或很難達(dá)到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的制造，并大幅減少加工工序，縮短加工周期。因此，3D打印具有低成本、短周期、智能化與環(huán)保的特點(diǎn)。

3D打印材料有哪些？

俗話說“巧婦難為無米之炊”，要想制作完成一件產(chǎn)品，除了要借助3D打印機(jī)等設(shè)備外，相應(yīng)的材料也必不可少。

局長了解到，市場上出現(xiàn)的3D打印材料主要包括ABS塑料材料、PLA材料、橡膠類材料、金屬粉末材料、陶瓷材料以及近幾年新推出的復(fù)合型石膏粉末、環(huán)氧樹脂、蠟制材料等。其中，塑料、金屬類材料由于在力度、彎曲度等方面性能較佳，能較好的滿足高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的構(gòu)件需求，因而其發(fā)展前景尤其受到業(yè)內(nèi)人士的肯定。

ABS塑料類是最為常見的打印材料（顏色可選性多）

說完材料，再來說說3D打印機(jī)。在上世紀(jì)八十年代，美國工程師Chuck Hall開發(fā)出第一臺商業(yè)用的3D打印機(jī)，但當(dāng)時這項技術(shù)離人們還是很遙遠(yuǎn)，大部分人只是當(dāng)做一個科幻故事。而如今3D打印技術(shù)的應(yīng)用恐怕已經(jīng)是你無法想象的……我們不妨來看下。

城市家具

在希臘的塞薩洛尼基市，近來市民可以把自己使用過的廢棄塑料收集起來，通過3D打印技術(shù)把它們變成供城市使用的家具。

“印刷你的城市”用塑料垃圾制作的家具

這是荷蘭工作室The New Raw的城市材料回收計劃“打印你的城市（Print Your City）”的一部分。

設(shè)計出來的設(shè)施本體是一個椅子，但是可以添加花盆、狗食碗、健身器械等功能，可選的顏色有灰、黃、紅、綠。

不同顏色的“印刷你的城市”家具

The New Raw工作室與希臘的可口可樂公司合作建立了一個“零浪費(fèi)實(shí)驗室（Zero Waste Lab）”,專門在這個城市回收、處理廢棄塑料，并且完成打印。

零浪費(fèi)實(shí)驗室內(nèi)景

在市民向?qū)嶒炇姨峁┎牧虾?，塑料?jīng)過分類、洗滌、粉碎，之后融化，提煉出能做成椅子的聚丙烯(PP)、聚乙烯（PE) 等材料，這兩種塑料往往被用在食品包裝上。除此以外，聚苯乙烯塑料（PS)和?PET 塑料也可以被利用。

3D打印機(jī)器人臂可將分類塑料變成家具

今年1月，位于塞薩洛尼基市中心的漢特公園（Heath Park）成為首個重新設(shè)計“打印你的城市”家具公共空間。

漢特公園現(xiàn)在擺滿了“印刷你的城市”家具

讓城市市民更直接地參與垃圾回收的過程是The New Raw工作室和希臘可口可樂公司的愿景，所以他們把居民的參與當(dāng)成了該項目的重點(diǎn)。

混凝土橋

飄帶造型的橋欄板、珊瑚紋路的路面，好似一座“迷你”趙州橋橫臥于池塘之上。1月12日，一座長26.3米、寬3.6米的拱橋在上?？破展珗@落成，這座看似普通的橋，其實(shí)擁有很高的技術(shù)含量。

位于上?？破展珗@的3D打印橋

別小瞧，它可是目前全球最大規(guī)模的混凝土3D打印步行橋，由徐衛(wèi)國教授領(lǐng)銜的清華大學(xué)建筑學(xué)院-中南置地數(shù)字建筑聯(lián)合研究中心設(shè)計。

這座橋整體橋梁工程，是用兩臺機(jī)械臂3D打印系統(tǒng)完成176個混凝土單元構(gòu)件后，在現(xiàn)場搭建完成。

打印欄板

打印橋面

構(gòu)件的打印材料則為聚乙烯纖維混凝土添加多種外加劑組成的復(fù)合材料，全部打印完成共耗時450個小時。

橋梁細(xì)節(jié)

從東側(cè)俯視橋面

與同樣規(guī)模的橋梁相比，無需模板和鋼筋，還大大節(jié)省了工程的造價。而在橋梁進(jìn)入實(shí)際打印施工之前，研發(fā)團(tuán)隊還進(jìn)行了1:4縮尺實(shí)材橋梁破壞測試。

結(jié)構(gòu)試驗

也就是說，這座3D打印橋可以滿足橋上“站滿行人”的荷載要求，你敢來嘗試嗎？

橋的強(qiáng)度可以滿足站滿行人的荷載要求

近年來很多國外科技雖然都致力于3D混凝土打印建造的技術(shù)攻關(guān)，但將其用于實(shí)際工程暫時還沒有。因此，這座步行橋的建成，意味著我國在該領(lǐng)域中已經(jīng)跨入世界先進(jìn)水平。

“蓋亞”房屋

意大利3D打印技術(shù)開發(fā)商WASP，展示了Crane Wasp的能力，這是一種模塊化3D打印機(jī)，可以創(chuàng)建各種格式和尺寸的房屋。

Crane Wasp是一臺用于打印房屋的模塊化3D打印機(jī)

這棟30平方米的房屋名為蓋亞（Gaia），它有一個3D打印的外殼和內(nèi)部木梁，支撐著一個木質(zhì)屋頂。

蓋亞3D打印房屋

房屋采用天然泥漿混合物印制而成，該泥漿混合物是從周圍地區(qū)采集的土壤，以及來自稻米生產(chǎn)的廢料，如切碎的稻草和稻殼。

來自稻米生產(chǎn)的廢物填充了絕緣結(jié)構(gòu)

如果建筑不維護(hù)，它又會變成土壤。這種混合物是用懸掛在起重機(jī)上的3D打印機(jī)分層的，創(chuàng)造出內(nèi)部有垂直空腔的墻壁，然后用稻殼填充墻內(nèi)保溫隔熱。

這種絕緣的方法使房子內(nèi)的溫度舒適，即使在冬天也不需要內(nèi)部加熱。壁結(jié)構(gòu)中的外腔保持為空，以便在結(jié)構(gòu)中自然通風(fēng)，并允許能量供應(yīng)嵌入房屋的墻壁內(nèi)。稻殼也用于制造涂覆結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的石膏，并在屋頂上形成一層絕緣層。

稻殼也用于制作覆蓋結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的生物石膏

WASP聲稱蓋亞是有限和優(yōu)化利用農(nóng)業(yè)資源的結(jié)果，通過技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為一個環(huán)境消耗最小的復(fù)雜建筑，最終產(chǎn)品是可生物降解的。

蓋亞是由可生物降解材料制成的3D打印房屋

雖然這個項目是用水稻生產(chǎn)的廢物制成的，但WASP認(rèn)為各種天然和再生材料可以用于建筑的3D打印。另外，這種方法既省時又便宜，只需要10天就可以完成，而泥漿混合物的生產(chǎn)成本不到1000英鎊（約合人民幣8883元）。

水磨石地板

荷蘭建筑公司Aectual開發(fā)出用于3D打印地板的技術(shù)，他們使用巨大的3D機(jī)器人打印機(jī)為其可持續(xù)發(fā)展的地板創(chuàng)建框架，再用水磨石填充，完成整個地板。

Aectual公司開發(fā)的水磨石地板

水磨石是一種用大理石、石英、花崗巖和玻璃制成的混合材料，一旦與粘合劑混合便會快速固化，之后對其進(jìn)行拋光便可以得到十分光滑的表面。Aectual公司宣稱，最后完成的這些地板是高質(zhì)量和耐磨的。

此外，這些3D打印地板可以定制，以適應(yīng)任何形狀和大小的空間，并可以創(chuàng)造出各種各樣的圖案。無論是鑲嵌在墻壁上，用作天花板，鋪在地板上，或者將品牌標(biāo)志加入到地板設(shè)計中，都可以實(shí)現(xiàn)。

不同圖案的水磨石地板

局長了解到，Aectual公司的3D打印技術(shù)XL是普通的FDM（熔融沉積），但采用的材料并非常見的塑料線材，而是一種他們與化學(xué)名企德國漢高（Henkel）合作開發(fā)的一種基于亞麻子的生物顆粒材料，完全可回收利用。

同時，他們的打印機(jī)也十分與眾不同，采用機(jī)械臂3D打印機(jī)，并且機(jī)械臂是安裝在軌道上的，可以非常靈活且快速地來回移動。

機(jī)械臂3D打印機(jī)

值得一提的是，Aectual公司擁有大型的六軸機(jī)器人，可以直接打印大面積的地面，還有其它各種3D打印機(jī)器人，各自的打印面積可達(dá)2 x 2 x 4 m，8 x 2 x 2 m，或2 x 2 x 2 m，每小時最多可以處理15公斤材料。同時，由于采用了自動送料系統(tǒng)，它們可以7天x24小時不停運(yùn)轉(zhuǎn)。

近日，位于德國慕尼黑BMW Welt展覽空間的藍(lán)色和綠色水磨石漩渦地板正是出自這家Aectual公司之手。寶馬聘請了來自西班牙知名設(shè)計師Patricia Urquiola來設(shè)計這個空間。

Urquiola設(shè)計了一個藍(lán)色和綠色水磨石漩渦地板

Urquiola的設(shè)計靈感來自寶馬M8 Gran Coupe概念車的顏色，寶馬在設(shè)計時考慮到了“神秘和詩意的北極光的色彩漸變”。

為了創(chuàng)建地板框架，Aectual公司使用機(jī)器人技術(shù)來3D打印生物塑料框架，印刷品只有幾厘米高。在框架被3D打印之后，它被運(yùn)送到BMW Welt展覽空間。最后，添加生物基粘合劑和大理石碎片。

地板經(jīng)過拋光處理，創(chuàng)造出具有許多幾何形狀和自由形狀的閃亮效果。

令人驚嘆的BMW Welt展覽空間

相信在不久以后，更多的場合也會裝上這種環(huán)保的3D打印地板哦！

木材

近期，哥倫比亞大學(xué)工程系成功使用破壞性斷層成像、隨機(jī)抖動和體素打印技術(shù)，在3D打印的木板上加工出了木質(zhì)紋理。

3D打印的數(shù)字木材

研究人員通過使用破壞性成像技術(shù)克服了掃描內(nèi)部結(jié)構(gòu)的困難，在計算機(jī)數(shù)控（CNC）磨機(jī)上以27微米（0.027毫米）的間隔切割木材。為生產(chǎn)制造準(zhǔn)備的230張堆疊圖像集合，是使用由該研究的合作伙伴Stratasys提供的3D可打印代碼和polyjet打印機(jī)制作的。

為了制造出木材內(nèi)截面的有機(jī)紋理，研究人員使用分辨率為600x300dpi的圖像，轉(zhuǎn)換為與Stratasys打印機(jī)兼容的CMYK配色方案。

用數(shù)控機(jī)床切割木材

最后打印出來的物品與原始木塊的外觀和內(nèi)部顏色，紋理接近，可以將木塊切開或者打破來對比論證。

帶有內(nèi)部紋理的3D打印木材

能夠?qū)⒁环N材料的內(nèi)部輪廓應(yīng)用于另一種材料，這對設(shè)計師和制造商來說都具有重大意義。

目前，3D打印技術(shù)已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、航天航空、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。并且隨著這一技術(shù)本身的發(fā)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓展。這不，局長又搜羅到了一些充滿獵奇感的3D打印產(chǎn)品，來來來，一起來欣賞~