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3D打印前途光明,它需要怎樣的進化?
2018/09/14

來源:科技新發現康斯坦丁

 

3D 打印涉及的領域實在太多,以至於天然被賦予“工業革命”的使命,比較初級的應用如模具製造、建築打印等,而比較高端的則有生物打印、細胞粘合等,3D打印技術在生物領域的終極目標是精確地控制生物材料、生物因子,使其按照正常結構組合,產生活性,並且能與自然人體結構相結合,達到器官替代的目的。

3D打印,一種革命性的增材製造

現在,回想代工大王的言論,絕不是意氣用事,而是充滿著套路。地球人都知道,郭台銘靠模具起家,直到今日也只有富士康能在產能和精度方面滿足iPhone外框的代工需求,他也因此攫取了大量的利潤,但不巧的是,3D打印最先影響的領域估計就是模具行業,更有可能帶來顛覆性影響,在這種背景下,郭總裁總要先佔領些輿論高地。

傳統的模具行業是一種“減材製造”,相信很多人都見過拆下來的iPhone外框,精密度之高,簡直是個藝術品,這就要求代工商要配置超高精度的刀具、精密的成型研磨系統,部分尺寸甚至要到0.01mm級別,加之,iPhone整個外框都是其天線,任何的毛刺、螺絲孔尺寸差異都會引發信號間題,早年iPhone4的死亡之握就是源於其不夠精密的設計。這種狀態下的“減材製造”是一件非常繁重的事兒,要想把一塊方方正正的鐵塊“削減”成薄薄的鐵片,需要經歷成型、鉚合、研磨、電鍍等大量環節,全部流程下來,良品率會受到非常大的影響,但若是換種思路增材製造,預先設定好精密程式,3D打印的刷頭不再需要同“精密刀具”一樣克服巨大阻力,只需要按照程式在空氣中累加材質,更不會有多餘的毛刺,整個過程會變得非常簡單,良品率也會更好。

當然,依照現有3D打印技術尚沒有辦法完成iPhone外框式的精密模俱生產,一來精密程式尚沒有成熟之案例,更重要的則是基礎原材料開發,我們需要找到一種既能研磨成粉未,又可以隨著打印機噴射出來的材料,最後,還要按照圖紙要求瞬間粘合在一起,這種複雜的工藝尚在開發之中,同時,也留給傳統模具業一些“升級”的時間,於是,郭合銘先要高喊一嗓子:這東西是噱頭,好讓客戶和競爭者麻痺大意,自己卻暗度陳倉,加速研發、試驗和量產的進度,這事兒細思非常精明,論套路,姜還是老的辣。

平心而論,iPhone式精密模具打印估計可以作為3D打印增材製造的終極目標,想要量產估計還有很長的一段路要走,但目前精緻的玩具,家用的器皿如杯子、碗筷等等,都已經可以通過3D打印來完成了,更大宗的產品則是由3D打印出來的房子,在比較成熟的體系之下,由3D打印機完成一棟300平方米的別墅,僅需要24小時,牆體的厚度能達到30cm以上,樓層結構可疊加至2~3層。相對來講,3D打印在建築領域的應用已然看到“量產”的曙光:特種砂漿和特種混凝土已經有了相對成熟的配方,而機械、控制、運行速度和噴頭出料的系統配合也日臻完善,更重要的是,一些樂觀派、激進派已經住進去了。

或許,3D打印在建築領域的廣泛應用,會在一定程度上緩解全球高房價的狀況,當然,我們依舊需要大量的試驗,來確保3D打印建築技術能進化到量產階段,畢竟,這會關係到普通市民一生的積蓄和生命安全,誰也馬虎不得。

3D生物打印,太空是其最佳試驗場?

如前文所述,3D打印的應用領域非常廣泛,撩撥著各行業裡的科研神經,任誰也不願意錯過一場摧枯拉朽的革命。前文提到的增材製造和打印建築尚沒有完全成熟,亟待進化,但更高深的3D生物打印領域也同時揚帆起航,甚至有沖向太空的計劃,科研人員看中的是太空中“微重力”的特殊環不境。目前,3D生物打印技術方興未艾,目標是實現醫學、工程學、電子學和生物學的大融合,最終打印出人體器官的替代品,要么一模一樣,要么有更優越的性能,使得未來人類能更輕鬆地更換“身體零件”。

現在,研究人員已經可以打印出人體皮膚的碎片,但這項技術仍未進入臨床階段,而最終的器官打印則是一項更為艱鉅的任務,研究人員要考慮多種細胞組成以及血管和神經如何做出類似人的組合。通過大量的試驗和現代材料科技知識,3D打印研究人員已確定在微重力的環境中,可以製造出一些地球上無法製造出來的材料,而3D生物打印現在面對的最大題就是“材料問題” ,用於生物打印的材料需要保證細胞活性和組織功能,需要符合醫學上的無菌標準,需要大量的試驗來知曉生物材料、細胞和生長因子的最佳組合。

另外,地球上含有復雜的大氣層,相關事實已經證明,有些人體細胞是沒有辦法在“地球環境”中培養出來的,更不要說要長時間保持活性。在這種背景下,3D生物打印沖向太空,是必須要嘗試的一條路,況且在太空中,我們可以觀察骨骼、肝臟類的表現,細胞也能在高強度紫外線或者其他惡劣條件下進行擇優篩選,由此建立起來的3D生物打印系統,可能真會製造出“性能更加優越”的人體器官,供自然人類挑選,正如挑選衣服一樣。

大概是浸潤在科技界太久的緣故,筆者的科技觀一直是“偉大人物創造出革命性科技,而革命性科技再普渡眾生”。現如今,前沿的3D打印科研人員有希望成為這種偉大的人,他們的努力勢必會成為製造業、建築業、醫學界的變革力量,也勢必會帶給全人類更加美好的生活,試想一下,24小時打印一棟房子,就如同搭一頂帳篷;自己按照程式打印一個肝臟,再也不用擔心脂肪肝了…毫無疑問,當3D打印完成進化,大面積普及之後,人類的生產資料、房地產資源、醫療技術都會有質的飛躍,生活也將更加美好。

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