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记者探访江西首家3D打印研究所

近日,数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州,这些建筑面积约为1000平方米,建筑的墙体由大型3D打印机喷绘而成,售价8000万的别墅使用3D打印技术只要花费100多万,一套房子一天时间就能打印完成。

无需任何模具、刀具和工装,就可以打印出人像、首饰、人造骨、航天模型……这项神奇的技术就是最近大热的3D打印技术,引发社会广泛关注。为研究这一新型科技,2014年7月,省科学院和江西科技学院联合成立了江西首家3D打印研究所。近日,晨报记者进行独家探访,揭开3D打印的神秘面纱……

只需3名工人

3天建成二层别墅

据报道,这些3D打印的别墅面积约为1000平方米,除了钢筋结构以外,其他都是打印出来的。仔细观察墙体,发现其外面有一层墙砖,里面则是像面条一样的水泥混合物横向层层垒起来的螺纹墙体,每根“面条”都是紧密结合,看上去浑然一体。

而批量生产别墅的“打印机”高6.6米、宽10米、长32米,底部占地面积有一个篮球场大,高度有三层楼高。打印的材料宽度只能是1.2米,但长度可以无限长。根据电脑设计图纸和方案,由电脑操控一个巨大喷口喷射出“油墨”,喷头像奶油裱花一样,油墨呈“Z”字形排列,层层叠加,很快便砌起了一面高墙。

“3D打印建筑最大的好处是节能环保、节省材料。因为3D打印建筑不产生任何扬尘和建筑垃圾”,商家表示,打印建筑的“油墨”原料主要是建筑垃圾、工业垃圾和矿山尾矿,另外的材料主要是水泥和钢筋,还有特殊的助剂。眼前这些打印建筑,都是先将内部钢筋结构搭好,然后由3D打印机打印出房屋构件,再拼装起来的。一栋1000平方米的二层别墅,打印1天、拼装2天,3个工人就足够。

首家3D打印研究所成立

填补江西空白

由于3D打印技术运用领域广阔,国内各级政府高度重视。目前,3D打印正在全国遍地开花,成为各地政府争抢的“香饽饽”,一大批的3D打印研究中心纷纷建立起来。去年7月,由省科学院和江西科技学院合办的江西首家3D打印研究所成立。

据研究所负责人介绍,3D打印研究所将在航天航空、国防军工、汽车、模具、陶瓷、生物医学等领域,围绕3D打印制造技术的设计方法、材料制备、制造工艺、应用开发及产业化等任务,培养科研创新团队,开展涉及材料工程、机械工程、激光加工、粉末冶金、计算机辅助设计、计算机辅助制造等多学科交叉领域的3D打印技术研发工作,促进成果推广应用;在文化创意、艺术设计、培养3D打印技术人才方面等开展合作。

3D打印技术,曾被视为“第三次工业革命”的前沿代表技术。江西3D打印研究所魏永健博士表示,3D打印的神奇之处就在于它成功地将虚拟的数字智能化技术与实实在在的工业产品桥接在一起。作为快速成型技术的一种,3D打印以经过智能化处理后的3D数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印、迭加成型的方式来增量构造物体的技术。

“像做蛋糕那样

创建三维实体”

江西3D打印研究所坐落于江西科技学院内,由该院机械工程学院院长周青担任研究所所长。近日,记者在研究所看到,室内每台电脑上都放置着一台比微波炉稍大的桌面3D打印机。

金字塔模型、工业用的扳手、机械齿轮以及精美的佛像……在研究所,各式各样的3D打印模型摆放在桌上,3D打印出来的人像模型上,人物的神情、动作都与真人分毫不差。

记者仔细感受了一下打出来的模型,模型的表面似乎有一圈圈细小的纹路。据研究所唐鹿博士介绍,3D打印最基本的原理就是层层叠加,将材料每0.2毫米切一层,层层叠加起来。

据介绍,3D打印的原材料可以是石膏粉、塑料、光敏树脂等,材料不同,采用的铸造技术也不同。记者在现场的两台小型3D打印机上看到,机器背面的圆盘上盘着厚厚一匝的塑料线。

“打个形象的比喻,3D打印的原理就像做蛋糕一样。”研究所魏永健博士解释道,比如说打印材料是粉末的话,首先3D打印机将物品在电脑上进行三维建模,然后再把3D数据传送到打印机上进行逐层分切,针对分切的每一层构建,分层打印。打印时,粉末会一层层地被特殊的胶水粘合,按照不同的横截面图案固化,一层层叠加,像做蛋糕那样创建三维实体,最终一个完整的物品就会在粉末槽里成型。

我省研究起步较晚

金属打印还未涉及

据国外媒体报道,2013年11月,国外一公司使用激光烧结技术来加固金属粉末打印出全球首款金属手枪。工程师们根据该手枪的设计图创建了三维模型,然后简单地使用金属粉末打印并加热加固,而弹簧和弹药则是使用现成的成品。成品手枪目前为止已经通过连发50多枪的耐力射击测试,它和真正的半自动手枪没有什么区别。

“3D打印虽然10多年前就在国内出现,但江西的研究还只是这两年才起步,目前3D打印研究还落后于国内一些城市。”魏永健博士告诉记者,目前省内打印材料还仅限于塑料,金属打印还未涉及,其中一个重要原因就是成本过高。“一台金属打印机造价几百万,另外打印材料也相当昂贵。”

3D打印有望成为

一门独立学科

如今,3D打印技术在各个领域都有了很好的应用,比如生物制造、汽车、玩具、工艺品等产业。

比如,美国维克森林大学科学家利用3D打印技术打印人体细胞的生物可降解支架,而后利用支架培育耳朵和鼻子等仿真度极高的面部器官,例如耳朵和鼻子,利用3D打印技术培育器官用于移植……

“目前江西3D打印研究还处于初级阶段,像3D打印别墅此类的研究还是空白。”魏永健博士告诉记者,3D打印技术是未来的发展方向,目前最主要的是培养专业型人才。

据了解,浙江大学、杭州电子科技大学等多所高校均成立了3D打印技术相关课题组。对此,魏永健博士表示,他们也计划在江西科技学院对本科学生进行3D打印研究培训,未来3D打印技术有望成为一门独立学科。