????還記得成龍拍攝的電影《十二生肖》里的一個鏡頭嗎?成龍盜取獸首時,對十二獸首掃描后,一臺機器立即制造出了一個一模一樣的贗品,這臺神奇的機器就是3D打印機。3D打印技術的應用還有各種不可思議之處:一個外觀同油彩筆并無差別的3D打印筆,可以短時間內畫出任何立體物;麻省理工大學使用3D打印技術打印出了能夠吹出悅耳聲音的長笛;世界第一臺完全由3D打印技術生產的汽車已經面世……這就是3D打印技術。
????近日,世界3D產業聯盟大會在青召開,全球頂級3D打印產業的企業和科研人員把這一尖端產業帶到島城。我市已經有20余家從事3D打印開發技術的企業,他們或是從事著3D打印機的研發、設備的銷售,或是推廣著各種3D打印產品。圍繞著這個充滿想象力和未來感的行業,他們堅信:3D打印無所不“打”。
????完美復制堪比“克隆人”
????使用全息相機進行360度的掃描,人體全身的數據輸入電腦后生成一個全息影像,再把數據輸入3D打印機,兩三天后,使用樹脂打印出來的另一個“你”就會出現在面前。同樣的膚色,縮小版的身材,就像電影中的“克隆人”。這不是科幻片,而是真實生活中的場景。在嶗山區一家商場內,一家3D打印照相館正在提供著這種服務。
????在李滄區書院路小學,五年級的小學生正在操作著一臺3D打印機,通過控制電腦軟件中的數字模型,這臺3D打印機一層一層地將食用蠟制成的原材料打印成一個兒童玩具。這是3D打印進校園活動中的一幕。孩子們使用的3D打印機就是由我市一家企業研發生產的,每臺價格不到萬元,也是3D打印機中的入門機,被稱為桌面級應用機。
????“打印機使用的耗材是食用蠟,杜絕了污染,可以保證整個過程安全。”書院路小學輔導員劉老師告訴記者,這種打印機內的電腦程序是CAD制圖軟件,小學生可以通過這款制圖軟件自己學習三維模型的創建。“比如孩子設計出一個小兔子,3D打印機就能打印出小兔子。通過學習,可以讓孩子們接觸到3D打印的科普知識?!?/p>
????精密零部件裝上飛機
????“我們合作研發的飛機零部件的3D打印技術已經實現了應用,3D打印出來的零部件也已經應用到了飛機零部件的生產過程中?!绷譂櫺劢淌诟嬖V記者。由中航科技與青島前哨精密機械、青島科技大學合作的金屬3D打印在這一領域也已實現了航空制造業的生產制造。
????在該公司位于周口路上的實驗室內,記者看到了這神奇的一幕。一臺高度約6米,寬度約4米的大型密封3D打印機正在噴制著金屬耗材。工作人員將一些灰色粉末裝入3D打印機內,3D打印機內的激光噴頭開始打印,打印出來的金屬粉末已經變成了固體?!按蠹s3到5天的時間,激光打印噴頭將打出一個結構精密細致的金屬構件,這個金屬構件已經可以應用到飛機制造領域。
????一個細胞實現器官移植
????“在3D打印這個行業里,最具有科幻色彩的應該是人體器官的打印了?!痹谇鄭u尤尼科技3D打印公司內,記者看到,掃描儀掃描一個顱骨缺失的患者的頭骨影像,顱骨缺失部分在計算機內形成一個獨立的影像,3D打印機再將這個影像一點一點打印出來。工作人員將一些白色細長的線條接入3D打印機內部,另一端3D打印機的噴頭開始打印出白色的固體。這些白色的固體是與人體兼容的高分子材料,也就是可以直接植入患者體內的顱骨部分。
????“3D打印對醫療的顛覆性是巨大的。一名患者要更換自己的腎臟,那么3D打印技術會先提取這名患者的干細胞,通過3D打印技術培育出同患者體內腎臟一樣的腎臟,再植入患者的體內,實現腎臟移植?!惫ぷ魅藛T告訴記者,以眼角膜為例,500萬盲人里現在只有1萬人可以實現移植,如果眼角膜實現3D打印,這些患者都將重見光明。
????■內存 什么是3D打印? 三維+復制=3D打印
????“3D打印,即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型,后逐漸用于一些產品的直接制造,已經有使用這種技術打印而成的零部件。如果不考慮成本的因素,3D打印技術可以‘制造’出任何一種現有的東西或是還沒有的東西,支撐起人類的想像力。”華中科技大學史玉升教授在高新區培育“青島3D打印公共技術服務平臺”項目,他這樣為3D打印定義。
????“3D打印首先應該分開認識,3D代表著三維、立體,打印代表著復制,3D打印技術,打印不僅僅是平面,而是一個立體物?!笔酚裆淌诟嬖V記者,生活里的物品幾乎都是立體的,3D打印技術意味著這些物品都可以被打印出來。這種技術目前應用最多的是人體玩偶或是蠟像的打印,比如掃描一下人的頭部,就可以快速制作出一個搭配上各種服飾的卡通玩偶來。
????“最簡單的桌面級的3D打印機只要數千元的價格,主要應用在中小學進行3D打印知識的科普?!笔酚裆嬖V記者,最貴的打印機價格高達數千萬元,可以用來制作精密金屬件,應用到高科技的航空、汽車制造領域。 3D打印如何實現?
????材料+軟件+設備=立體打印
????“3D打印技術依靠的生產設備,我們可以理解為類型不同的打印機,這些打印機由不同的噴頭組成,使用不同的耗材,再按照軟件設定的程序和步驟,打印出我們想要的東西?!鼻鄭u科技大學材料學林潤雄教授告訴記者,3D打印機內部由不同規格的噴頭組成,進行立體打印。比如要打一個簡單的玩具,一個噴頭會按照電腦設計好的流程進行打印,通過一點點的噴制,最終打印出一個玩具來。“我們把3D打印機使用的原材料,稱為耗材,同普通打印機的耗材不同。普通打印機使用的耗材是墨盒里的液體,而3D打印機使用的耗材可以是液體,也可以是金屬粉末,還可以是高分子合成材料,還可以是人體細胞。
????3D打印有哪些優勢? 擺脫傳統制造業束縛
????“3D打印的一個最突出的優勢是可以擺脫傳統制造業的束縛?!鼻鄭u高新區管委副主任王永健告訴記者,比如人體器官,傳統制造業是無法制造的,而3D打印可以實現人體器官的快速培育和復制,同時避免了人體排斥。再比如,傳統制造業制造一種產品,首先需要開模,制造出生產這種產品的模具來,再使用模具生產這種產品,但3D打印技術只要輸入相應的產品數據,就可以直接打印出來,省去了模具的研發費用,擺脫了模具對制造業的束縛。
????“3D技術可以應用在生物醫藥、工業制造、文化創意等等非常廣泛的領域。同時,3D打印技術是面向設計的技術,這種技術可以讓飛機飛得更高,火車跑得更快,可以生產出更個性化的產品。”王永健認為,西方國家認為3D打印技術將引領第三次世界工業革命,但3D技術無法替代傳統制造業,它起到的作用是加快一項產品的研發和生產時間。
????青島3D打印形成產業鏈 我市已有多個國內頂級科研機構落戶 瞄準工業級和生物醫學級領域
????目前,我市從事3D打印技術的企業已經有20余家,主要分布在市北區、李滄區、高新區和黃島區,以高新區為龍頭。這些企業的業務范圍涵蓋了3D打印技術、高分子材料的研發,3D打印機的推廣應用,以及3D打印機的制造。一條完整的3D產業鏈條已經逐漸形成。與此同時,3D打印技術也將給我市人才、科技提升帶來巨大機遇。
????青島構建完整3D產業鏈
????“目前,青島在3D打印這個行業有非常多的企業,整個行業鏈條配備較為完善?!鼻鄭u市發改委相關負責人告訴記者,位于周口路上的中航工業青島科技園增材制造技術中心在3D打印的技術研發、人才培養、產業培育、市場拓展等方面開展工作,以航空關鍵零部件制造技術為基礎,代表著3D打印金屬領域里的佼佼者。西安交通大學引進快速制造國家工程研究中心盧秉恒院士團隊,先后與膠州市、青島高新區簽約,設立西安交大青島研究院,打造較為完整的3D打印產業鏈。由尤尼科技公司和美國Drexel大學教授、機械工程協會周功耀院士聯合研發的 “re-human”生物打印機在青島問世,成為國內首臺可以打印人體心臟支架及骨骼材料的3D生物打印機。這些企業代表著3D打印技術的發展方向,承擔著3D打印機的研發和制造領域的突破,并讓技術真正落地,實現生產。
????此外,以三迪時空網站、青島瑞陽等企業為代表的公司則瞄準了3D打印產業的推廣和銷售領域,較為完整的3D產業鏈條已經基本形成。
????向生物金屬制造領域進軍
????據青島市發改委相關負責人介紹,我市已把3D打印作為重要的戰略性新興產業,市發改委正在牽頭研究編制3D打印產業發展規劃,籌備在高新區和環膠州灣北部區域集中布局3D打印產業發展帶,圍繞3D打印軟件集成、材料開發、關鍵器件、應用示范等領域開展研發和應用,爭取到2020年實現商用3D打印機、打印材料以及3D打印生產服務產業化,培育出若干個居國際同行業前列的品牌企業,產值達到100億元?!吧镝t學級3D打印技術的發展可能遠遠超出我們的預期,3-5年左右,3D打印技術在人體器官打印、細胞打印等方面可能會有重大突破?!笔邪l改委相關負責人介紹說,青島制造將瞄準未來3D打印最核心的工業級和生物醫學級領域。
????■機遇 3D打印材料是突破口
????“金屬材料等具有高附加值的打印材料上,目前國內還沒有成熟的生產企業,國內重要的打印材料還只能依賴進口。此外,激光器等3D打印設備的核心部件也基本依賴進口。這在很大程度上限制了國內3D打印的發展?!鼻鄭u科技大學的林潤雄教授告訴記者,可喜的是,作為突破口目前青島眾多3D打印企業都已把3D打印耗材的研發作為一個重點方向。
????中航科技青島精密機械研究中心的工作人員同樣告訴記者,他們研發的材料已經申請了16項專利。這些高分子材料已經推廣到全國多家3D打印企業,成為重要的耗材來源。
????專業復合型人才需求量大
????“3D行業需要的人才非常多,因為它是一種復合學科。如果僅僅是讓3D打印機實現打印,那么涉及軟件編程、材料學、基礎加工、自動化控制等等一系列的專業,這些人才可以保障3D打印技術的實現,但如果具體到打印某個物品,僅僅這些人才是不夠的。”青島科技大學材料學的林教授告訴記者,比如要打印一輛汽車,那么外型設計、零部件標準,又需要更多的人才。3D打印的產業鏈條建立起來后,對專業復合型人才的需求量會非常大?!斑@對于青島的城市競爭力會有一個很大的提升?!绷譂櫺壅J為,越來越多的3D打印技術方面的人才將被吸引到青島來,快速提高“青島制造”的人才厚度和廣度。
????個性蛋糕打印出來 與3D打印結緣的崔穎和他的團隊從代理走上自主研發之路
????“我們團隊跟食品級的3D打印技術較上勁了,我們就想用3D打印技術打印出越來越多的食品。”今年36歲的崔穎和他的團隊已經與3D打印結緣4年了,投入了數百萬元,依然還在研發路上,而技術上的分歧常常是團隊成員之間繞不開的難題。他們把研究的目光瞄準了生日蛋糕,通過打印機把客戶想要的蛋糕圖案直接打印出來。
????團隊瞄準食品級打印機
????“最早我們是代理銷售3D打印機的,但后來看好這個項目,決定一起投入進行研發?!贝薹f告訴記者,經歷了多次挫折,他們已經放棄了工業級打印機的研發?!肮I級的打印機對于研發的要求太高,成本太大,不適合我們這種剛起步的民營企業。”崔穎和團隊把目光放到了食品級的3D打印機上?!拔覀円呀浹芯砍晒梢源蛴∧逃偷案獾?D打印機了,就等專利審批下來了。”崔穎說,這種打印機可以直接在蛋糕胚子上打印出個性化的圖案,實現蛋糕的私人定制?!斑@種食品級的打印機原料比較好找,省掉了對原料的研發環節。”
????最大分歧是技術難題
????“我們團隊成員已經投入了數百萬元了,遇到的最大分歧常常是技術方面的。”崔穎告訴記者,比如3D打印機內的一個冷卻環節,團隊成員常常會提出多個方案,每個方案在投入實驗前都要進行反復的討論,分歧不可避免。“因為一旦敲定方案就要投入資金研發,所以每個人都很慎重?!贝薹f說,從事3D打印4年,目前還沒有回報,僅僅是能維持成本,保證能夠持續走下去。他和團隊成員們也曾經猶豫過,是向前還是散伙,但大家還是一致看好這個產業,決定走下去。
????再難也要走下去 尤尼科技公司的總經理王紅堅信3D打印之路將越走越好
????在眾多從事3D打印行業的企業中,王紅創建的尤尼科技是較具代表性的一家,她從美國留學歸來后,把2000萬元資產全部投入到了3D打印產業中。在生物醫療方面實現突破,爭取打印眼角膜和人體器官,是王紅一直奮斗的目標。
????租房住也要搞3D打印
????2007年,43歲的王紅來到美國求學,接觸到了美國先進的打印技術。“在出國留學之前,我就從事打印機行業,但3D打印機我從沒聽說過。”王紅告訴記者,這完全顛覆了她對打印機的認知。2010年,王紅回到國內搞起了3D打印機的研發,從零開始培養自己的技術團隊,但實際困難遠比想象中大。走上3D打印這條路,王紅發現自己走上了一條砸錢路?!拔?000萬元的身家已經砸進去了,連房子也已經賣掉了?!蓖跫t告訴記者,早年從事打印機銷售讓她有一定的積蓄,但研發3D打印的投入讓她發現,這些積蓄是杯水車薪。僅僅一個3D打印機的噴頭需要5萬美金;一次眼角膜細胞基質的培育,1克就需要1萬元;科研人員的工資和薪金在產品研發成功前都是未知數。
????堅信3D打印夢會圓
????經過3年的辛苦試驗,通過驅動軟件的深度研發、代碼轉換的反復調試 、噴頭精度的持續改進,王紅和她的團隊終于在2012年12月份制成了青島第一批桌面民用級機器,并推廣到青島的小學校園中。4年過去了,王紅帶領的團隊也取得了一些成績:桌面級3D打印機走進校園;世界首臺彩色打印機研發成功;能夠打印骨骼的生物打印機研發成功;眼角膜細胞3D打印培育進入研發階段;人體蠟像3D打印機研發成功……