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网络日志正文
“立体打印机”,让我们睁大眼睛,高举双手。。。(二) 2012-11-14 01:43:24

让我们睁大眼睛,高举双手。。。(二)

 

老钱

08/02/2012

 

二.“立体打印机”就是新的工业革命。

 

打印机,现在几乎是家家都有的“文房数宝”之一了。打印机的产物都是平面的,或文字,或图像。文字自生以来,就是平面的。文字表达的是人类的思想和语言的记录。图像表达的是人类对世界,对事物的印象的记录,本质就是模仿,包括抽象和夸张。基本上可以说,图像是三维世界的二维表达。人类在表达三维世界时,不满足于二维表像。就发展出了雕塑。

 

在计算机时代,二维图像自然而然地就会向三维图像发展。首先在医疗诊断上的应用发展,像CT/三维X-光成像,MRI/核磁共振成像。成像是把三维的物体划分成二维,一片一片地“摄取”/采样。每片是划分成一行一行的,每行是由一系列的点组成。再由平面打印机,由点成线,由线成面地,一幅一幅地打印出来。人们也自然而然就会想,能否由平面打印机向三维打印“进化”,直接打印/塑造出立体模型出来。这就是立体打印机。其实就是数字雕塑。数字雕塑就是反“采样”其道而行之,一点一点地,然后是一片一片地叠加,就产生了立体的再现(见下图的几何解释和一个飞龙的数字雕塑)。这里的“点”,其实是小球,或者说小珠。

 

 

平面打印用的是油墨/Ink。立体打印用什么呢?我们自然会首先想到用塑料。把塑料加热融化了,用细小的针管,从一个基点起,一点一点地把塑料接上去,然后是一层一层地发展。。。这就叫,融化点滴成型/ fused deposition modeling (FDM,见下图中左半)

 

 

既然数字雕塑能做艺术造型,为什么不能造零件,造实物呢?当然可以!用强大聚焦的激光,把金属加热融化了,也是一点一点地,然后是一层一层地发展。。。这就叫,可控的激光烧结/selective laser sintering (SLS,见上图中右半)。这样就可以制造金属零部件了。

 

现在,已经发展出来了各种各样的成型方法和各种各样的原料。只要有精密的坐标轨道定位系统,就可以在计算机的指挥下,由机械手来完成。

 

下面的照片,就是两个“立体打印机”的例子。

 

 

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Hyperboloid_Print.ogv

 

这个想法二十多年前就出来了。最早的立体打印机诞生在2003年。现在,在网上,花两三千美金就可以订购到。

 

现在,全世界各国都在做各种各样的尝试。网上可以找到各种各样的报道。

 

据说,在食品方面,已经有可以“打印”火鸡肉块的立体打印机。一块火鸡肉块,中间还有芹菜。这首先用计算机分析火鸡肉块有哪些成分,一个管子一个管子把各种各样的成分放在这里面,由它一点一点把它一层一层的最后打出火鸡肉块。它也可以“打印”其他食品:巧克力、糖,甚至打成奶酪做成的一个航天飞机来。

 

在医疗应用上,在荷兰,就有人用立体打印机,打出了人的下颚骨,并移植到了人体上去。这块下颚骨,就是按人的骨头的真实结构和物质成分,分析好后,用立体打印机打出来。安装进病人口腔面部后,效果很好。现在还有人正在做整个人的大腿骨。以后,很可能把各种各样的器官都可以做出来。

 

各种各样的工业用的立体打印机也已经出现了。它可以打出这样的各种各样形状的物体来。 由计算机设计,设计好以后,这样的机器就可以把它打印出来,生产出来,这是最新的生产的方式。小的,比如一把榔头。榔头有铁的部分,有不同材料的把柄部分,都可以一层一层把它做出来。还有更大的立体打印机。下图中,就是一辆用立体打印机打出来的一个Audi汽车的整体外壳。

 

 

甚至有人在设计,整个汽车都将可以打印出来。还有人在设计,怎么把一栋楼打出来。

 

这就是数字化制造,就是新的工业革命。

 

立体打印机,既可以重复,精确地,快速地制造同样的东西,又可以根据每个人的需求,制造出完全“个性化”的单个产品。

 

立体打印机制造的产品的精度,就是决定于颗粒的大小,和坐标定位系统的机械精度,即立体打印机的分辨率。这样的立体打印机,在计算机的控制下,其“打印”速度可以是很快的。所以,数字制造也称为快速制造/rapid manufacturing。特别是,在制作模型,设计样品,产品的试验,试制的生产阶段,需要反复修改时,“立体打印”会体现出极大的优越性。

 

制造加工,比如木匠,把木头做成家具,用的是锯,凿,刨。比如金加工,用的是车,钳,铣,镗,鉋,钻。其基本的,共同的,都是用去掉部分材料的方法,即“减法”,来加工成型。而数字制造呢?如上所述,却是一点一点地累积,叠加,用“加法”来加工成型。所以,数字制造呢又叫“加法制造”/ Additive manufacturing

 

这个名词“打印机”,和动词“打印”,其语义已被极大地扩展和延伸了。其实,就是数字制造计算机制造,的俗称,别名。数控机床,其实也是一种初级的数字制造,主要是做“减法制造”。“机械人”也好,“机械手”也好,“机械指”也好,就是在计算机的操作下“制造”。“立体打印”现在是在开始阶段,还是以“加法制造”为主。但是,“加法制造”会有局限性的,将来,一定会是“数学制造”,会将加法,减法结合起来,甚至包括“乘法”,甚至“积分制造”,“微分制造”都会发展起来。这个“立体打印”的语义会不断地扩展和延伸。。。

 

在我的第一篇谈“云计算”的涂鸦里,《潘毅教授给我们讲》,我曾狂想畅言过:

 

在计算机的能力及网络速度,与人们的需求之间,永远是道高一尺,魔高一丈;魔高一丈,道高十丈。。。这个竞争,激烈峻酷,永无休止。人类欲求的无限扩张:有了数据,不够,要图像,还不够,要声音,仍不够,要视频,还要看电视!二维还不满足,要三维,四维。。。人类的‘贪得无厌’,就像普希金的长诗《金鱼和渔夫》里描写的那个老太婆一样。。。我不知下面会是什么了?说不定,哪天,一按键,就要生成实物,饮料,牛排,汉堡包。。。说不定,哪天,要俊男给俊男,要美女出美女。天知道!”

 

我狂言的,就正是这个“立体打印机”!

 

现在,这个“立体打印机”要真正进入“工业”,还有路要走。立体打印机怎么能把这无数的“小珠珠,“粘结”起来,而又既无“粘结剂”,又无“粘结”的痕迹,如同“真的”一样呢?是材料,就有微结构,是固体,就有“金相”,就有热处理。。。

但是,已经开始了。坚冰已破,航道已开。一旦开始了,其发展,其结果,就会令人眼花缭乱,瞠目结舌。

 

这些听起来,就像是“天方夜谭”一样。但是,想一想,在瓦特发明出蒸汽机之前,人们能想象得出,机器能这样的无限地放大人类的“体力”吗?想一想,在计算机发明出来之前,人们能想象得出,机器会怎样地无限地扩展人类的“脑力”吗?想一想,在网络出之前,人们能想象得出,一个小小的“电老鼠”如何能把整个地球“联通一气”吗?古人能想象,我们今天,真正地实现了,海内存知己,天涯若比邻秀才不出门,便知天下事吗?

 

这个“立体打印机”真能像老钱想象的那样,像阿拉丁的神灯那样,魔幻般地,为我们制造,心想物成吗?让我们等着瞧吧,“面包会有的,牛奶会有的”,什么都会有的。

 

人们预言,这将是第三次工业革命。第一次工业革命是十八世纪后半叶以英国的纺织机械化为标志(我们过去往往说是蒸汽机为标志)。第二次工业革命,是以福特汽车工厂在20世纪初大规模的流水线为标志的。 前两次工业革命都改变了社会,改变了历史,也改变了世界的形态。这个第三次工业革命肯定会给这个世界,带来再一次翻天覆地的变革。

 

不等“芸芸众生”从艰难困苦里站立起来,从情绪低落中缓解过来,人类历史的进程,人类前进的脚步,已经迈开,向着下一个里程碑奔去。

 

实际上,教育革命和制造革命,这两场革命都是由信息革命带来的,没有信息革命就不会有网络课程,也不会有“立体打印机”。我也相信,这两场革命一定会与“云计算”结合起来,相辅相成。这两场革命之间,也一定会相辅相成地结合起来,互相促进。我们正有幸经历着一个新时代,见证一个精彩绝伦的“大革命”。

 

让我们睁大眼睛,注视着这两场革命吧!让我们高举双手,为之欢呼雀跃,跟上去,投入进去吧。

 

本文的主要资料来源是维基百科/Wiki Encyclopedia



浏览(1931) (0) 评论(4)
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文章评论
作者:老钱 留言时间:2012-11-15 11:20:00
谢谢识字而已。现在,要想跟上所有的发展势头,要想了解这个千姿百采,日新月异的世界上的所有东西,还真是不容易。
回复 | 0
作者:识字而已 留言时间:2012-11-14 20:55:01
Anthony Atala: Printing a human kidney
http://www.ted.com/talks/anthony_atala_printing_a_human_kidney.html
这个视频他有现场打印一个肾脏给你看
Lisa Harouni: A primer on 3D printing
http://www.ted.com/talks/lisa_harouni_a_primer_on_3d_printing.html
这个网站有很多很有意思的东西
回复 | 0
作者:老钱 留言时间:2012-11-14 18:03:40
谢谢识字而已,你能在这里给出Link吗?让其他网友都去看看。或者,请你也写写,让我们一起来做点科普。
回复 | 0
作者:识字而已 留言时间:2012-11-14 09:37:17
我是看ted看到3D打印机的,可以打印人的肾,复杂精密金属器械等,后来CSImiami篇里有一集还show过,打印一个枪的消音器模型,
回复 | 0
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