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3D列印机 引导未来尖端科技新潮流

Christina 发布于 2012-05-15 19:40 阅读次 

每逢周末,14岁的莱礼•路易斯(Riley Lewis)和他几位八年级的朋友,都会聚集在他位于加州圣塔先拉拉的家里。这群人有5个左右,就看谁有空,他们会带一些洋芋片和豆泥到车库去,莱礼和他爸爸把那里打造成一个有如尖端科技制造中心的地方。

靠着一台叫作“RapMan”的机器,这些男孩不管梦想要做什么物品,几乎都做得出来。随着时间的累积,桌上摆满了他们的创作,有火箭,吉他弹片和刀叉等,他们满口谈的部是塑胶的喷出速度和热力学,以及这些力量是如何影响他们所能做出来的东西。

莱礼和同伴们对一件事已经习以为常,那就是电脑设计可以在朋友之间流转、随意修改,然后用微波炉大小的机器把它变成实物。粗略来看,RapMan很类似企业所使用昂贵且精密许多的原型机,就与玩家版的个人电脑因陋就简地模仿大型主机电脑差不多。莱礼和他爸爸大约花了32小时,用1500美元的玩家套件组了一台3D列印机。

各行各业都能做模型

如同很多3D列印机一样,这台TapMan是把塑胶(类似乐高材质)熔化,然后操控移动喷嘴把它喷出去。喷嘴来回移动,伴随着电流的滋滋声,一次把一层超薄的塑胶涂在平台上。如果是要制作杯子,机器就会涂上一圈塑胶,把主口降低几分之一毫米,再涂上一圈塑胶,并持续进行到杯子做好为止。

想要做个把手,或是把名字刻在杯子上吗?RapMan也做得到。只要随便套入几种免费的3D软件程式,把物件弯成你要的样子,并点选列印就行了。

汽车制造商和航太公司使用工业等级的3D列印矶,为机具制作原型零件,有25年历史;到了近期,医界也靠这种机器来订仿助听器和隐形牙套;建筑师利用这种技术来制作模型;消费电子公司则以此来打造最新产品的原型。

对各行各业来说,3D列印机已成为做生意的必备工具,大型工业用系统目前的售价约在五5000到100万美元之间,近来更发展到能印出不同颜色的塑胶,并套用其他材料,像是金属、玻璃和陶瓷等。

追踪3D列印机产业的顾问公司沃勒斯联合公司(Wohlers Associates)估计,目前市场规模约为17亿美元。随着机器的销售量迅速攀升,沃勒斯预测,市场在2015年之前就会达到37亿美元。

这个产业历经过多次整拼,过去几年来,创造出3D列印产业的3D Systems收购了一家对手,以及多家软硬件和设计公司,另外两家主要业者Stratasys和Object最近也同意合并。

从工业用走向消费者

就像工业等级的技术往往会发生的情况一样,3D列印已往下扩及了消费者。3D Systems在4月中打响第一枪,推出了Cube。它的骨子里是RapMan,伹经过预先组装,看起来像是苹果(Apple)工业设计师的独创作品。现在任何人部能用1299美元买到一台3D列印机,把它连上WiFi网络,并下载要做成实物的档案。

同时,设计软件业者Autodesk也推出了123D,这套免费应用程序可以让一般人在自己的电脑,甚至是iPad上设计与订做东西,然后把它传送到像Cube这样的机器里。

消费者导向的新创公司也加入了这些业者的行列。他们专门列印电玩里的分身或地形图,让你可以把在优胜美地最喜欢的露营据点变成塑胶纪念品。在布鲁克林有一家制造商MakerBot工业,是玩家市场的霸主。它卖出了趦过1000台的台式3D列印机,并且推出书为“Replicator”的预先组装款,售价是1749美元。

“我们把机器卖给了迪士尼(Disney)、Google、微软(Microsoft),还把它送进全国各地的宿舍房间里。”MakerBot的共同创办人布雷•佩提斯(Bre Pettis)说,“我们的用户可能是在美国航太总署(NASA)或皮克斯动画(Pixar)上班的人,也可能是想要活在未来的一般人。列印实物的技术,并不是在硅谷或某个资金充沛的企业研究实验室所开发出来的,它是大约 30年前产自南加州。

当时查克,贺尔(Chuck Hull)在一家叫作紫外产品(Ultra Violet Products, UVP)的中型造厂上班,身为受过训练的工程师及物理学家,贺尔主导研发了公司的紫外光硬化型树脂,它是用来为家具和其他的表面添加保护层。在为了制作塑胶模型丽花上好几个小时堆出无数层树脂后,一向爱动脑筋改良的贺尔便开始实验。

在UVP公司的密室里,贺尔做出了第一台3D列印机的雏形。他把液态树脂倒进小盆子里,架了一个平台,并靠盆子里面的升降机关来控制。

然后,贺尔装了一个移动式紫外光机,上面有个遮板,并写了一些软件来控管零件。平台会升到树脂表层的附近,所以只会有薄薄一层的液体涂在上面。光线打开,塑胶变硬,接着机器把平台降低,涂上一层新的树脂,制程就能重新展开一遍。

贺尔把这台机器展示给UVP总裁看时,却听到了令人沮丧的消息。公司的主要事业每况愈下,贺尔连同另外几位员工都将遭到解雇,于是他与总裁谈条件:贺尔拿这项新技术去开公司,企业的部分所有权则归UVP所有。贺尔为制程取得了专利,并称它为“立体印刷”。“我到了40多岁才创业,”他说,“我们把公司取名为3D Systems,并一路往前冲刺。”

贺尔身形高大、手长脚长,留着灰白的小胡子,声音低沉,他担任3D System的技术负责人,并仍住加州的瓦伦西亚上班。他有一间研究实验室,里面有形形色色的仪器,用来测试放在办公园区的新机器与新材料。不过,3D System在其他地方的办公室也堆满了机器,而且看起来就和电影《星舰迷航记》(Star Trek)里的没两样,公司在6年前买下并搬进了这座耀眼的新总部,地点是在南卡罗莱纳州的岩丘区。

机器本身就是小工厂

在岩丘厂区的中央附近一个用玻璃围起来的地方,生产部经理克里斯•路易斯(Chris Lewis)正站在一台sPro 230型号机器的前面。这台和工具间一样大的机器本身就是一座工厂,能轻而易举地做出手推车,就和做汽车仪表板、灯具或玩具城堡一样。

每台sPro 230邡装满了一种特殊塑胶粉,每磅要价55美元。路易斯把电脑所输出的3D物件雕像传到机器里,它就会开始制作产品,一次做超薄的一层。机械手把一层粉撒在sPro 230内部的平台上,然后用雷射从上往下照,并按照指定的位置把粉熔成硬塑胶,多余的粉就不管它。接着主口降低0.003到0.006英寸,视设定而调整;滚轴把另一层粉涂到平台上,雷射照一次,以此类推。

假设要从上到下仿一个金字塔,雷射就会先熔粉来制作金字塔的顶端,然后逐步做出愈来愈大的正方肜,以构成物体逐渐扩展的轮廓。假如希望金字塔的各边呈现脊状或是弯曲的线条,精准的雷射就会直接勾勒出所要的罐子,而不会把它切成完美的正方形。

现今的制程技术虽然还是需要手工,但已改善得更快、更便宜、更白动化,也因此有了新的顾客。像奔驰(Mercedes)、本田(Honda)、波音(Boeing)和洛克希德马丁(Lockheed Martin)等公司都开始用3D印表机来制作原型,或是制造最终产品所耍用的零件,微软也用3D列印机来帮忙设计电脑滑鼠和键盘。

“买宝马(BMW)的人会希望车子的零件上印有自己的名字,或是依照白己的体型来订制座椅。”3D Systems的董事长艾比•雷钦托(Abe Reichental)说,“日前我们正在研究实验室里印制巧克力,所以戈代娃(Godvia)可能会把你的脸印在糖果棒上,就看我们的想像力要怎么发挥。”

在摆满3D列印物品的大办公室里,包括一只巨大的蚂蚁、工具以及深紫红色的迪士尼(Walt Disney)半身像。雷钦托谈到了独家专利的塑胶,他说,3D Systems目前的营收有7成左右是来自重复销售的材料,比起雷钦托接掌时的1成有所增长,去年公司的年营收提高了44%,从1亿5990万美元增长到2亿2040万美元。

雷钦托对于道个厂区所经营的托印服务相当自豪,顾客订购零件后,生产部经理路易斯就用特殊的软件来编排,并尽量用一个批次来容纳最多的物件。

设计师可测市场水温

不过,真正让雷钦托磨拳擦掌的是,3D Systems开始主攻让消费者买得起的列印机。Cube顶定要在五月开卖,他则展示了早期的版本,与玩家套件不同的是,Cube拿来就能印,购买机器的人会看到10个预先载入的3D列印物件,所以他们不必搞懂3D设计软件的细微差别,就能立刻把东西做出来。

当然,Cube在消费者市场上也面临了激烈的竞争。总部在纽约的Shapeways,基本上等于是3D列印界的亚马逊网站。它的网站让人可以把产品设计上传,然后对物件下单。Shapeways多半是利用3D Systems或其他供应商的工业用机器把物件印出来,再把成品邮寄给你。

3D列印机的独门特性所做出来的东西,几乎无法用其他任何方式来打造,比方说,你可以订购一个“球中球中球中球”。“有的东西甚至有70个活动零件,但一次就可以印到好。” Shapeways董事长彼得•韦玛斯豪森(Peter Weijmarshausen)一面说,一面从盒子里拿出一件3D列印的比基尼。

就与莱礼家车库里的小朋友一样,韦玛斯豪森对消费型产品有不同的见解。从工业革命以来,制造业者就难免要担心产品对大众的吸引力,假如你呕心沥血设计出一款灯,你会想要确定是否有成千上万人订购,好让生产成本划得来。

如今,这套公式已经翻转了,设计师大可以一次只卖1样或10样东西,因为在东西真正有人下订前,都不必负担制造成本。诚如韦玛斯豪森所说:“我们努力的基本前提是,要让人人想要什么,就能做出来或买到手。”

每逢周末,14岁的莱礼•路易斯(Riley Lewis)和他几位八年级的朋友,都会聚集在他位于加州圣塔先拉拉的家里。这群人有5个左右,就看谁有空,他们会带一些洋芋片和豆泥到车库去,莱礼和他爸爸把那里打造成一个有如尖端科技制造中心的地方。

靠着一台叫作“RapMan”的机器,这些男孩不管梦想要做什么物品,几乎都做得出来。随着时间的累积,桌上摆满了他们的创作,有火箭,吉他弹片和刀叉等,他们满口谈的部是塑胶的喷出速度和热力学,以及这些力量是如何影响他们所能做出来的东西。

莱礼和同伴们对一件事已经习以为常,那就是电脑设计可以在朋友之间流转、随意修改,然后用微波炉大小的机器把它变成实物。粗略来看,RapMan很类似企业所使用昂贵且精密许多的原型机,就与玩家版的个人电脑因陋就简地模仿大型主机电脑差不多。莱礼和他爸爸大约花了32小时,用1500美元的玩家套件组了一台3D列印机。

各行各业都能做模型

如同很多3D列印机一样,这台TapMan是把塑胶(类似乐高材质)熔化,然后操控移动喷嘴把它喷出去。喷嘴来回移动,伴随着电流的滋滋声,一次把一层超薄的塑胶涂在平台上。如果是要制作杯子,机器就会涂上一圈塑胶,把主口降低几分之一毫米,再涂上一圈塑胶,并持续进行到杯子做好为止。

想要做个把手,或是把名字刻在杯子上吗?RapMan也做得到。只要随便套入几种免费的3D软件程式,把物件弯成你要的样子,并点选列印就行了。

汽车制造商和航太公司使用工业等级的3D列印矶,为机具制作原型零件,有25年历史;到了近期,医界也靠这种机器来订仿助听器和隐形牙套;建筑师利用这种技术来制作模型;消费电子公司则以此来打造最新产品的原型。

对各行各业来说,3D列印机已成为做生意的必备工具,大型工业用系统目前的售价约在五5000到100万美元之间,近来更发展到能印出不同颜色的塑胶,并套用其他材料,像是金属、玻璃和陶瓷等。

追踪3D列印机产业的顾问公司沃勒斯联合公司(Wohlers Associates)估计,目前市场规模约为17亿美元。随着机器的销售量迅速攀升,沃勒斯预测,市场在2015年之前就会达到37亿美元。

这个产业历经过多次整拼,过去几年来,创造出3D列印产业的3D Systems收购了一家对手,以及多家软硬件和设计公司,另外两家主要业者Stratasys和Object最近也同意合并。

从工业用走向消费者

就像工业等级的技术往往会发生的情况一样,3D列印已往下扩及了消费者。3D Systems在4月中打响第一枪,推出了Cube。它的骨子里是RapMan,伹经过预先组装,看起来像是苹果(Apple)工业设计师的独创作品。现在任何人部能用1299美元买到一台3D列印机,把它连上WiFi网络,并下载要做成实物的档案。

同时,设计软件业者Autodesk也推出了123D,这套免费应用程序可以让一般人在自己的电脑,甚至是iPad上设计与订做东西,然后把它传送到像Cube这样的机器里。

消费者导向的新创公司也加入了这些业者的行列。他们专门列印电玩里的分身或地形图,让你可以把在优胜美地最喜欢的露营据点变成塑胶纪念品。在布鲁克林有一家制造商MakerBot工业,是玩家市场的霸主。它卖出了趦过1000台的台式3D列印机,并且推出书为“Replicator”的预先组装款,售价是1749美元。

“我们把机器卖给了迪士尼(Disney)、Google、微软(Microsoft),还把它送进全国各地的宿舍房间里。”MakerBot的共同创办人布雷•佩提斯(Bre Pettis)说,“我们的用户可能是在美国航太总署(NASA)或皮克斯动画(Pixar)上班的人,也可能是想要活在未来的一般人。列印实物的技术,并不是在硅谷或某个资金充沛的企业研究实验室所开发出来的,它是大约 30年前产自南加州。

当时查克,贺尔(Chuck Hull)在一家叫作紫外产品(Ultra Violet Products, UVP)的中型造厂上班,身为受过训练的工程师及物理学家,贺尔主导研发了公司的紫外光硬化型树脂,它是用来为家具和其他的表面添加保护层。在为了制作塑胶模型丽花上好几个小时堆出无数层树脂后,一向爱动脑筋改良的贺尔便开始实验。

在UVP公司的密室里,贺尔做出了第一台3D列印机的雏形。他把液态树脂倒进小盆子里,架了一个平台,并靠盆子里面的升降机关来控制。

然后,贺尔装了一个移动式紫外光机,上面有个遮板,并写了一些软件来控管零件。平台会升到树脂表层的附近,所以只会有薄薄一层的液体涂在上面。光线打开,塑胶变硬,接着机器把平台降低,涂上一层新的树脂,制程就能重新展开一遍。

贺尔把这台机器展示给UVP总裁看时,却听到了令人沮丧的消息。公司的主要事业每况愈下,贺尔连同另外几位员工都将遭到解雇,于是他与总裁谈条件:贺尔拿这项新技术去开公司,企业的部分所有权则归UVP所有。贺尔为制程取得了专利,并称它为“立体印刷”。“我到了40多岁才创业,”他说,“我们把公司取名为3D Systems,并一路往前冲刺。”

贺尔身形高大、手长脚长,留着灰白的小胡子,声音低沉,他担任3D System的技术负责人,并仍住加州的瓦伦西亚上班。他有一间研究实验室,里面有形形色色的仪器,用来测试放在办公园区的新机器与新材料。不过,3D System在其他地方的办公室也堆满了机器,而且看起来就和电影《星舰迷航记》(Star Trek)里的没两样,公司在6年前买下并搬进了这座耀眼的新总部,地点是在南卡罗莱纳州的岩丘区。

机器本身就是小工厂

在岩丘厂区的中央附近一个用玻璃围起来的地方,生产部经理克里斯•路易斯(Chris Lewis)正站在一台sPro 230型号机器的前面。这台和工具间一样大的机器本身就是一座工厂,能轻而易举地做出手推车,就和做汽车仪表板、灯具或玩具城堡一样。

每台sPro 230邡装满了一种特殊塑胶粉,每磅要价55美元。路易斯把电脑所输出的3D物件雕像传到机器里,它就会开始制作产品,一次做超薄的一层。机械手把一层粉撒在sPro 230内部的平台上,然后用雷射从上往下照,并按照指定的位置把粉熔成硬塑胶,多余的粉就不管它。接着主口降低0.003到0.006英寸,视设定而调整;滚轴把另一层粉涂到平台上,雷射照一次,以此类推。

假设要从上到下仿一个金字塔,雷射就会先熔粉来制作金字塔的顶端,然后逐步做出愈来愈大的正方肜,以构成物体逐渐扩展的轮廓。假如希望金字塔的各边呈现脊状或是弯曲的线条,精准的雷射就会直接勾勒出所要的罐子,而不会把它切成完美的正方形。

现今的制程技术虽然还是需要手工,但已改善得更快、更便宜、更白动化,也因此有了新的顾客。像奔驰(Mercedes)、本田(Honda)、波音(Boeing)和洛克希德马丁(Lockheed Martin)等公司都开始用3D印表机来制作原型,或是制造最终产品所耍用的零件,微软也用3D列印机来帮忙设计电脑滑鼠和键盘。

“买宝马(BMW)的人会希望车子的零件上印有自己的名字,或是依照白己的体型来订制座椅。”3D Systems的董事长艾比•雷钦托(Abe Reichental)说,“日前我们正在研究实验室里印制巧克力,所以戈代娃(Godvia)可能会把你的脸印在糖果棒上,就看我们的想像力要怎么发挥。”

在摆满3D列印物品的大办公室里,包括一只巨大的蚂蚁、工具以及深紫红色的迪士尼(Walt Disney)半身像。雷钦托谈到了独家专利的塑胶,他说,3D Systems目前的营收有7成左右是来自重复销售的材料,比起雷钦托接掌时的1成有所增长,去年公司的年营收提高了44%,从1亿5990万美元增长到2亿2040万美元。

雷钦托对于道个厂区所经营的托印服务相当自豪,顾客订购零件后,生产部经理路易斯就用特殊的软件来编排,并尽量用一个批次来容纳最多的物件。

设计师可测市场水温

不过,真正让雷钦托磨拳擦掌的是,3D Systems开始主攻让消费者买得起的列印机。Cube顶定要在五月开卖,他则展示了早期的版本,与玩家套件不同的是,Cube拿来就能印,购买机器的人会看到10个预先载入的3D列印物件,所以他们不必搞懂3D设计软件的细微差别,就能立刻把东西做出来。

当然,Cube在消费者市场上也面临了激烈的竞争。总部在纽约的Shapeways,基本上等于是3D列印界的亚马逊网站。它的网站让人可以把产品设计上传,然后对物件下单。Shapeways多半是利用3D Systems或其他供应商的工业用机器把物件印出来,再把成品邮寄给你。

3D列印机的独门特性所做出来的东西,几乎无法用其他任何方式来打造,比方说,你可以订购一个“球中球中球中球”。“有的东西甚至有70个活动零件,但一次就可以印到好。” Shapeways董事长彼得•韦玛斯豪森(Peter Weijmarshausen)一面说,一面从盒子里拿出一件3D列印的比基尼。

就与莱礼家车库里的小朋友一样,韦玛斯豪森对消费型产品有不同的见解。从工业革命以来,制造业者就难免要担心产品对大众的吸引力,假如你呕心沥血设计出一款灯,你会想要确定是否有成千上万人订购,好让生产成本划得来。

如今,这套公式已经翻转了,设计师大可以一次只卖1样或10样东西,因为在东西真正有人下订前,都不必负担制造成本。诚如韦玛斯豪森所说:“我们努力的基本前提是,要让人人想要什么,就能做出来或买到手。”


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