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集成系统的一个很好的案例就是3D打印电池。如果你翻开一本电池化学课本，你会发现很多制造电池的方法：标准碱性电池、可充电锂离子电池、锌空气电池等。所有电池都具备相同的基本结构：正极材料和负极材料，中间有“分离层”，像个奶酪三明治，上面是白面包，下面是全麦面包。这个大而薄的“三明治”被卷起并装进筒内，与两根电线相连：一个连接正极，一个连接负极。
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图14–4 打印出来的电池
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图14–5 埃文·马龙的3D打印机器鱼、电池和驱动器（2010年）。还没有完全打印出来
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电池工作的原理是：正极中的离子（带电原子）会移动到负极。它们在移动过程中产生电流。正极材料和负极材料（面包）、分离层（奶酪）和电池类型的不同组合，会形成不同的电池种类和性能特征。
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首个机器人出现在《时代周刊》之后不久，埃文·马龙加入了我们在康奈尔大学的实验室。埃文当时的目标就是要打印一个能走出打印机的机器人。在面临其他技术挑战之前，他首先必须面对一个更具挑战性的问题，即当时的商用打印机制造商只允许本公司员工开拓新材料的打印机。3D打印机制造商会竭尽全力地保护自己的专利材料，使用任何未授权的材料将不再保修。而且，任何一个理性的研究者都不会只为了看打印机堵塞和停止工作而将活性材料塞进价值10万美元的机器里。
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探索不受现有商用打印机限制（技术壁垒和合同限制）的新材料激发了Fab@ Home项目组（某种意义上讲也叫RepRap项目）的研究热情，也带动了后续一系列开源3D打印平台的开发。简而言之，低成本的DIY打印机更具创新性，而且如果停止工作，使用者承担的风险更低。
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埃文使用相关材料加载了3D打印机，马上遇到了第一个障碍：正极材料和锌粉变成了糊状物，不能通过喷针流动。他越用力越流不动。
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当埃文用各种肥皂和胶水克服了糊状物的问题后，他又遇到了新的挑战。多数电池中都有纸质分离隔层，甚至我们家中使用的电池也有纸质隔层，分隔正负极材料（就像是两片面包之间的芝士一样）。而分离隔层不能是任意材料，必须具有半渗透性，只能让离子穿透，不能让电子穿透。纸质材料就具有这些特性，但有讽刺意味的是，我们能打印几乎所有东西，就是不能打印纸。经过数月实验之后，埃文发现了一种由某种胶质制成可打印的分离隔层的方法。
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有了这个新方法，埃文用5种材料打印出了不同型号的电池。虽然这些电池的电容量只有相同体积工业电池的一半左右，但它们的形状完全可以定制。他可以打印出各种形状的电池，如做成腿的形状，以作为机器人的一部分。
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打印驱动器，即可移动的活性材料系统，是一个更难解决的问题。现在我们虽然可以打印出电动高分子驱动器、蜡质驱动器甚至是电磁驱动器，但是要把这些性能综合到一起就没那么简单了。单一的驱动器并不能满足我们的要求，而一块单独的电池也是不够的。活性多材料打印的最终意义在于能够创造出从打印机里走出来的完整的机器人，包括电池。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398880]
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最后的篇章：从模拟到数字
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在最后一章里，我们看到崭新的成果，即最大胆、最雄心勃勃地设想从模拟打印到数字打印的转换。在进一步探讨之前，我们必须澄清几个概念，因为“数字”这个词内涵太多，在不同的语境中有不同的含义：
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1. 指的是纯粹虚拟的、没有实际载体的信息，就像“物理型VS数字型”一样，例如数字报纸。
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2. 指的是电子的、可编辑的信息，就像“机械型VS数字型”一样，如数字恒温器。
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3. 指由分散的、不连续的单元构成，就像“模拟型VS数字型”一样，如数字钟。
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虽然数字计算机能以虚拟化的、电子的、多个“0”和“1”离散点的方式快速呈现信息，问题也随之而来。但物质形态中也有“数字”的物体，在另外两种意义上保存其特征，即可程序化编辑且由众多微小的离散点组成。
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图14–6 模拟材料与数字材料对比
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注：数字材料是由多个具有物理特性的立体像素离散点组成。
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图片来源：Jonathan Hiller
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大多数物理目标体都具有模拟特性。模拟信息系统是连续的，意味着模拟信息系统下的信息传递是流畅的。如钟的分针是绕着时钟连续运转，而数字钟不是连续运转的，数字钟中间有60个非常明确的中间状态，它停留在一种状态，然后瞬间切换到另一种状态。我们常用的计算机文档就是数字型的，因为它们是由“0”和“1”字节组成，中间没有任何间隔。
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