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1701073431 陶瓷艺术品也能3D打印了,2014年,荷兰的VormVrij开始3D打印和销售陶瓷物品,2015年,佛罗里达州的DeltaBots推出了专为陶瓷设计的3D打印机。总之,这个领域疯狂、有趣的尝试层出不穷:对喜欢吃巧克力的我来说,我很乐意听到,2012年,从英国埃克塞特大学里走出来的Choc Edge公司发明了3D巧克力打印机,名为“巧克力创造者”。
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1701073433 鉴于目前创客运动和文化在全球方兴未艾,创客空间和孵化器遍地开花,每一家都很可能会购买3D打印机这种创客必备装置,接下来3D打印领域的创新会更值得期待,3D打印能做的事情会越来越多。
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1701073435 制造趋于极简
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1701073437 如前所说,工具和过程的简化和便捷已经成为3D打印技术发展的重要趋势。3D打印正在推进产品生产的“民主化”进程,但我们首先需要产品设计的“民主化”。大部分产品设计者都会从已有的一款产品着手,修改功能或外观后,将其变成另一款新产品。在3D打印的时代,要做同样的事情,我们首先需要一台3D扫描仪。问题是,虽然现在我们已经有3D打印机了,但它们都还不是3D扫描仪。3D扫描仪还是一个单独的机器,而且也不便宜。
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1701073439 3D扫描不是一项新技术,20世纪60年代就已经有3D扫描仪了。过去我们早就使用激光雷达(LIDAR)来获知一个物体的三维信息了。1971年的时候激光雷达就被用于探测月球表面了。如今激光雷达则成了谷歌无人驾驶汽车的“眼睛”。
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1701073441 第一款商业化的产品是一部头部扫描仪,1987年由大卫(David)和劳埃德·阿德尔曼(Lloyd Addleman)在蒙特利的控件实验室研发出来的。紧随其后的是1990年日本NKK公司发明的3D扫描仪以及法国的Vision 3D,英国的3D扫描仪(1994年的Replica和1996年的ModelMaker),得克萨斯的Digibotics,洛杉矶Ben Kacyra的Cyra Technologies(1998年的Cyrax,2001年被瑞士的Leica收购)以及Cyberware自己。2010年,微软为xbox 360游戏机推出的Kinect动作感应设备,实际上2005年就被发明了,是3D扫描技术的一个副产品。
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1701073443 如今我们已经有了手持3D扫描仪,比利时4DDynamics公司的IIIDScan PrimeSense扫描仪,中国先临三维(Shining 3D)的EinScan-S扫描仪以及英国Fuel3D的Scanify扫描仪,价格都在2 000美元左右。当然也有一些价格上万的扫描仪,比如Artec公司的Eva from Luxembour、尼康的ModelMaker MMDx以及加拿大Creaform的HandyScan。
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1701073445 我们也已经有了能够连接到智能手机或平板电脑的3D扫描仪,比如3D Systems的Cubify iSense,EORA,这也是一个众筹项目。Occipital推出了一个名叫Structure Sensor的便携式3D传感器,可以搭载在iPad的背部,同样是众筹的项目,价格只要几百美元。
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1701073447 同时,我们也有桌面的扫描仪,比如多伦多Matter & Form的MFS1V1,也是众筹项目,它用一个转盘来扫描物体。洛杉矶NextEngine的Ultra HD扫描仪,MakerBot公司的2016 Digitizer。这些3D扫描仪都可以创建一个在电脑上操作的数字文件。2014年,两款产品改变了3D打印的历史,洛杉矶AIO Robotics的Zeus以及中国台湾XYZPrinting的Da Vinci AiO:这两款产品终于将3D扫描和3D打印结合了起来。
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1701073449 一款叫作Peachy Printer(桃色打印机)的3D打印机也有望解决这个问题,Peachy Printer是在Kickstarter上众筹的一款激光3D打印机,当与摄像头结合后,Peachy Printer又可以变身为3D扫描仪。Peachy Printer会不断产生一束直线激光,当360度旋转物件时,摄像头会拍下物体图片,据此勾画出3D模型。
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1701073451 还有一种创新解决方案是,将每个人的智能手机变成3D扫描仪。加州理工学院阿里·哈吉米瑞(Ali Hajimiri)的研究小组正在研发一种一毫米级芯片(one-millimiter chip),该芯片可以直接安装到智能手机里,将你的智能手机变成一台3D扫描仪。微软首席研究员沙赫拉姆-伊扎迪(Shahram Izadi)和他的同事也在2015年研究出了让普通手机变成3D扫描仪的方法,智能手机加载他们研发的系统后,只需手机自带的摄像头和处理器就可以扫描3D物品。同年,麻省理工学院媒体实验室拉斯卡尔(Ramesh Raskar)的团队发明了一种“偏光式3D技术”(Polarized 3D),该技术极大地提高了3D扫描的质量,未来有一天也许我们的智能手机就能安装上高质量的3D相机。
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1701073453 接下来有一天,我们将可能实现的是,用手机给某样物体拍个照,用一些3D设计软件修改,然后再3D打印出来一个复制品。
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1701073455 这里还有一个问题是,很少有人有耐心学习CAD设计软件到底怎么使用,尤其是3D版的。现在大部分“创客”使用的都是开源平台已有的模型,比如从3D模型库Thingiverse上下载一个设计好的模型,直接打印出来。
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1701073457 3D设计和建模方面当然也有不少进步。目前最具影响力的一些工具是:法国达索的CATIA(1981),波士顿Parametric Technology公司的Pro / E(后来更名为Creo)(1987),旧金山Gary Yost公司的3D Studio(1990年成立,1992年被Autodesk收购后更名为3DS Max),得克萨斯州NewTek公司LightWave3D(1990),波士顿Jon Hirschtick公司的SolidWorks(1995年成立,1997年被Dassault收购),亚拉巴马州Intergraph公司的SolidEdge(成立于1996年,2007年被Siemens收购),洛杉矶Pixologic公司的ZBrush(成立于1999年),Autodesk的Inventor(1999)以及科罗拉多州Last Software的SketchUp(成立于2000年,2006年被谷歌收购)。
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1701073459 这些工具的问题是,他们用起来实在过于复杂了!虽然它们的功能也越来越强悍,但价格和复杂指数也一直在飙升。但是,过去20年里也出现了很多便宜的甚至是免费的工具,比如开源项目Blender(荷兰,1995)以及FreeCAD(德国,2002),Autodesk 123D(2009),Pixologic的Sculptris(2009)以及Kai Backman公司的TinkerCAD(2011,2013年被Autodesk收购)。
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1701073461 如何更便捷地进行设计这个问题当然有人尝试解决了。比如,视频游戏Minecraft自从2011年被瑞典设计师马库斯·泊松(Markus Persson)发明出来之后引起了很大的反响。因为连儿童都可以使用Minecraft类似堆积木的概念来设计出复杂的3D模型。
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1701073463 2014年,法国的西尔万·于埃(Sylvain Huet)用相同的理念研发了3DSlash设计软件,零基础的3D建模爱好者也可以简单快速地学习如何设计。此外,将3D建模应用到iPad等平板电脑,使用云储存分享并促进设计者之间的互相沟通等方面也已经有了大量的尝试。比如,Autodesk的两名前员工埃维·迈耶(Evi Meyer)和埃里克·萨丕尔(Erik Sapir)2014年在旧金山创立了3D设计软件uMake,提供Autodesk的3D设计工具的手机版。再比如,2015年,Autodesk为创客们设计3D物体增加了一个基于云端的服务Forge,与一个风险基金Spark一起来投资这个领域最大胆的想法。2015年,旧金山的王喆柳怡(Rita Wong)发布了Valsfer,一款连接设计者和制造商的社交平台。
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1701073465 一个3D模型通常都会被编码成STL格式,然后设计师可以用STL编辑工具对它进行修改,比如意大利的开源软件MeshLab(2005年在比萨大学研发的),或加拿大的编辑工具Meshmixer(多伦多大学的瑞安·施密特开发的,后来被Autodesk收购)。当STL文件准备被发送到一个3D打印机时,我们还需要一个工具将STL转化为3D打印机的系列打印指令。这就意味着要将3D模型“切片”,这个过程中使用的软件也因此有时被称为“切片机”。比如,RepRap社区的标准3D打印软件,开源的Slic3r,Ultimaker公司的Cura,俄亥俄州的Simplify3D。
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1701073467 听起来很复杂对吧?但趋势是简化这个过程,几年内这个行业就会面目全非。比如,微软在3D打印上就有一个全面的商业策略。2013年,微软为Windows 10操作系统推出了3D扫描和建模,微软的用户可以扫描、下载、编辑和打印3D模型。如果你还没有3D打印机,微软还跟Materialise合作提供一种基于云端的服务,可以将你的3D打印物品送货上门。
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1701073469 当3D打印的工具和过程越来越简单和便捷,直到价格变成消费级后,你就可以3D打印出自己的家具了!步骤很简单:扫描你的茶杯,修改茶杯的3D模型,然后将你自己版本的茶杯打印出来。
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1701073471 更酷的是,接下来,你可以直接打印出家人和朋友的3D缩微模型了!而不是像现在这样打印出来平面的照片!2015年,洛杉矶的CoKreeate已经开始了这种尝试,他们提供一种3D打印人的复制品的服务,他们用Artec扫描仪做成一个人体3D模型,然后再用一台Z Corp 3D打印机制造一个你的副本。
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1701073473 最终的目标应该是“双向制造”:从数据库中选择一个物体的三维模型—将它的数字文件3D打印下来—手动修改它—3D扫描它—上传该物品新的数字文件—3D打印新的数字文件,也就是一个崭新的你的设计作品。在这个过程中,手工修改的自由感和3D打印的精确度就被结合到了一起。这方面不乏尝试者,比如,2015年,英国兰开斯特大学杰森·亚历山大(Jason Alexander)的团队发明的混合设计技术ReForm,它专为黏土设计(使用黏土的优势是,直到你把它放进烤箱之前,它都是柔软的,你可以按自己的喜好多次重塑它),将3D建模、打印与手工雕塑融合在一起,创作者可以同时使用3D打印技术和手工雕刻技术制作黏土对象。
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1701073475 生物打印人体器官
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1701073477 3D打印在医学发展方面的应用前景如何
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1701073479 3D打印已经在尝试打印人体组织了,这确实不是在开玩笑。最先认真应用3D打印技术的就是医疗保健行业,因为每个人的身体都是不同的,定制一些医疗辅助产品就很有必要,比如人造牙冠、助听器以及人工髋关节置换材料等。
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