3D打印『破圈』元年_高雄借貸

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受海外醫療防護物資緊缺影響,利用3D打印設備製作出的口罩、醫用面罩、護目鏡等一時間成了“救場奇兵”。

根據國內B2C跨境電商平台全球速賣通的數據显示,疫情以來該平台上3D打印機的銷售額和去年相比已經翻了一番,儘管今年3D打印機的海外倉備貨大幅增加,但疫情之下這些備貨已被搶空。其中,4月份中國3D打印設備產量同比大幅增長344.7%。

那麼,3D打印機的銷量為何會因疫情而“走俏”?

雷鋒網了解到,歐、美國家由於基礎製造業較少,他們選擇用3D打印技術去製造面罩、呼吸閥、口罩扣等緊缺的醫療物資。與傳統製造模式相比,這種製造模式的好處是不受空間的制約,能夠縮短供應鏈流程,生產效率更高,並且製造門檻也更低。

國內消費級3D打印機製造商創想三維,既是這一波3D打印風潮中的獲益者,同時也是國內3D打印行業的主要參与力量。他們表示:

“3D打印只需要事先設計好,製作過程可以完全不用人工,減少了人力成本。其次,3D打印所需的工序更少,傳統工藝在製作需要經過原型塑形、翻模、打磨的階段,而3D打印則不需要加工機床和模具,複雜程度大大降低。雖然單個打印時間較長,但是批量化生產能縮短工藝流程。”

“另外,3D打印的精確度遠高於傳統工藝塑形,它能夠從一開始就儘早發現產品問題,避免沒必要的返工,從而縮短產品設計周期,更快反應市場,降低企業開發成本,提高效率。”

為了帶大家更深度地了解3D打印行業,近期雷鋒網和創想三維、大勢智慧等這些國內3D打印行業的主體力量進行了對話,從3D打印機、3D建模、行業未來趨勢等視角展開交流。

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如何打印“世界”?

3D打印又稱“增材製造”(Additive Manufacturing),它的出現可以說顛覆了人們對傳統生產製造的認知。

與普通打印機相比,3D打印機的工作原理和前者基本相同,只是打印材料有些不同。普通打印機的打印材料是墨水和紙張,而3D打印機內裝有粉末狀的金屬、陶瓷、砂,以及塑料等可粘合的打印材料。當3D打印機與電腦連接后,通過電腦控制可以把打印材料一層層疊加起來,最終把計算機上的模型變成實物。

起初,3D打印主要是在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型,后逐漸用於某些產品或零部件的直接生產製造,比如在航空航天、工程施工、醫療、教育、地理信息系統、汽車等垂直領域都有所應用。

2015年,美國國家航空航天局(NASA)基於3D打印技術,打印出航空火箭發動機的頭部。這使得零件大量減少,焊縫也隨之減少,降低了火箭發動機出現故障概率的同時,使得迭代周期縮短、成本降低。

在迪拜,政府選擇用3D打印來建造政府大樓。3D打印建築主要作業由機器完成,一體成型,建築速度快,工人的作用多為操作和檢驗3D打印機的工作情況,因此對人力的需求比傳統建築行業少。

2019年,美國加州大學聖迭戈分校利用3D打印技術,製造出模仿中樞神經系統結構的脊髓支架,成功幫助大鼠恢復了運動功能。

在英國利茲和愛丁堡大學的科學家,他們成功研製出仿生舌頭。科研人員找到15名成年志願者,在其舌頭表面做了硅膠印模,再把印模通過3D掃描,繪製成數百個味蕾狀結構的密度和尺寸……

另外,今年5月我國首飛成功的長征五號B運載火箭上,搭載着我國新一代載人飛船試驗船,船上還搭載了一台“3D打印機”。這是我國首次太空3D打印實驗,也是國際上第一次在太空中開展連續纖維增強複合材料的3D打印實驗。

以上這些,大到工程建築、火箭發動機,小到脊髓支架等都有用到3D打印技術,那麼它是如何打印這一切的?

雷鋒網了解到,3D打印產業鏈上游包括3D建模軟件、3D建模掃描儀和3D模型數據平台等建模工具,以及各種3D打印材料。產業鏈中游主要是桌面級、工業級打印機等設備,再加上航空航天、船舶工業、汽車工業、軌道交通及醫療為主的一些下游應用。

據公開信息,目前3D打印採用的主流技術有:FDM熔融沉積、SLS粉末材料選擇性激光燒結、DLP光固化、SLA光敏樹脂選擇性固化等。

國內主要專註於FDM和光固化技術研發與製造的3D打印機製造商——創想三維,談及為何會選擇這兩大技術方向,他們表示:

“因為這兩大方向是目前運用得最廣泛、普及率最高的技術。創想三維自成立六年來,結合自身的技術、資源選擇了FDM和光固化做運用功能的開發,為3D打印產業化真正落地助力。”

“在不少人眼中,3D打印機體積大、價格昂貴,並有較大的使用瓶頸,是屬於少數人的遊戲,因此創想三維希望將3D打印底層技術優化,為3D打印機的全球普及化發力,並堅持以消費級3D打印機為方向,使3D打印機平民化,走進千家萬戶,讓人們享受到科技帶來的便捷。”

此外,針對國外市場3D打印的發燒友玩家動手能力強,創造性高,希望產品可以DIY成自己想要的模樣,國內一些3D打印機製造商的DIY系列產品正在滿足這部分用戶的需求,使其以較少的費用即可組裝出一台他們需要的3D打印機。比如今年6月在海外Kickstarter平台眾籌的 DIY新品CR-6 SE,就是基於此理念的產物。

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從3D打印機到3D建模

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3D打印技術之所以受到青睞,一定程度上與其無模具限制,能夠縮短研發周期,尤其適用於形狀複雜、定製化、輕量化訴求強烈的柔性製造加工場景等因素有關。

同時我們也發現,現階段的3D打印機打印速度比較慢,較為耗費時間。而大型的3D打印機,儘管看起來非常高端大氣,但是不適合家庭的場景,同時桌面型3D打印設備更可以讓3D打印機從“小眾”走向“大眾”。

近些年,創想三維3D打印機在海外市場的銷售額正在大幅度增長。據創想三維官方信息,創想三維Ender-3 、CR-10 兩大系列打印機在全球熱賣,長期佔據谷歌3D打印機全球搜索排行榜榜首。

而他們即將在市場上大力推廣的光固化新品,正是為了滿足用戶的精細化要求,製造出速度更快、精度更高、性能更優、質量更可靠的光固化3D打印機,從消費級市場入手,普及光固化3D打印機的運用範圍。

而至於3D打印機是如何精準地打印出特定的實物?這裏不得不提到3D建模。

以3D打印在地理信息系統領域的應用為例,三維數據製造與應用服務商大勢智慧正從小場景的3D建模到大場景的3D建模持續發力,可以算是國內很有代表性的一家企業了。

目前,他們面向的垂直領域已從食品、文博展示、遊戲等拓展到智慧城市的消防、應急管理和工程施工。

雷鋒網了解到,其對真實世界進行高精度数字化和3D建模時,主要包括數據採集和算法處理兩大重點環節。前者中,類似於SLAM這種激光雷達的數據採集方式,成本相對比較高,並且在工作過程中還受到激光器的能量、接收時間等條件的限制。

因此,對城市進行高精度数字化時,其3D建模的數據採集一般採用攝影測量這種成本較低、性價比高的方式。另外,用於攝影測量的工業相機,由於嵌入了GPS等模塊使得相機有了姿態和位置,其建模的結果只要基於一系列照片合成就行。

今年10月中旬,大勢智慧基於實景三維重建引擎G-Engine1.0的三維語義化和技術儲備,又最新推出G-Engine2.0。

對比1.0版本,G-Engine2.0版本的語義三維成果完成度更高,能夠實現“按需單體化”,不僅可以在建模過程中完成對建築、地形和道路的分類,還能進一步識別房屋樓層與路面植被,實現語義信息提取,真正實現三維數據從可“看”到可用。

談及3D建模過程中的難點問題,大勢智慧CEO黃先鋒重點提到兩點,首先是圖像大規模處理過程的容錯能力,再者是弱紋理區的匹配與文件處理。

首先在容錯能力方面,黃先鋒表示:

“就像我們拼圖一樣,如果只有100張圖像要拼在一起,哪怕是人工操作一般也不會出錯。然而,當我們有100萬個圖像時,僅是檢索、匹配等這些操作的複雜程度就會大大升級,再加上有些圖像比較相似甚至有損壞,各種各樣的誤差都要在處理過程中被系統自動地挑出來,最終使得計算機的計算過程準確無誤。”

在弱紋理區的匹配與文件處理,黃先鋒提到城市中有大量的區域是弱紋理的,這種情況下計算機在進行圖像匹配時是很難分辨的,為此大勢智慧將人工智能引入到這種細節的處理。

“比如同一張圖像他們會提取很多特徵點,通過計算點和點之間對應的連接圖像的區域參數判斷能不能匹配上。在此過程中,實際上會出現很多的這種不匹配的情況,但總能有一部分正確的匹配留下來,再以這些數據作為訓練樣本讓計算機學習這些規則,人工智能技術根據原來數值解的匹配結果再來去做訓練。”

在具體的應用中,大勢智慧正用實景三維賦能行業,將三維數據服務廣泛應用於眾多行業領域中。

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從“小眾”到“大眾”

追溯其起源,我們發現3D打印這項技術是自上世紀80年代發明以來逐漸地走進人們的生產生活中,同時人們一步步在把萬物皆可打印推向現實。

到了未來,3D打印將會是怎樣的?

有專家觀點認為,精密、微小的器械是未來3D打印的重點,同時行業發展也面臨一些制約因素。一方面是生產速度,微納3D打印一直在打印時間上無法超越傳統注塑,很難形成批量化生產,所以較多的還是應用於前期產品研發階段。

另一方面,是打印材料,現在主流的微納3D打印仍然使用的是光固化(DLP)的方法,使用的材料較多的還是光敏樹脂,有很多性能還無法達到工業產業化的要求。

創想三維則表示:

“制約3D產業發展的因素,首先3D打印機的使用門檻較高,由於3D打印涉及到建模這種比較專業的技術,因此它的使用有一定的技術壁壘。而創想三維通過建立創想雲APP平台,彙集了萬餘種精緻實用的模型,致力於做到一鍵化打印。”

“其次,3D打印畢竟還是較新的行業,還處於功能開發運用階段,創想三維也一直在努力,希望在3D打印技術上能有全新的突破。”

除了以上提到的這些,雷鋒網了解到,目前3D打印產業還存在用戶認知度不夠的問題。不少人認為3D打印離自己的生活較遠,並不知道3D打印能幹什麼,以及怎樣為自己的生活帶來便利……

而這一系列常態的背後,意味着我們需要更多有影響力的廠商來推動產業的進步,讓普通百姓了解3D打印,使他們享受到科技帶來的紅利,只有這樣,3D打印才能更好地從“小眾”走向“大眾”。

【本文作者郭仁賢,由合作夥伴微信公眾號:雷鋒網授權發布,文章版權歸原作者及原出處所有,轉載請聯繫原出處。文章系作者個人觀點,不代表立場。如內容、圖片有任何版權問題,請聯繫(editor@zero2ipo.com.cn)處理。】

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