老是聽說3D打印，那么3D打印到底是什么呢？

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)3D打印研究中心主任周惠興教授說：“要談?wù)撧r(nóng)業(yè)3D打印，首先得知道什么是3D打??？”

周惠興解釋道：“3D打印屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，適用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。本質(zhì)意思就是把材料堆積成需要的形狀，好比我們?nèi)ド碁┩娴臅r候，用沙子堆城堡或者其他一些好玩的東西。很多時候由于沙子的疏松性能，城堡很難直接堆積起來，往往一堆就塌。3D打印也是如此，那么如何才能解決這個問題？這就涉及到材料、工藝、設(shè)備等三個方面的問題，這三個中的任何一種的改進(jìn)都可稱之為一種方法，專業(yè)術(shù)語稱之為增材制造。增材制造的方法涉及到了方方面面?！?/p>

3D打印的過程通常是3D打印機(jī)在設(shè)計文件指令的導(dǎo)引下，通過熔化固體粉末或熔融的液態(tài)材料，使其固化為一個特殊的平面薄層。第1層固化后，3D打印機(jī)打印頭返回，在第1層外部形成另一薄層。第2層固化后，打印頭再次返回，并在第2層外部形成另一薄層。如此往復(fù)，最終薄層累積成為三維物體。

在周惠興的實驗室里，記者見到了兩臺3D打印機(jī)正在運轉(zhuǎn)著，一臺剛剛打印出了“?！弊值南掳氩糠?，一臺似乎才開始打印，看不大出打印的是什么物件。打印機(jī)上方的架子上擺放著所需要的材料，是湊齊了七種顏色的線條。

周惠興指著線條說：“這是由玉米淀粉制成的材料，在打印機(jī)后面有個專門放置線匣子的地方，連著兩根打印機(jī)上面的兩根管子，這兩根管子通過將線條輸入噴頭內(nèi)，高溫溶成液體，輸送到打印機(jī)內(nèi)，在輸出噴頭的一瞬間凝結(jié)成固體，由此打印出物體。物體的形狀是事先通過設(shè)計軟件設(shè)計好之后，將數(shù)據(jù)輸入打印機(jī)內(nèi)。”

在線條的旁邊架子上放的則是通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)出來的成品，是一排五顏六色的花朵。周惠興說：“這些目前是用作玩具設(shè)計的，由于成本低、制造速度快、節(jié)約時間、設(shè)計制造一體化的優(yōu)勢，它很可能在未來掀起制造業(yè)的革命。”

與農(nóng)業(yè)3D打印結(jié)緣

北京市中農(nóng)富通園藝有限公司（以下簡稱“中農(nóng)富通”）是一家以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、北京市農(nóng)林科學(xué)院、北京農(nóng)學(xué)院等科研院校為技術(shù)依托的農(nóng)業(yè)高科技企業(yè)。同時，也是國內(nèi)最早投入農(nóng)業(yè)3D打印研究的企業(yè)，在2016年10月份舉辦的北京國際農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品展覽會上，中農(nóng)富通展出的“3D生物打印機(jī)吸引了不少人的眼球。

他們的研究顧問便是周惠興。周惠興早期的研究是直線電機(jī)和精密運動控制，2013年他首先將直線電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于3D生物打印領(lǐng)域。2015年10月份由國家863項目支持，周惠興及相關(guān)企業(yè)聯(lián)合研制的首臺3D生物血管打印機(jī)問世。

同時，他開始將3D打印技術(shù)應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域。

2013年，周惠興在學(xué)校組織的一次會議上聽同事說到，我國的農(nóng)機(jī)裝備造價高昂，工藝復(fù)雜，不能很好的滿足我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求。同事的話給長期從事3D打印研究工作的周惠興提了個醒——何不用3D打印技術(shù)完成農(nóng)機(jī)裝備的復(fù)雜部件制造工作。由此，周惠興開始了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的3D打印技術(shù)研究。

2015年，通過同校老師的推薦，中農(nóng)富通了解到周惠興在做3D打印的研究工作，便邀請他去公司做演講。演講之后，周惠興成為了中農(nóng)富通3D打印技術(shù)的研究顧問。

2016年年初，中農(nóng)富通正式撥款啟動研發(fā)項目，中農(nóng)富通負(fù)責(zé)3D打印項目的工作人員說：“目前，公司主要在農(nóng)機(jī)裝備、園藝觀賞、食品等三個方面進(jìn)行研究。食品的3D打印尚未成熟，但是農(nóng)機(jī)裝備和園藝觀賞已經(jīng)有了一定的系統(tǒng)性研發(fā)，我們會根據(jù)客戶需要來進(jìn)行定制化打印，這樣會更符合市場一些。尤其是農(nóng)機(jī)裝備零部件的打印更是如此?！敝修r(nóng)富通將為農(nóng)機(jī)及國內(nèi)創(chuàng)新教育領(lǐng)域提供3D打印技術(shù)服務(wù)。

3D打印改變農(nóng)機(jī)制造

農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)對象為生物及其生長的環(huán)境，如種子、作物、土壤、肥料、農(nóng)藥等，由于它們品種繁多、形狀復(fù)雜、物理機(jī)械性質(zhì)多變并且軟弱易傷，所以為滿足各項作業(yè)的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求，農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)相當(dāng)復(fù)雜。

同時，農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)過程中許多的作業(yè)環(huán)節(jié)，因各地自然條件、作物構(gòu)成和耕作制度的差異，造成了農(nóng)業(yè)機(jī)械的多樣性。使得農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)項目必然種類繁多、研發(fā)面廣、成本高。

長期以來，由于農(nóng)業(yè)機(jī)械工作對象的復(fù)雜性，在科研、開發(fā)過程中，以水泵葉輪為代表的模具形狀復(fù)雜。這些原型的制作非常麻煩，往往是先開模具，然后再做出樣品，而運用3D打印技術(shù)，無需開模具，可以把制造時間降低。

周惠興認(rèn)為，3D打印可以改變傳統(tǒng)的設(shè)計流程和制作工序。在設(shè)計方案綜合比較時，運用3D打印直接打印出設(shè)計模型，不僅可以直觀地進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案比較，而且還可以多角度進(jìn)行技術(shù)分析。

為了更加直觀地展示，周惠興打開他的電腦，進(jìn)入一個名為“AUTODESKINVENTOR”的設(shè)計軟件，里面有他設(shè)計的汽車模型。

隨著汽車模型的旋轉(zhuǎn)，周惠興說到：“在樣機(jī)設(shè)計時，傳統(tǒng)方法主要考慮生產(chǎn)工藝能否實現(xiàn)，而運用3D打印，將會顛覆這一設(shè)計思路，樣機(jī)設(shè)計時不再過份考慮生產(chǎn)工藝問題，而可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在復(fù)雜件制作這個環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的方法往往是先做模具，再做出樣品，運用3D打印無需模具，就可以短時間制造出實際零件出來?！?/p>

山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院副院長裴進(jìn)靈曾公開表示，一些好的設(shè)計理念，無論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜，均可利用3D打印技術(shù)，短時間內(nèi)制造出來，從而極大地促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，有效克服我國農(nóng)機(jī)工業(yè)設(shè)計能力薄弱的問題。

對于3D打印應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)中，對農(nóng)機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的影響。裴進(jìn)靈將其概括為四個可以：可以使設(shè)計模型更加直觀，設(shè)計更有效率；可以使研究中零件的三維實體設(shè)計更容易變?yōu)閷嵨?，提高研究階段效率；可以使樣機(jī)試制更快捷地完成，縮短樣機(jī)試制周期；可以為田間試驗故障零件，短時間改進(jìn)、制造、替換；可以快速更改技術(shù)細(xì)節(jié)，提高生產(chǎn)效率。

挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的3D打印食用技術(shù)

3D打印技術(shù)除了在農(nóng)機(jī)方面的應(yīng)用，3D食品打印也正以迅雷不及掩耳之勢刷新人們的認(rèn)知。

2017年1月12日，據(jù)悉，國內(nèi)智慧商用3D打印技術(shù)引領(lǐng)者海芯科技宣布獲得千萬人民幣的投資，海芯科技的初創(chuàng)團(tuán)隊是由十余名清華大學(xué)校友聯(lián)合構(gòu)建的。

這家專注于構(gòu)建極致3D打印體驗與閉環(huán)生態(tài)的高科技企業(yè)，立志成為3D打印領(lǐng)域的Windows，通過圖形化的操作系統(tǒng)真正讓所有非專業(yè)用戶都能使用3D打印機(jī)。目前主要產(chǎn)品包括Neobox、NeoboxO、三弟畫餅煎餅打印機(jī)等硬件、NeoboxOS操作系統(tǒng)以及3D打印工廠APP。

目前，Neobox已經(jīng)應(yīng)用于全國范圍內(nèi)的各行各業(yè)，尤其在教育領(lǐng)域，中關(guān)村二小、張家港外語學(xué)校、江西省科學(xué)院、中國科技館等都在借助Neobox積極推進(jìn)自身以及3D打印事業(yè)的發(fā)展。而三弟畫餅則早已成為食品3D打印領(lǐng)域的代表性品牌，多次被央視報道，并獨立獲得上千萬投資。

這次的投資案在資本寒冬下給2017年的3D打印行業(yè)開了個好頭。

過去幾年，很多組織、公司甚至個人都開始研究新型的3D打印食物。美國國家航空航天局也曾委托研究人員開發(fā)3D食物打印機(jī)。

與此同時，由于3D打印技術(shù)釋放了各種設(shè)計的可能性，廚師和餐館也對此青睞有加。倫敦的一家3D打印餐廳FoodInk，已經(jīng)憑借其富有藝術(shù)性和創(chuàng)造力的餐盤上了頭條

雖說3D打印食物這一項技術(shù)發(fā)展迅速，然而主流消費者似乎并不買賬?？芭嗬髮W(xué)的研究員DeborahLupton和BethaneyTurner做了一項關(guān)于3D打印食品前景的調(diào)查。

調(diào)查結(jié)果顯示，被調(diào)查者沒有一個人聽說過3D打印的食物。

大多數(shù)參與者認(rèn)為3D打印過程有點像轉(zhuǎn)基因，尤其當(dāng)實驗室培養(yǎng)的肉類也被用到打印過程中的時候。在一個宣揚自然和有機(jī)的社會思想中，人們對從3D打印機(jī)里生產(chǎn)出來的食品多少會有些擔(dān)心，他們認(rèn)為這個生產(chǎn)過程“不自然”。

周惠興說：“其實3D打印食品目前在我們國家并不太普遍，技術(shù)上也處在實驗和研發(fā)階段，這個過程的普及可能需要幾年的時間。但要相信3D打印出來的食品，是可以消費的。我們正在和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院一起研究可根據(jù)消費者情況而自動配置營養(yǎng)成分的食品打印機(jī)，未來它將成為一個普通的家用電器為普通百姓服務(wù)。對于3D打印，目前需要大量專業(yè)人才，為此，我們和中農(nóng)富通聯(lián)合成立了一個培訓(xùn)班，專門培養(yǎng)3D打印方面的人才，因為，教育是萬物始源之本?！?/p>

現(xiàn)在，周惠興的研究工作正在如火如荼的進(jìn)行著，對于農(nóng)業(yè)3D打印的未來，他認(rèn)為很樂觀，周惠興說：“去年，李克強(qiáng)總理專門召集相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)學(xué)習(xí)3D打印便是很好的證明。”

目前，周惠興團(tuán)隊也可以為大中小學(xué)提供3D打印創(chuàng)新實驗室建設(shè)方面的服務(wù)工作，從中小學(xué)開始培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面的人才。他們還設(shè)計了3D打印玩具賽車項目，以便讓更多的人，尤其是年輕人理解3D打印技術(shù)，并投入到這一未來的先進(jìn)制造項目領(lǐng)域。

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