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前言

《诗经·小雅·鹤鸣》有云:“它山之石,可以攻玉”。本书取名《3D打印:三维智能数字化创造》,灵感源自于笔者发表在《光明日报》上的一篇3D打印综述文章的标题《3D打印:智能数字化》。其实笔者最初提交的是一个又长又绕口的题目,非常感谢《光明日报》的编辑以金刚钻般的犀利进行了打磨,使3D打印的本质顿时“彰明较著”,也让我那篇文章的条理和纹路立刻清晰了许多!所以本书也受此启发,起了一个相似的名字。

相信大多数读者在拿起这本书的时候,对3D打印或多或少已有耳闻。确实,自从《经济学人》、《福布斯》、《纽约时报》等欧美主流媒体声称3D打印将引发第三次工业革命开始,全世界各类媒体都对3D打印做了大量的跟踪报道。那么,为什么欧美这么看好3D打印?3D打印又为什么会引发一场新工业革命?3D打印不是30年前就有了吗?那时只是一种快速成型工具而已,难道一种“新瓶装旧酒”的工具就会引发一场全球范围内的工业变革?这场变革与我们中国的制造业会有关联吗?此外,媒体上经常报道国外“创客”通过3D打印机造出了创意新奇的作品,可当我们也深受鼓舞买回一台,却会发现3D打印远没有2D打印轻松,其中最头疼的事情莫过于要设计和处理所谓的3D数字化模型了。那么,3D数字化和3D打印到底是什么关系?我们又该如何轻松应对呢?

以上这些最基本的问题,实际上已经引出了多个主题,归纳一下:有3D打印、3D智能数字化、创客、中国智造、全球第三次工业革命这5个关键词,而且都互有关联。忽略掉其中任何一个,都无法完整地回答读者的上述诸多问题。这是摆在本书面前的一个艰巨的任务。倘若选择性忽略,只讨论其中的某一个或几个方面,则3D打印机与一般人眼中的2D打印机或一台普通机床又有什么差别呢?3D打印无须模具就可加工任意复杂的中空形状,用户也无须掌握各种复杂的制造工艺和加工技能,这样大幅降低了制造业的技术门槛。3D打印的巨大威力虽然源于技术,但其产生的重要影响力却又远超于此。

依我看来,欧美现在之所以看好3D打印,主要是希望将制造业回流到欧美,而不是继续转移到中国和印度。2007年爆发的全球金融危机,根源在于美国重视房地产、金融、消费等第三产业的发展而将大量的制造业外包给了其他国家,导致自身产业空心化问题日益严重。3D打印这种快速成型制造技术最近几年的突然火爆,有一个重要原因和转折点,那就是2008年创客们发布了第一款完全开源的个人3D打印机RepRap,并把机械设计图纸、电路图纸、智能控制代码无偿放到了网上供人免费下载。几年下来,原本极其昂贵(几十万元起价)的3D打印机降到现在几千元即可买到,变得大众化,由此掀起了“个人智造”、“家庭智造”、“网络社区智造”的热潮。欧美正是希望借创客运动和“全民智造”的东风,激发国民的创造精神,上下齐心来实现这次战略大转移。2014年1月,3D打印的激光金属烧结技术也将因专利到期而开源,这将为3D打印的发展注入更大活力。

与此同时,我国政府也非常渴望将原本处于产业链低端的“中国制造”转型为“中国智造”,从加工组装环节升级到上游的设计研发环节。“中国智造”的核心在于智能化和数字化(简称“智能数字化”),不仅要建立数字化工厂提高各种设计制造工艺的精度和效率,同时要使生产系统向着具有感知、决策、执行能力的智能化系统发展,以做大做强“高端制造”。“中国智造”在3D打印产业上的竞争力可以通过发展3D智能数字化来提升。实际上,“当今世界是平的”,在经济全球化的背景下,中国制造业的深度发展离不开全球市场化布局。因此,“中国制造”向“中国智造”转型升级历程,实际上也是共同推动和实现“全球第三次工业革命”的过程,并将在其中扮演越来越重要的角色。

具体来说,第三次工业革命是以智能数字化制造及新型材料应用为代表的一个崭新的时代,具体特点可描述为:智能数字化、分布式网络化、个性定制化、绿色可持续化,典型特征为“智能数字化”。3D打印、智能数字化、新材料以及机器人技术的发展,将极大地改变制造业原有的投入模式,使得依靠较少的自然资源和人力资源投入,就能取得良好的经济效益,并将远离产品千篇一律的大规模制造模式,向更具个性化的定制规模发展。

以上就是全书的基本思路和逻辑线索。下面,具体介绍一下本书的主要内容。

本书首先从产业经济的宏观视角对3D打印的发展现状和未来进行了详尽的讨论。为了能使读者对3D打印、3D智能数字化、创客、中国智造、全球第三次工业革命之间的内在紧密关联有比较深入的理解,我们对这五者的相互作用和关系进行剖析。

3D打印将虚拟的智能数字化技术与实实在在的工业产品桥接在一起,跨越了虚拟的比特世界和实体的原子世界之间的鸿沟。为了让读者对3D打印有透彻的了解,我们从专业技术的角度对3D打印的原理结构、成型工艺和实际操作进行了详细介绍,包括对10多种典型的成型工艺进行优劣分析和比较,乃至手把手地、从无到有地组装一台3D打印机,以便让大家看得清清楚楚、明明白白。本书对每一个操作步骤都进行了图文并茂的详细描述,包括实际运作一家3D照相馆的所有技术细节。

3D智能数字化是3D打印的“孪生兄弟”,通过利用计算机来智能化地设计或获取一个3D数字化模型,以便输出到3D打印机。这是本书要讨论的重点所在:为了让用户“所想即所得”地进行数字化创造,计算机需要知道如何更好地生成形状,即能够智能地理解用户的意图。

我们可以使用智能数字化设计软件,从无到有地设计3D数字化产品。最普通的方法是采用传统的建模工具进行实体建模和曲面建模。而手工建模是一件比较烦琐、费时的工作,研究人员于是推出了参数化建模、直接建模工具来减轻设计负担。更加智能化的是编程式设计,计算机把形状的设计过程描述成一系列有特定顺序的操作步骤,有点像按照食谱而不是最终的外观来制作蛋糕。编程式智能设计可以轻易地在这个蛋糕上绘制几百万个规则的精美图案,而这对于手工设计来说犹如噩梦。

为了生成更加丰富多变的个性图案,还可采用复杂的生长式智能系统,即所谓的过程建模。智能化达到一定层次后,更可让设计的形状根据未知环境实时调整,适应各种物理和美学约束条件。比如,基于算法的智能设计软件能够根据物理环境(如在月球上)调整建筑结构的空间形状,以此来动态获得一个最优的设计形状,从而使建筑结构更加稳定。

当然,并非人人都有能力自己设计3D形状,因此3D智能数字化的另外一种方法就是3D扫描(俗称3D照相),基于计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、光机电一体化控制等技术对现实存在的3D物体进行扫描采集,以获得逼真的数字化重建。在获得数字化模型之后,通常还需要进行个性化编辑定制。特别是对于“大批量定制”,如为一万名用户打印定制个性化的眼镜、服装、帽子、鞋子,则需应用智能化数字技术,如采用视觉计算方法,利用摄像头自动采集、分析提取每位用户的体貌个性特征,进行匹配和定位,并自动根据视觉美感进行形状设计、颜色肤色搭配等,可极大地缩减定制周期。

以开办一家3D照相馆为例,这是3D智能数字化的典型案例。首先需要对人体进行3D扫描或根据多视角照片进行立体重建,然后利用数字几何处理的方法对缺失和噪声数据进行修补,并拼接得到一个完整的3D模型。其中头发的快速修复就是一个值得研究的课题,涉及视觉计算技术。此外,用户很可能还希望对3D人体形状或表情进行美化、编辑、修改、迁移等,这涉及图形图像、模式识别、机器学习等多个领域。在输出打印前,还涉及形状的自平衡处理、形状分析以提高表现力、大尺寸形状的自动分块、形状优化生成轻质结构以节省耗材、利用增强现实预览融入环境的效果等。

当3D数字化模型变得跟目前的MP3歌曲一样普及甚至泛滥时,又会遇到如何快速检索的难题。不像MP3那样可以通过歌名与歌手名这些结构化的文本信息来定位,3D模型的检索要复杂得多,涉及非结构化数据的特征提取、相似度度量以及分类算法的设计。更让人头疼的是,在这个大数据时代,我们将被信息的海洋淹没而变得迷失,以至于都不知道每天应该挑选哪些3D模型打印出来。这时,通过对大数据的挖掘,个性化推荐系统可以对你的个性偏好进行分析,把你可能会感兴趣的3D模型推荐给你。其中,深度学习这种模拟人类大脑进行智能分析学习的方法,将获得越来越广泛的应用。

通过智能感知设备,3D打印机还可控制制造的行为,对打印的过程进行实时监控,然后根据反馈信息随时做出调整。也就是说,这台3D打印机具有学习和控制的能力。将来,通过把人工智能从计算机拓展到现实世界,还可打印具备感知和学习能力的智能物品。此时,3D打印机就是新一代智能机器人,它们能设计、制造、修理、回收其他机器,甚至能够改进和升级机器自身,达到“机器制造机器”的新境界。

可以说,3D智能数字化技术是3D打印实现“规模定制”的基础和关键所在。因此,本书详细讨论了上面提到的各种3D智能数字化理论及其实现方法(如MVS、SVM、AAM、AdaBoost、粒子滤波、Mean Shift、Visual Hull、深度学习),涉及3D计算机图形学、计算机视觉、模式识别、机器学习。我们面向3D打印和3D数字化行业人士,将这些非常专业化的智能算法理论以通俗易懂的方式娓娓道来,这也是本书的一大特色。

“创客”不仅创造了个人3D打印机,同时也是第三次工业革命的启蒙者。这是任何一本3D打印书籍都绕不开的话题,因此,我们详细介绍了创客,并专门开设一章介绍四轴飞行器的DIY制作,以实例的方式讲解创客们喜爱做的东西,将3D打印、智能数字化技术这些先进的工具融入到创客实践当中。

综上,本书是一本以最新视角阐述新工业经济发展趋势、详细讲解3D打印与3D智能数字化技术原理方法、手把手实战型教学的综合类技术书籍,因此无论对于国内还是国外的广大3D打印爱好者、学术圈、工业界、政府产业经济决策层均具有重要的参考价值。

另外,本书提供丰富的网络资源下载,其中的内容包括:Ultimaker原理图纸、3D模型头发修复视频教程、四轴飞行器完整资料。如有需要,读者可在www.broadview.com.cn/22063(博文视点官网)和http://www.sigvc.org/why/book/(作者主页)下载。

凭一己之力是无法完成本书的,在此要衷心感谢多年来一直关心和支持我的师长、朋友、同事和学生。本书在写作过程中得到了汪凌峰博士、王颖博士、刘利刚教授、吴毅红研究员、邓小明副研究员、汪国平教授、唐俊副教授、王俊、王润元、张华、隋伟、赵松、沙金正、李成华、吴挺的帮助和支持。此外,参与编写工作的还有李青、王博洋、刘庆芳、刘孟起、吴炳根、丁根秀、文桂绣、魏淑芹、张云铎、国霁、曾杨圆、彭锋、文雨虹、殷海东。感谢电子工业出版社各位老师的辛勤工作,最后特别感谢永远关爱着我的家人。

本书的编写工作得到了国家自然科学基金(No.61272049)、北京市自然科学基金(No.4132075)的资助。

由于作者水平有限,书中难免存在纰漏,欢迎广大读者批评指正。在阅读过程中,如果发现问题,请发送E-Mail电子邮件告知,以便今后再版时加以修正。

吴怀宇
中国科学院
E-Mail:huaiyuwu@gmail.com
主页网址:http://www.sigvc.org/people.htm#why
于 北京中关村 Uj9VlS2s7zBcdwzsg9YDMc6Ga1/YkSoIr6WBOOKaqKwtBwQK1gvZhXJeBqpCRtFF



第1章

3D打印与“全球第三次工业革命”

《老子》(六十四章)有云:“合抱之木,生于毫末;九层之台,起于累土。”以两千年前思想大家老子的这句话作为全书的开篇,应是再合适不过了。首先,它几乎准确地“预言”了3D打印的过程:从“毫”米级(如标准的1.75mm、3.0mm)的细丝或更细的粉“末”开始,通过逐层“累”积的方式,制造出3D物体。其次,以3D打印机这么小小的一台机器,谁又能想到它竟被英国著名经济学杂志《经济学人》声称将引发史诗般宏大的全球第三次工业革命呢?通过老子的这句深含哲理的话,我们可以领悟到:不要小看了事物的毫末之始,新工业革命的“九层之台”正由它而立起!

在本章中,我们从3D打印“神话般”的造物体验说起,也对目前社会上关于3D打印的一些质疑进行了探讨。实际上,如果只把眼光局限于3D打印目前的产能,让它与大规模流水线上的“大块头”工业机器们比速度、比谁的力气大、比谁干的活儿多,就着实“大材小用”了。3D打印与智能数字化是一对孪生兄弟,如果没有了智能数字化这个兄弟,3D打印也确实只能去拼力气、比活儿多了。而当有了智能数字化,结合创客们的创新精神,“中国制造”必将抓住“中国智造”的历史机遇,给中华文明谱写崭新的篇章。 Uj9VlS2s7zBcdwzsg9YDMc6Ga1/YkSoIr6WBOOKaqKwtBwQK1gvZhXJeBqpCRtFF



1.1 3D打印:体验造物奇迹

近年来,我们经常能听到“3D”这个名词,且往往跟高科技联系在一起,如3D显示、3D电影、3D扫描、3D打印等。按理说,人类每天就生活在三维空间中,3D对我们来说本应是一个再寻常不过的概念。3D之所以被认为是“高科技”,很大程度上归因于我们通过高科技的数字化手段,使得客观世界中的3D实体能够在虚拟世界中得以高精度重建(3D扫描)、智能化编辑(3D设计)、真实感高清展示(3D显示),乃至重新返回至客观世界(3D打印)。就学科专业而言,3D技术横跨计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、复杂系统与自动控制、数据挖掘与机器学习、工程材料学、光机电一体化等,是名副其实的“技术密集型”高科技。

3D打印(三维打印)是增材制造技术(AM,Additive Manufacturing)的俗称。 3D打印,名为“打印”,实为“制造”,结合智能数字化,更可实现“创造”! 实际上,在大量的英文文献中,3D打印(3D Printing)常被称作3D Fabrication(3D制造),这更准确地描述了3D打印的本质。

与传统的“切削去除材料”的加工技术(如3D雕刻)完全不同,3D打印以经过智能化处理后的3D数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可热熔黏合材料,通过分层加工、叠加成型的方式“逐层增加材料”来生成3D实体。由于可采用各种各样的材料(液体、粉末、塑料丝、金属、沙子、纸张,甚至巧克力、人体干细胞等),而且可以自由成型(任意复杂的中空镶嵌形状),所以3D打印机是名副其实的“ 万能制造机 ”。

图1-1是一幅关于3D打印的漫画,一个人把自己给打印了出来,相信一定会让你印象深刻。接下来,就让我们一起体验3D打印带来的造物奇迹吧!

图1-1 一幅关于3D打印的漫画,一个人打印出了自己

(图片来源:《经济学人》)

如图1-2所示的这些雕塑是由Bathsheba Grossman用复杂的激光烧结而成的。对于要求具有复杂的内部中空、凹陷、互锁或者有大量规则细节图案的形状加工,3D打印机是首选的制造设备。智能数字化设计(图1-2左1)可对零件进行优化,减轻重量,同时保持原有强度和其他关键性能。由于是一次成型,使产品成为一个整体,这样也减少(或 免除 )零部件的装配。

图1-2 3D打印出的任意复杂设计形状,传统制造工艺无法加工

(图片来源:Bathsheba Sculpture)

如图1-3所示,3D打印的衣服和鞋子亮相巴黎时装周。仔细查看衣服上无数精细花纹,我们可以知道:精美的手工刺绣和针线活已被智能数字化和3D打印取而代之。

在材料上,服装师们也已经有了更多、更好的选择,比如Materialise公司最新研发的TPU92A-1合成材料,可用于设计很酷的时装:这种材料拥有非常好的弹性和韧性,能够在受到高强外力的情况下快速恢复原来形状。

3D打印不仅可以用来制造独具个性的高跟鞋(图1-3右上角),还可以帮助设计师实现更多灵感。图1-3右下角的这双鞋的设计灵感来自大自然中的树根,3D打印技术能够建立错综复杂、相互交织的须状鞋跟,模仿树根在脚下扭曲和盘旋。这是其他任何一项制造技术都做不到的。

图1-3 3D打印的衣服和鞋子闪耀亮相巴黎时装周

(图片来源:Reuters)

耐克(Nike)“Vapor Laser Talon”跑鞋,如图1-4所示,抛弃了传统制鞋工艺,使用3D打印制造,只有158.7g(相当于3枚鸡蛋的重量),可以帮助运动员在草地赛场上“飞”起来。这款鞋子仅在7个月之内,就已经试做、试用了成百上千双,直到最终满意定型。传统工艺在如此短的时间内根本无法做到,只能通过3D打印来实现。

图1-4 耐克的定制跑鞋,仅3枚鸡蛋重,让运动员找到

(图片来源:Nike)

3D打印的OpenReflex胶片单反相机(如图1-5所示),成本相当便宜(不到200元人民币),只需要15小时的3D打印及1小时的组装就能使用了。这台相机虽然只能使用1/60s快门,却可以兼容任何镜头,可谓相当强悍,其主要部件都是用ABS材料打印的。

图1-5 3D打印的胶片单反相机,成本不到200元

(图片来源:Thingiverse)

俄罗斯大皇冠是为1762年凯瑟琳的加冕礼打造的。它作为官方权力的象征,每任君王都需要戴着它。通过智能数字化扫描和设计,3D打印机已精确复制出原版皇冠,如图1-6所示。复制品采用WIC-100树脂以及14K白金打造。由于使用了3D打印机,将制造时间由预计的一年缩短到两个月,而且所达到的精准度超越了手艺人采用的常规方式。

图1-6 沙俄大皇冠完美复制品采用3D打印珠宝钻石

(图片来源:Envisiontec)

维也纳科技大学推出的“纳米级3D打印机”可打印出纳米级的物件,让很多人惊叹的微雕作品现在就可以通过这台打印机轻松搞定。如图1-7所示,我们看到的是3D打印出的维也纳圣史蒂芬大教堂和F1赛车模型,直径不超过人类的头发丝,比一粒沙子还小。纳米级3D打印机使用液态树脂,通过激光使树脂硬化成型,此技术被称为“双光子光刻”,而且打印速度非常快,可达5m/s,创造出了一个新的世界纪录。

图1-7 纳米级3D打印问世,实现微雕制作

(图片来源:维也纳科技大学)

美国国家航空航天局(NASA)宇航员前往火星需要携带大量食物,3D打印机可以按照“数字菜谱”混合各种粉末,制造色香味俱全且营养可口的太空食品。食物原料从藻类、甜菜叶及昆虫等可持续资源中提取,经过脱水处理后,保质期可延至30年左右。这个计划很快就会得以实现,不信?请看看目前3D打印机所打印出来的各种饼干、巧克力和糖品,如图1-8所示,诱人否?

图1-8 3D打印机所打印出来的各种饼干、巧克力和糖品

(图片来源:Evil Mad Scientist Lab)

荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars所主导的3D打印项目如图1-9所示,这将是全球首个3D打印的大型建筑物。他的计划是打印6m×9m的模块框架,这些模块由沙子和无机黏结剂组成,然后使用钢纤维混凝土填充,最终的产品将是一幢二层楼。这是一个“莫比乌斯带”(M?bius band)式的建筑(它没有正反面之分,即曲面是不可定向的Non-Orientable,在上面一直走,可一次走完所有面)。由于采用了创新的3D技术进行打造,因此它将成为一座兼具延伸性和适用性的建筑。与此同时,麻省理工学院(MIT)的研究人员正在开展另一项研究,如何利用3D打印在一天之内打印出房屋主要结构,而利用传统的建筑团队则需要一个月的时间才能完成。

图1-9 荷兰建筑师设计的“莫比乌斯环”建筑,将采用

(图片来源:Janjaap Ruijssenaars)

如图1-10所示,美国研究人员花了4个月设计时间,3D打印出无人飞机,巡航时速可达到45英里,成本仅2,000美元。该飞机翼展约2m,所有零部件都是通过3D打印机制造出来的。经打磨喷漆处理之后,外形也非常时尚。而在5年前,光制造塑料涡扇发动机的成本就约为25万美元,还需要花上两年时间。

图1-10 3D打印出的无人飞机,巡航时速45英里,成

(图片来源:弗吉尼亚大学)

美国重型机车厂OCC,利用大型的商用3D打印机成功打造出一款咆哮的“中国龙”型摩托车,如图1-11所示。该车由一位中国客户定制,龙头部分由3DS Max软件设计后,输出到3D打印机一次打印成型,然后直接组装和整合到机车上就可以了,大大简化了龙头的设计和生产周期,同时也极大地降低了制造成本。劳斯莱斯,纯手工打造?可以肯定的是,手工打造以后将不再显得那么金贵。

图1-11 3D打印出的一款咆哮的“中国龙”型摩托车

(图片来源:OCC)

随着外科修复科技的日益发展与手术理念的日渐人性化,假肢不仅很舒适而且也可以很时尚!如图1-12所示,由于每个人的身材和喜好不同,所以需要进行完全个性化的定制。首先使用3D扫描仪取得用户腿部详细数据,然后根据用户自身数据、年龄、性别、特殊要求等,设计出适合的假肢款式,用户觉得满意后,再通过3D打印机进行制造。

图1-12 3D打印出的时尚假肢,根据用户身体和喜好完

(图片来源:3D Systems)

如图1-13所示的这只美洲雕2005年曾被误伤,从此生活不能自理。如今,通过3D扫描嘴喙的残缺部分并使用SolidWorks对数字化模型进行编辑处理,然后再用尼龙聚合物材料将假体3D打印出来。于是,这只海雕得以顺利回归了大自然。从图片上可以看到,鹰嘴具有精细的内部中空结构,而3D打印的再造能力丝毫不亚于最好的整形医生。

图1-13 3D打印帮助美洲雕再造完美的鹰嘴

(图片来源:Nate Calvin)

之前已有报道3D打印可制造出真正有触觉的生物人耳(不只是装饰性的模型)。现在,普林斯顿大学的研究人员利用3D打印的细胞和纳米粒子,结合小型线圈天线软骨组织创造了一只仿生耳,如图1-14所示,竟能够听到超越人类所能听到的无线频率!以后,生物打印机将使用病人自身的干细胞,那么器官移植后的排异反应将会减小。随着整个世界逐渐变得越来越电子化和数字化,我们将制造出一些新型器官,以便和手机、便携式电脑进行直接交流。

图1-14 3D打印的硅树脂仿生耳,人类未来可获“第六感”

(图片来源:普林斯顿大学)

美国国家航空航天局(NASA)使用直接金属激光烧结的3D打印技术制作了火箭喷射器部件,如图1-15左边所示。据悉可承受1,400磅每平方英尺的压力并可耐6,000华氏度的高温。而且该喷射器在削减成本方面迈出了一大步,因为它仅由2个零件组成,而此前传统技术制造的同类喷射器由115个零件组成。而更让人唏嘘的是,美国加州大学的学生也用3D打印制造了一种微型火箭进行了成功的点火测试,如图1-15右边所示,他们在短短8个月内就完成了火箭金属发动机的设计,且火箭的全部制造费用只有6,800美元。

图1-15 左:NASA利用3D打印技术制作的火箭喷射

(图片来源:NASA、UCSD)

3D打印技术集概念设计、技术验证与生产制造于一体,这必将极大缩小武器装备从“概念”到“定型”的时间差,从而加快武器装备的更新周期,如图1-16所示。据媒体报道,歼-10战斗机研发用了近10年时间,而运用3D打印技术后,我国仅用3年就推出了第一款舰载机歼-15。目前,3D打印技术已被全面应用于第一款本土隐形战斗机歼-20和第五代战斗机歼-31的研发中。不容置疑,3D打印技术正在制造空军发展的“中国速度”。

图1-16 3D打印技术用于战斗机研发

(图片来源:vx.com)

再说个喜庆点的案例。你完全可以自己在计算机上设计戒指的形状,打印出专属的订婚戒指,如图1-17所示。拿着这样的戒指求婚,相信没有一个女孩会说不。

图1-17 3D打印的戒指和吊坠

(图片来源:Shapeways)

目前在北京、西安、武汉等地都相继开设了3D照相打印馆。本书第5章“3D智能数字化与3D照相馆:科学与艺术的结合”将从零起步、手把手地教你开设3D照相馆,包括3D人像扫描和3D打印塑像,如图1-18所示。

图1-18 从左至右:笔者本人的照片、3D数字化模型

打印了3D头像,再打印个3D头盔吧!国外一名叫Ryan Brooks的创客,用塑料打印出了钢铁侠头盔,如图1-19所示。整个开发和微调过程大约花了100小时。头盔采用Adafruit加速度传感器和Arduino Pro迷你伺服机构,可自动开启或关闭头盔的面罩。

图1-19 国外创客打印的钢铁侠头盔

(图片来源:Ryan Brooks)

最后再介绍“宅男”们的最爱──人体模型制作。如图1-20上方所示,日本的DIY爱好者借助3D数字化技术和3D打印技术制作了动漫形象的立体人偶。而如图1-20下方所示,日本东京一家公司利用3D打印技术,对新娘进行克隆,制作出仿真模型,以留住她们人生当中最美好的时刻。相信在未来,这个方向将大有可为。

通过以上的一番体验,你是不是开始感觉到 3D打印已经渗透进我们生活中的“衣食住行” 等各个方面了呢?实际上,3D打印可广泛用于 工业制造、珠宝首饰、玩具设计、机器人、生物医学、建筑与城市规划、食品制作、航空航天、考古科研 等领域。以音乐乐器为例,目前大多数乐器,如吉他、小提琴、喇叭、钢琴等,已经有几百年都没再改进过。而使用3D打印,你不仅可以自由设计出奇形怪状的创意乐器(比如将一把马头琴变成印有你自己3D头像的琴),而且更重要地,你可以发挥3D打印轻松制造任意复杂空腔(共鸣腔)的优势,设计制造出一把发声效果最佳的、属于我们21世纪的新型乐器,演奏属于我们这个全新智造时代的新乐章! Uj9VlS2s7zBcdwzsg9YDMc6Ga1/YkSoIr6WBOOKaqKwtBwQK1gvZhXJeBqpCRtFF

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