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3D 打印连器官都能打,却打印不了一本书? | 早期实验室

编者按:3D打印可是神通广大的技术,可以打印出模具、器官等等复杂精巧的物品。然而又有谁能想到,普通打印机都能打印的普通书籍,对于3D打印来说却是个难题?知名科普网站 Popular Science 日前发表文章解释了这一问题,原来最大的难点是在打印书页的同时装订起来。以下是正文。

34年之前,Chuck Hull发明了立体光刻技术,催生了神奇的3D打印。这些年来,人类用创造性和智慧将3D打印用来制造身体器官、桥梁甚至是汽车。

来自伦敦目前在以色列的工程设计师Ron Arad正在解决一个看起来很简单的挑战:他想要用3D打印技术来打印书籍。“3D打印技术可以把平面的一切变到真实的世界中,” Arad这样告诉PopSci,“我们正在努力完成这项工作”。Arad在网络上因为他的“花瓣飞车”而家喻户晓:轮子由很薄的钢条按照圆形排列,轮子形成一种类似花瓣图案的死飞。因为看起来外观过于奇怪,大多数人认为这个车根本不能用来骑行,但是他的功能却很强大。“花瓣”旋转的飞快,看起来轮子仿佛消失了,自行车漂浮在半空中。

和漂浮自行车相比,用3D打印技术印书看起来过于简单,毕竟人类在很久很久之前就可以进行大规模的书籍的印制。但是即使3D打印使许多不可能变成可能,打印一本书——尤其是这种在每页打印的同时完成装订工作——是很难的。Arad笑着说,这个问题其实很难,如果这项技术实现了,将会是世界上第一个3D打印的书。在2014年,Tom Burtonwood和芝加哥艺术学院合作将该院博物馆中珍藏的《浮雕艺术》3D打印出来,书的每页都单独打印出来然后进行装订。Arad打印的书会使打印和装订同时进行。Arad的书至少有一本会在宇宙中进行打印,将和NASA、日本航天局和欧洲航天局合作在国际空间站中进行书的打印。

这本每页都是浅浮雕的书是打印完成后进行装订的,Arad的书将一体化完成打印装订工作。

爱因斯坦基金会将这本书作为他们活动项目的一部分,以纪念爱因斯坦广义相对论论诞生100周年,也为了发扬爱因斯坦所崇尚的“创造性、智慧和人性”理念。这不仅仅是一本书,从外形上来看,是爱因斯坦头部的形状。

Arad说:“我们从来都不刻板的完成安排的工作,我们总是用自己的创造性改变它。”本来这本书的外形是要将爱因斯坦的头部和标志性的发型都保留。但是随着工作的进行,他们决定要将在科学和艺术方面有所造诣的科学家、思想家和艺术家收录在此书中。除了身体上的标志,他们更想让大家注意到爱因斯坦卓越的才华:在诗歌、文章甚至是草稿里的艺术性和创造性。整个项目会收录100个卓越的人类,分为10大类,下至科学、文学、政治和技术,上至宇宙——它不单单是一本书,更是一颗时间胶囊。全球限量300本的这本书将于今年秋天在蒙特利尔揭开神秘的面纱,爱因斯坦基金会将此项目称为“世纪盛宴”。截至目前为止,诺贝尔物理学奖获得者Steven Chu.、建筑师Frank Gehry和作者Chimamanda Ngozi Adichie 和 Paulo Coelho已经加入了这个项目。

上图是Arad和他的3D打印书,Arad生于爱尔兰,本书像闪族语(包括希伯来语和阿拉伯语)的书一样从左向右开合

每个人物都将占用一页纸张,意味着Arad总共需要进行100张纸张的3D打印。不像普通的书,每页都进行双面的打印,Arad运用的3D打印技术(也叫选择性激光烧结术)的核心就是按照空间中的模板进行打印。“技术上仍然存在着挑战”,Ron Arad工作室的首脑Marcus Hirst说道,你可能经常看到他骑着Arad设计的漂浮自行车。最大的挑战就是我们要逐页进行打印,而不是一次进行很多张。目前的3D打印技术还不能完成这项工作,我们不能通过铸模来完成我们的工作。

大多数人对于3D打印的理解就是:首先像玩乐高一样建造模型。选择性激光烧结术将不同的模型融合在一起,这项技术开始被应用在细金属焊接中。这是一项精细的技术,因为需要精确的操控每个刀片的刀口。目前这项技术已经应用到很多领域,包括艺术领域。

上图:打印过程就是按照椅子空洞中的字符进行打印

麻省理工机械工程专业的副教授Nicholas Fang说,这个过程就像是你在广阔的沙漠上,拿着胶水将沙子粘合成书页的模样。无论你的胶水有多粘,书页都会和沙床一样深。他还说,在选择性激光烧结的情况下,激光是胶水,沙子是主机的粉末:“可能是尼龙、聚苯乙烯,甚至是是玻璃硅和其他熔融聚合物的绿色混合物”。激光记录下页面的形状和字母的边缘,等到这页冷却之后再进行下一页打印。根据Fang提供的信息,在实验室中选择性激光烧结可以打印的厚度为10微米——一根头发十分之一的厚度。Arad的页面比较厚,因为页面内需要有字母形状的空洞,也因为他在同一个打印机上进行每本书的打印,需要解决页面相互粘连的问题。他还说:“我们主要考虑到的是这种材料装订时的灵活性。”

翻译来源:虫洞翻翻 译者ID:Horizonn编辑:郝鹏程

责任编辑: 鲁达

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