SCRAT3D联合创始人鲁琪: 3D打印聚焦影响人类生活方式的5大领域 

3D打印新闻 /[观点]
发布时间: 2022-09-02 14:50
2022年8月26日,北京斯克莱特科技有限公司联合创始人鲁琪作为特邀嘉宾做客一刻talks,进行了一场以“3D打印可以做什么”为主题的演讲。以下是演讲的全部内容。
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我用“光”来创造作品

大家好,我是一刻talks讲者鲁琪,是一名3D打印设计师。

从清华大学的雕塑系毕业之后,我转向了数字化设计,开始探索“科技与艺术”的融合,一眨眼的功夫,就探索了十一年。

作为一名女性,也作为一名跨界设计师,在“科技与艺术”的融合过程中,我更多地倾注在产品与人之间的关怀。

从雕塑手艺人到3D打印设计师,现在,我用“光”来创造作品。这个“光”,就是3D打印成型过程中,不可或缺的主角——光源。

3D打印可以做什么呢?

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2019年10月1日国庆70周年盛典,上品工业设计团队设计的“创新驱动”彩车,在天安门前完成合体对接,这是一个历史性的时刻。作为设计师之一我很自豪,同时作为3D打印从业者,我将3D打印应用在这辆代表“创新”的彩车上再合适不过。

这辆彩车共分为三辆车,三辆车分别代表陆空海,三个方面展示十八大以来我国的科技创新能力,如“天河二号超级计算机”“玉兔二号”“北斗导航卫星”“长征系列火箭”“C919客机”“海马号无人遥控潜水器”、“天眼”等等,所有科技元素围绕在“复兴号动车”的周围,预示着中国科技的复兴和崛起,车上的多个元素部件是用3D打印制作的,同时我们在设计之初的原理验证也借助了3D打印的工艺优势。

3D打印从出现
就被认为是一项颠覆性新技术

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上世纪80年代查尔斯·赫尔是最早从事商业性3D打印制造技术的发明家,他成立了3D Systems公司,专注发展3D打印技术。因为智能制造和碳排放,世界各国都非常重视3D打印研发,在接下来的三十年中,中国成为继美国后,全球3D打印产业规模第二的重要市场,超过10.8%,很多人对“3D打印”这个词汇早有耳闻,但看不见摸不着,好像离我们生活很远!

如今的3D打印技术可以做到什么程度?可以应用到哪些领域呢?其实,就发生在我们身边。

聚焦影响人类生活方式5大领域
关于3D打印的“吃”

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民以食为天。我们可以看到,有很多的甜点、巧克力、曲奇、小食等已经开始在使用到3D打印的技术了。特别是近几年,在环保、健康、安全、效率的饮食理念下,以堆叠沉积的打印方式,功能性食品人造肉,包括一些植物基的饮料等,已经开始被星巴克、肯德基等食品商应用,代表着创新食品3D打印在迅速崛起。

现在很多年轻人有健身、瘦身等需求,为了更健康的饮食,食品师做了更符合国人饮食口感的3D打印食品。中国人的饮食习惯大多数以碳水的口感为主,无法完全按照轻食来约束自己的口腹之欲,这种情况下3D打印很好的发挥了功能。将素食、蛋白质等成分模拟出与碳水化合物相似的口感,保持成分的健康有机,并开发出一些独特的造型。

很多食物打印公司也成为了独角兽企业。例如,中国的MOODLES(弗德莱博)公司,运用3D打印技术推出了针对不同人群而定制的增肌、减脂、控糖以及儿童营养四个方向的“超级主食”;西班牙巴塞罗那的Novameat公司创造了一种3D打印的植物牛排,蓝色的牛排是源于其中的藻蓝蛋白;以色列的MeaTech公司目前在3D打印的动物和植物性肉制品市场上占据主导地位。

穿
关于3D打印的“穿”

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3D打印在“穿”的领域可谓是大放异彩,得益于3D打印的造型丰富,材料各异。

鬼才女设计师Iris van Herpen将传统缝纫手工艺与快速原型设计相结合,她将塑料材料切成条状,用机械加工中的“3D激光烧结”工艺形成三维立体效果,再加以人工缝纫,当高定遇上高科技,古典艺术和未来科技的碰撞,实在是太奇妙了。

现在我们能看到,很多前沿的设计师和时尚的潮流品牌,都开始进入3D打印鞋领域,无论是巴黎时装周,还是世界鞋履博物馆,都能看到3D打印鞋的身影。
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最早是耐克为罗纳尔多,内马尔和鲁尼设计的2014世界杯专属3D打印运动鞋、包、配件等,这款足球套装在鞋底鞋面、包身等处都采用3D打印成型量产。我们可以看到这个足球鞋的鞋钉部分,造型非常独特,它通过采集运动时候不同角度的力学受力来分布这些鞋钉位置和走势,运用参数化建模技术建立数字模型,最后通过3D打印生产制造。做出来的这个足球套装可以说是完全量身定制的。

还有阿迪达斯的例子,德国运动服装制造巨头阿迪达斯是鞋业3D打印的先驱。它已经成功地彻底改变了鞋子的制造方式,这从过去几年成功推出的Futurecraft 4D、AlphaEdge 4D、4D Run 1.0等产品系列就可以看出这一点。
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我们一直在说成人鞋,我们现在来说说宝宝的第一双鞋—婴童学步鞋。松鼠贝贝在学步鞋做了创新,鞋底的3D打印晶格结构能做到静音效果,从鞋底到鞋面都透气,鞋底的晶格采用错落分布,防止异物扎脚。鞋底、后跟、脚面大面积的包裹稳定足部骨骼,同时预防撞击伤害。
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鞋之外包括运动背包、膝部脚踝的护具、保护性头盔等等,很多也是3D打印来实现的。

比如,凯乐石的攀岩运动头盔,它们更多的是减轻重量,增加透气,所以内胆用的多层晶格的形式,绝不仅仅是外观的差异,也具有功能的提升。
还有刚刚结束的北京国际电影节,无论是《独行月球》还是《明日战记》,很多的影视道具都是3D打印制作完成的。在《三生三世十里桃花》的大电影里,当时两位主角刘亦菲、杨洋身上的铠甲,还有情景中使用的各种宝剑、结魄灯等影视道具,都是利用3D打印的技术来完成的,做出的这种镂空式立体甲片,造型精致又饱满。
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我当时很荣幸能参与到3D打印部分影视道具的制作中,《三生三世十里桃花》这个电影拍摄是在2015年,当时的3D打印材料,还是应用的硬质尼龙材料,为了把这个立体的效果呈现的唯美,实物分量非常重的,演员比较辛苦。后来2017年的时候,3D打印有了TPU的韧性材料。之后的影视铠甲就可以更大面积的覆盖身体,完成更多的独特的造型。

当然,现在2022年,随着3D打印面料问世,更轻盈、色彩更绚丽的服装在影视,甚至是高定服装中运用。

关于3D打印的“住”

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在建筑上,国内外都在大量的3D打印建筑研发和应用。不仅可以在地球上打印房屋,中科院负责探月工程项目的有关人员透露,中国将适用3D打印技术建造月球基地。

捷克共和国3D打印房屋,它的理念是打印完成的建筑,可以随意安置,安置在乡村或城市,甚至是水面上,放置一块浮板基座就可以安置房屋。还有由52栋房屋组成的社区,它是非洲最大的3D打印经济适用房项目。

在2022北京张家口双城冬奥会中,来自全球的运动员参加了这次冬奥会,我们的张家口赛区做了一幢混凝土3D打印农宅,这个项目由清华大学徐卫国教授和他的团队主持打印,现已成为小有名气的打卡“景点”,每天都要接待不少参观者。
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除了外立面的建筑打印施工,室内的软装也是百花齐放。更能体现房主独特的艺术品味。
家具领域,不少知名设计师、团队全身心投入,将3D打印与美术、设计、工艺、环保相结合,创造出令人惊叹的家具作品。比如西班牙Nagami 设计公司设计的3D打印异形椅子。

关于3D打印的“用”

万物皆可打印,所有的产品都可以用3D打印重新升级一遍。

我们可以设想一下未来,从早晨起来一直到晚上入睡,我们身边的产品,都是3D打印完成的。这是什么样的画面?
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我们住在3D打印的房子里面,早上从为你的骨骼定制的3D打印床垫、枕头当中醒过来,穿上3D打印的静音拖鞋,用3D打印早餐机、咖啡机...预设好早餐。然后走到洗漱台拿起我们3D打印定制的牙刷或者是剃须刀梳洗整理一番。背着打印的透气背包,穿上3D打印鞋开始一天的工作,工作累了,还可以使用3D打印的按摩器放松肌肉。夜晚,打印的小夜灯陪伴,刷着手机里打印的好物等等。这完整的生活过程,其实就是我们的个性理念,以及定制化展现的极致。
刚才虽然是一个设想!但其中有些产品,已经实现了。
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3D打印的剃须刀,这就是一个真实的消费品应用,整个手柄完完全全是通过3D打印光固化技术打印和生产出来的。打印机一整版可以打印几十只剃须刀,材料性能也是做了突破,在防水、抗菌、冷热冲击、跌落等试验中,性能都达到了非常高的产品级别。
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再比如这个是可折叠的小夜灯,方便外出收纳,还可以定制表面的图案。像这种中式风格的床头灯或者小烛台,也是非常漂亮。
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据了解奔驰每年生产中会产生10亿美元瑕疵零配件,而这里面首当其冲的是汽车的轮毂,作为金属大件对环境的冲击尤为明显,我们与梅赛德斯奔驰基于此背景共创LAB1886项目,希望利用可持续设计思路为世界做些贡献。

比如做了藤编茶几,把轮毂用藤编缠绕其中,用支架将它固定,我们为此还特意到四川崇州,怀远镇了解工艺,帮助项目落地。我们还将轮毂做成落地蓝牙音箱,放在家中可以长期陪伴我们的生活,其中多处和3D打印结合,比如音响的前盖金属条,就是3D打印电镀的效果。
最终产品在德国梅赛德斯奔驰总部展览,受到一致好评,重要的是作为设计师的我们为地球做了自己的一份贡献。
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文创方向,其实还有涉及到文物的打印修复和非遗文创产品也会运用到3D打印。

这个是我之前与京派非遗剪纸传承人张立君老师一起合作的,把二维空间的剪纸艺术,用三维立体的方式呈现出来。做成女孩子日常佩戴的一款首饰,将非遗文化传承给年轻人,激发传统艺术的生命活力。
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还有比较好玩的项目。是一套潮流手办,晶格的机甲战士。它跟现在商业的手办相比,很明显的是结构上面有比较大的突破。用镂空的晶格把独特的造型特性赋予到角色身上。这个整体上看起来会更加的科技,更加的未来,像是把科幻的造型摆在我们的现实当中。
除了机甲战士系列,我们之前还为小天鹅、美立刻等企业开发过IP手办,3D打印工艺作为手板快速成型,提高开发效率。

我们非常关注健康领域

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中国有2亿用户有多多少少的颈椎问题,3D打印的按摩枕通过按摩头的参数化设计创新,相比传统按摩枕,在点对点的穴位刺激更好放松,它每一个小按摩头上面都有5个小触点,一组就有八十个触点,能够更精准地刺激到按摩穴位,帮助更多国人解决颈椎问题。

设计师关注到消费级3D打印产品,未来趋势会有更大量的产品和品类运用到3D打印技术中来。
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除了外部的按摩,从健康方面,很多药品公司也在研究药品的打印,3D打印技术允许小规模生产药物。对于固体药物,3D 打印机将墨水与赋形剂和活性药物成分堆叠在一起,以打印出成品。通过调整打印参数,可以个性化药物剂量、药物组合、释放曲线甚至口味。

Aprecia制药是第一个,也是唯一一个,获得美国食品和药物管理局 (FDA) 验证的商业化3D 打印药物制造商。他们的目标是使药物更容易服用,并减少患者需要的药片数量。药片载药量高达1000毫克,通过打印形成多孔结构,在患者口服之后药片能够快速溶解,方便吞咽。
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在隐形矫正领域,大量地运用到3D打印技术。隐形矫正中,医生会将整套矫正方案的正畸模具打印出来,通过热塑的方式,快速成型全套隐形牙套。
在种牙的技术当中,我们也开始使用纯钛金属打印的种植体以及氧化锆材料的牙冠,分3次手术完成单颗或多颗牙齿的种植。隐适美、美立刻、时代天使等都是这个领域的佼佼者。

在青少年时期发生的突发性脊椎侧弯病症,也可以通过3D打印的支具进行治疗。治疗主要有3个部分:首先通过三维扫描将患者的躯干扫描到软件当中。第二步,矫形师结合X光片,在软件当中建立脊椎侧弯矫形支具模型,最后通过3D打印机打印出矫形支具。由于打印的自由度,支具上可以定制镂空图形,减轻支具的重量,增加透气,佩戴更美观,最大程度降低对青少年日常生活的影响。
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最新的科研新闻报道,人类首次在人体实验当中成功的植入了一个来自患者自身细胞3D打印出来的耳朵。这个还属于实验阶段。

人类器官的3D打印,需要专有的治疗级生物墨水,以及临床级3D打印机。打印出来的耳朵需要送往医院,由医生植入。新闻中描述,今年的六月份3DBio 公司已经正式宣布,3D打印耳朵成功的再生到这位患者的身体当中。该公司称这一案例的成功,为下一步目标,包括治疗鼻子和脊柱缺损,以及乳腺癌手术后的乳房重建,甚至是器官移植奠定了基础。
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还有对动物的保护和呵护,在国外有专门的3D打印动物保护协会,使用3D打印,可以定制动物假肢,为受伤的动物做缺失肢体的替换物。

关注健康,我们离不开体育

在这个方面,今年2022北京冬奥会,我们通过新闻看到,3D打印开始在运动领域应用了。
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这款是瑞士的一个滑雪工具,滑雪板公司运用AI设计原型,3D打印制造滑雪板的扣具。他通过优化算法和大规模的定制,将消费者的各种差异化的需求提供独特且量身定制的产品。
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此次我国的滑雪头盔,东莞理工学院副教授李楠领衔的研发团队通过采集每位运动员的数据,综合3D扫描、设计、3D打印技术,按照每一位运动员的实际需求,进行个性化定制而成。头盔内衬是参数化晶格设计,让运动员佩戴更舒适,并且提高安全性。内衬的打印就是用的华硕高科的激光烧结3D打印技术,以TPU材料来打印完成的。

关于3D打印的“行”

在“国之重器中”3D打印应用也越来越多,包括航空航天航海领域、汽车领域。打印汽车现在也不遥远,就发生在我们身边。
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未来我们每一个人或许都可以到4S店或者在家,直接打印一个我们想要的颜色或者特定造型的汽车零件。
德国宝马汽车在2019年4月份启动了一个项目,目标是用AM连续生产汽车零部件。同年,奥迪和大众汽车,甚至雷诺F1团队都纷纷宣布,要扩大3D打印部件的生产。

在国内,合肥悠遥科技有限公司的轻型电动汽车——XEV-YOYO,就是全球第一款车身内外饰件都使用3D打印技术量产的电动汽车。
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关于航空领域,卫星,火箭等都是大量应用3D打印技术的领域,也是中美技术博弈,马斯克的SpaceX公司由3D打印部件组成的火箭发动机,马斯克就是3D打印的忠实用户。

C919是中国拥有完全知识产权的国产大飞机,王华明院士团队以金属3D打印技术,钛合金零件在C919中首次得到成功应用,有效降低了飞机的结构重量,延长使用寿命。除了民用飞机,他的激光增材制造技术,为运-20、歼-15等国产大飞机和新型战斗机提供了关键受力大型部件,做出了不可磨灭的贡献。
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中国的三舰客,辽宁舰山东舰福建舰。微型智能机搭载3D打印“航母”修复环境,已经在中国的三舰客上应用。
南洋理工大学的化学生物实验室及武汉理工大学的国家重点实验室,以3D打印的方法制造出大型电机,3D打印马达由锥形头和管状体组成。

总结

分享了这么多案例,很多产品通过神奇的3D打印机打印出来,很多爱好者DIY都没有问题,但并不是可以直接商用的,除打印本身之外还有一系列后处理工艺,需要我们这些3D人更多的结合传统生产商,将整个行业整合完善。这是一个逐步发展完善的过程,所以,我也要提醒各位一句:“3D打印不是万能的,它也有自己的技术瓶颈,增材制造是传统制造的有力补充”。

了解3D打印

我相信很多观众,还一直理解3D打印就只是早期的FDM高温熔融工艺,其实,近十年来,3D打印无论是在设备上,还是材料上都已经有了非常大的升级,希望我今天可以改变一点点大家对3D打印的误解!

3D打印首先得有产品的三维模型,可以通过三维扫描将现实的物体转成数字模型,或者是通过计算机辅助设计生成数字模型。根据需要的材料对应相应的打印设备方式,生产出来的产品可以应用到各个领域。
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目前3D打印比较主流的3种成型方式,第一个方式熔融沉积,我们简称FDM。他是通过类似陶器泥条盘筑的制作方式,像我们在蛋糕上挤奶油一样,一层一层的逐步叠加的成型方式。

FDM的材料是目前运用最多最广的。有陶瓷、金属、PLA、房屋建造的水泥混合土材料、生物方面的特殊墨水、食品打印等,都可以运用FDM技术实现。
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第二种是粉末的激光烧结,简称SLS/SLM。它可以有尼龙、玻纤、TPU以及多种金属的粉末材料。通过激光的高温烧结逐层叠加,最后完成最终的产品。
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激光烧结它是在一个粉末的舱体当中完成的,打印好的成品经过几个小时冷却后,工人会是在一个类似面粉缸当中掏出固体的零件。SLS技术的好处是不需要添加额外的支撑,很多复杂结构都可以轻松地生成出来。
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第三种就是光固化,简称SLA。由于光源的不同,也有DLP、LCD等技术。它们的原材料是一种液体的光敏树脂材料。树脂材料成分也比较多,有柔性、韧性或者是钢性的,还有一些是生物基材料。液态树脂通过紫外线光一层一层的固化叠加成我们需要的产品。

目前在工业设计行业一些工业手板件运用的非常多。还有我们刚才分享的齿科、潮玩手办、弹性体的头盔内胆、鞋子、包具等等,很多消费级产品大多运用的是光固化3D打印技术。

【3D打印的优势】

第一,它能够制造复杂结构的“超材料”。
第二,通过特殊结构的制造能够减重、降低成本,节约我们昂贵材料的使用。
第三,高端制造的时候投入小,它不需要模具,可以为一个部件单独定制生产。
第四,就是它的加工周期短,市场反应速度就能够快一些,可以加快产品研发进度。
当然,相比传统制造业几百年的发展历史,3D打印这短短三十年,只能算是行业的初期发展阶段。材料的选择还是狭窄的,成品表面精度也需要进一步后处理,相对于传统的流水生产线来说3D打印的批量生产速度是慢的,并且合算到单个的部件成本是高的。

【未来】
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中央电视台财经频道曾报道,我们的3D打印之父卢秉恒院士提出:“3D打印技术为高端的制造业竞争制造一个优势。万物皆可3D打印,但同时也要合理的运用不同的制造方式,发挥各自的优势来进行我们的产品生产。”

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3D打印技术逐步的发展,材料性能也会慢慢的提升。更广阔的产品应用逐渐研发出来,做大众真正需要的产品,作为北京斯克莱特的联合创始人,我们非常坚持3D打印这种独特的生产技术,结合独特结构的模型设计,肯定能够将外观和性能提升一个新高度。希望,设计师们可以创造出更多3D打印好产品!

同时,很多中国制造企业也在积极引进 3D 打印技术,来代替原有或改进原先的生产方式,提高企业生产的智能化水平,满足政府对于中国制造产品的转型升级需求。

我是鲁琪
3D打印可以做什么?
我的答案是
所有的产品都可以用3D打印重新做一遍!
3D打印可以升级我们的生活品质!

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关于鲁琪

北京斯克莱特科技有限公司
联合创始人/3D打印产品应用专家

工信部增材制造联盟委员

北京市优秀科技工作者

北京设计学会秘书处增材制造项目工作组负责人

清华大学客座讲师

东北林业大学硕士研究生指导教师

IF / 红点 / K-DESIGN / Gmark / 红星 / 金点奖等全球知名优秀产品设计奖获得者

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关于SCRAT3D

中国北京斯克莱特科技有限公司(SCRAT3D)是一家3D打印创新产品研发企业,致力于引领3D打印创新产品研发,让更多企业和用户享受3D打印带来的创新产品。团队核心成员来自清华大学等知名高校,团队硕博比例超过24%,团队在3D打印研发、产品创新研究和用户研究领域拥有超过16年的实战经验。已成功上市了御小兔3D打印颈椎按摩枕、3D打印剃须刀、全球首款松鼠贝贝3D打印儿童鞋等产品。

声明:本文是 3D打印资源库网 原创文章,如需转载请注明出处,并链接回本站。如果希望被资源库报道,可 填写信息 告诉我们。如对文章有异议或投诉,请联系kefu@3dzyk.cn。
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