卫星、机器人“肌肉”都能打 3D打印重塑制造边界

　　机器人的“肌肉”、要上天的卫星，还有生活中的各种小物件，现在都可以通过3D打印出来。AI设计、仿真模拟、一键打印，你想要的产品就可以从3D打印设备里“长”出来。

　　所想即所得

　　探秘3D打印“智”造

　　如此精密的3D打印听起来难以实现但却不是科幻，而是一种全新的增材制造技术。这种“所想即所得”的制造方式，正在改变着产业和我们的生活。

　　机器人走着猫步，动作十分拟人，拆开它的外衣，我们看到的这些像蜂窝一样，呈现密集晶格状结构的就是它的“肌肉”。它们不仅“柔软”有韧性，还可以紧密贴合机器人的刚性结构，功能就像人类的肌肉一样。而这些“肌肉”就是3D打印出来的。

　　苏州3D打印新材料工程技术研究中心主任 王文斌：它本身是一种特殊结构，可以缓震、保护，另外因为它是镂空晶格的结构，可以散热。还有一个作用是轻量化，因为在同样的结构之下，它填充了很多的晶格。但是它的韧性和耐磨度很强，包括未来比如说机器人要爬上爬下，要干活，都没问题。

　　在可以为机器人生产“肌肉”的现代制造工厂，每一台打印机就像一个自动化车间，通过电脑控制，可以生产出定制化的零部件。不同于传统3D打印只是把材料按照三维模型进行逐层堆叠，打印机器人“肌肉”所使用的是一种全新的光固化3D打印技术。

　　苏州3D打印新材料工程技术研究中心主任 王文斌：我们管这项技术叫聚合生长，一边聚合一边生长，就像小草不知不觉就长大了。

　　光固化3D打印机，没有喷头，而是用光作为“开关”。特殊的光敏感打印材料一开始是液体，当光照射到某一个位置，材料瞬间就会发生聚合反应，固化成型。它在速度上能比传统3D打印快20~100倍，一盘材料，两三个小时就能打出各式产品。更重要的是，这些材料可以按照你想要的结构、弹性和性能提前编程设计，实现按需打印。

　　王文斌介绍，因为光反应会产生畸变，造成精度下降，所以需要算法补偿来进行很精密的控制。每一台打印机里，都有一个力传感的参数，可以理解为里面有一个称，它会修正克重。根据场景所需要，最高精度现在可以做到2.8微米。

　　设计编程、一次性打印，意味着机器人正从“构件组装”走向“结构生成”。制造者不再是拼装零件，而是通过几何与材料的组合，让力量和形态一起被“打印”出来。

　　人工智能+3D打印

　　制造方式迭代升级

　　除了打印机器人充满韧性的“肌肉”，这种按需制造的方式还可以打印各种生活用品。在人工智能的加持下，AI筛选材料，仿真模拟验证，云工厂远程执行任务，一切皆可打印。

　　鞋、包、自行车座椅、甚至连牙齿都可以按需定制，快速打印生产。记者现场对自己的脸进行了三维扫描，材料工程师将制备好的材料倒入打印机，不到半个小时，一个栩栩如生、精准复刻的人脸模型就打印完成了。

　　而为了能够实现“一切皆可打印”的目标，团队在材料上不断研发创新，目前已经积累了约1.2万个不同的材料配方，他们将每种材料的分子结构、打印表现和力学数据做成了数据库。开发新产品时，只需提出性能目标，AI就能从数据库里筛选出最符合需求的结构和配方，并通过仿真模拟验证性能效果。

　　苏州3D打印新材料工程技术研究中心主任 王文斌：这是一种材料，在电子行业里用于消除静电。用高温烧，可以像蜡一样能够完全把它烧掉，没有残留，所以叫铸造材料。这种高精度材料，我们基本可以控制在0.05毫米的精度上去做。因为这个材料的收缩率很低，很适合牙科。

　　人工智能和分子性能的结合让材料开发可以按需定制。人工智能还能在设计师的指导下，生成各种3D产品造型，再通过数字系统发送指令，指挥打印机完成任务。每台打印机都可以远程执行个性化任务。无人工厂内，机器人自主完成填料、取货整套流程。“所想即所得，所得即所用”的制造新模式正在走向现实。

　　苏州3D打印新材料工程技术研究中心主任 王文斌：我们所有的打印机都被一个服务器所控制，当我们有新的设计或图纸进来的时候，就会通过服务器上传到每台打印机上。过去需要开模具，需要去做各种材料，这是一个非常漫长的过程，但在我们这里一天就可以完成所有的事情。

　　3D打印卫星

　　智能制造飞向太空

　　随着材料制备和打印精度的提升，3D打印的应用范围也越来越广。比如飞机涡喷发动机、飞机机身、汽车零部件等，如今都能被“打印”出来。最近，一批全新3D打印的卫星也下线了。

　　用3D打印一颗卫星需要几步?

　　第一步，将模型数据自动导入系统。

　　第二步，打印：激光在金属粉末上快速烧结，然后再铺满金属粉，再烧结，通过这种层层烧结的方式，一个卫星的主体框架结构就一次性打印完成了。

　　第三步，CT检测，也就是为卫星做个体检，确认内部质量。

　　这样，一个高质量的卫星核心结构就打印完成，进行组装。火箭发射时有上百倍重力的震动，太空中温差极大，可以从零下150℃到零上150℃，为了满足发射过程与太空环境对卫星结构的双重挑战，团队在技术上进行了一系列创新，让几毫米的变形都不能出现。

　　国星宇航执行副总裁 赵宏杰：普通的商用材料难以满足航天的需求，所以我们自主研发了专用的航天级高性能合金。其实在工艺方面，我们需要精准控制激光功率、扫描路径等参数，来找到最佳的工艺的窗口。最后在检测的环节，我们的AI增材制造系统建立了全过程的质量监控体系，在打印中实时监测熔蚀，在打印后利用工业CT进行无损探伤，就像医生给病人做CT一样，确保卫星零件内部的质量达标。

　　团队介绍，重量是影响卫星发射成本的一个重要因素。此外，传统卫星由上百个零件组装而成，周期长环节多，会影响效率和质量。而引入AI的3D智能打印和检测，将大大缩短卫星设计制造的周期。

　　国星宇航执行副总裁 赵宏杰：从设计图纸到零件，传统工艺可能需要很多个月，我们可以把生产周期缩短到了几天，甚至几个小时。我们通过3D打印实现了传统工艺无法做到的结构功能的一体化成型，然后去除了传统工艺中很多的焊点、风险点，解决了多部件组件带来的连接失效的在轨风险。整体来说，这对于我们应对未来大规模太空计算中心的建设，降低工业化卫星全生命周期的成本具有关键的意义。