[2011.05.20] 影像的未来:3D成型印刷术

等待新型印刷术

超声波扫描仪用途广泛，诸如胎内婴儿检查和机身探伤（探查飞机机身内部碎片）。其工作原理是：通过发射高频脉冲声波，将反馈信息还原为影像。但是要完成这些任务则需要一台称之为“换能器”的设备。

换能器由阵列微压电结构组成，这种压电材料结构通过在合适频率下的振动能够将电信号转换成超声波。它们的形状能够将声波聚合成波束以穿透被探测物体。当声波束遇到到物体内部密度有变化的位置就被反射回来，此时换能器再反向工作，将反射声波转换成电信号，然后扫描设备将信号加工成数字影像。

但是制造一个换能器需要利用微机械技术，在一块质地脆硬的陶瓷材料上精心加工，耗费数个小时才能完成。因此，即使控制扫描仪的操控板得益于微电子技术的进步，其尺寸和成本都实现小型化和低成本（有些操控板已经小到可以装入医生的口袋，成本也只需数百美元），但制造扫描探头本身的成本却仍居高不下—其成本是操控板的十倍。

从最低限度上讲，现在换能器的制造还可以采用切削和转孔等传统“去除材料”加工技术来实现。然而，美国一家集团公司通用电气（GE）正在倡导采用“添加材料”的加工方法—或人们已经所熟知的三维印刷技术—生产超声波换能器。当人们把这项技术看做是一种时尚或未来科技的时候，该公司位于纽约尼什卡纳（Niskayuna）研发中心内新成立实验室的研发人员正着手将这项技术变成现实。

他们首选超声波换能器作为试验模型是因为它的复杂几何形状能够对声波起到聚合作用，同时陶瓷比起金属来在切削和钻孔的加工精度上更难得到保证。但是它们却容易通过三维印刷（成型）得到。

通用电气制造商（GE）制造换能器的过程是首先在打印台面喷撒一薄层含有光敏聚合物的陶瓷浆料。通过一个能反映物体形状的掩膜将这层物质被暴露在紫外灯光下。聚合物被紫外光线照到之处就会被固化，将浆料内的颗粒粘合起来。随后打印台面向下移动几分之一毫米的距离，然后放置不同的掩膜后，再重复上述操作。工序一旦完成后，除去固化形状以外的多余浆料，然后放入炉内加热使陶瓷分子熔结在一起。

要将该工序投放生产系统还需要做更多的工作。但是该项目负责人辛格（Prabhjot Singh）对该技术的可能应用之处提出了自己的希望，该技术不仅能制造便宜的超声波探头，还能制造具备更多细节显示灵敏度更高的超声波探头。尽管研究人员多年来头脑里已有了换能器的设计新型，但要是通过"去除材料"方法加工在实际操作上还不具备可行性。“添加材料”加工技术可能会改变这一现状。

新实验室同时将寻求其它形式的“添加材料”加工技术。一些方法是利用3D打印造型机在打印台面喷撒金属粉末，然后采用掩膜以外的激光或电子束使粉末熔结成型。其它方法是将聚合物纤维丝进行沉淀来构造外形。通用电气全球研究生产技术负责人‎卢阿纳（Luana Iorio）表示，通用电气将致力于如何将该项技术应用于所有商业领域，从航天到发电及消费产品。

这项技术的益处除了会产生较少的废料，还能够使客户定制零件的加工变得更加容易。但是它最吸引人的优势之一是将设计者的思想从局限于传统加工中解脱出来。由于受到传统加工条件限制，设计者无法使它们的产品外形得到设计最优化,经常要用到很多零件实现。“材料添加”加工技术能将众多产品部件集成合一，从而减少了装配环节。同时也降低了产品重量，这一点在航天工业尤其具有应用优势。无论制造商规模大小，对于他们来说，新生产技术机遇的到来都意味着他们将生产出更具创意的产品。

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