第十四章 未来道具背后的技术2

　　3D打印技术在现代社会的应用面是很广的，在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

　　2019年1月14日，某国加州大学圣迭戈分校首次利用快速3D打印技术，制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架，成功帮助大鼠恢复了运动功能。

　　3D打印技术拥有多个优点，能节省材料。不用剔除边角料，提高了材料的利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；能做到较高的精度和很高的复杂程度，可以制造出采用传统方法制造不出来的、非常复杂的制件；不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，就能直接把计算机的任何形状的三维CAD图形生成实物产品；可以自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短了产品研发周期；无需集中的、固定的制造车间，具有分布式生产的特点；能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；能打印出组装好的产品，因此降低了组装成本，甚至可以挑战大规模生产方式。

　　但也有局限性。

　　比如说存在成本高、工时长的软肋：3D打印仍是比较昂贵的技术。由于用于增材制造的材料研发难度大、而使用量不大等原因，导致3D打印制造成本较高，而制造效率不高。

　　其次，3D打印在规模化生产方面尚不具备优势：3D打印技术既然具有分布式生产的优点，那么相反，在规模化生产方面就不具备优势。

　　目前，3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件，在大批量、规模化制造等方面，高效、低成本的传统减材制造法更胜一筹。

　　想用3D打印作为生产方式来取代大规模生产不太可能。

　　一些复杂的混合材料产品，3D打印技术无法直接打印生产，就算克服了这一个难题，3D打印时间耗时太长了，像要完全打印出一辆车最少要耗时好几个月，甚至更长，这样的成本，是车企难以接受的，在成本上，远远高于大规模生产汽车时均摊到每辆汽车上的成本。

　　只有“个性化、定制化”的产品，3D打印生产方式才会显得更加经济。

　　另外，3D打印技术的材料也受到了限制，目前，打印材料主要是塑料、树脂、石膏、陶瓷、砂和金属等，能用于3D打印的材料非常有限。

　　精度和质量方面，也是3D打印技术无法回避的一个问题。

　　由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善，其打印成型零件的精度（包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度）、物理性能（如强度、刚度、耐疲劳性等）及化学性能等大多不能满足工程实际的使用要求，不能作为功能性零件，只能做原型件使用，从而其应用将大打折扣。

　　而且，由于3D打印采用“分层制造，层层叠加”的增材制造工艺，层与层之间的结合再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，而零件材料的微观组织和结构决定了零件的使用性能。

　　这是吴思源所在的现代社会3D打印技术的局限性。

　　而在哆啦A梦拿出来的【自动万能施工机】上的未来3D打印技术，打印出来的产品，不仅精度和质量远超现代社会的3D打印技术，作为功能性零件是绰绰有余的，而且，速度也远超现代的3D打印技术。

　　现代的3D打印技术需要20-30小时，而且打印出来的也只是一栋很简陋的房子。

　　这样的房子，让【自动万能施工机】上的未来3D打印技术来打印，只需要两三个小时就可以搞定了，甚至能做得更好。

　　哆啦A梦道具上的3D打印技术，效率是现代3D打印技术效率的十倍左右。

　　这样的效率和精度，质量，其实已经可以取代现代社会生产的很多流水线了。

　　而且，哆啦A梦道具上的3D打印技术，是可以进行混合材料产品的打印的，像汽车这种复杂产品，也是可以直接打印出来的，包括发动机，空调机这类零件。

　　但这是运用了纳米技术和纳米材料。

　　就连吴思源都没掌握真正的纳米技术，何况现代社会。

　　吴思源发现，哆啦A梦的很多科技，都运用了纳米技术。

　　可见哆啦A梦宇宙的未来世界，纳米技术已经在社会上大规模运用，如同水电一般普遍。

　　【四臂金刚】对吴思源说道，以现代社会的科技能力，复刻这门技术，无法达到原来的水平，很多关键环节他们达不到标准，只能退而求其次。

　　但就算如此，也比现代3D打印技术要先进多了。

　　吴思源预感这未来3D打印技术在现代社会有用武之地。

　　他暂且将其放下，问起了太阳能电池的事情。

　　吴思源曾经在《火星救援》的世界获得了先进的太阳能发电技术，其发电效率能达到32%，是现实世界光伏发电效率的一倍另外，其在阳光暴晒下，平均每年效率衰减的速度在0.3%！预计有效使用效率时间超过50年！

　　但哆啦A梦手中的太阳能电池，其发电效率还要强过《火星救援》里面的太阳能发电技术，达到了49.2%!

　　之所以有这样高的转化效率，是因为其采用了新型的纳米结构材料。

　　这种纳米结构材料比《火星救援》世界使用的复合钙钛矿材料要先进，性能更高，效率更高。

　　新型纳米结构材料可以提供更好的抗反射涂层，使更多的阳光进入太阳能电池。

　　由纳米线网格制成的电极几乎可以完全透明。

　　由绝缘材料而不是半导体制成的纳米柱可以通过多种方式提升太阳能电池性能。

　　纳米柱不吸收光，具有与周围材料不同的折射率，因此某些波长的光从阵列上反射出来。这些纳米柱可以在钙钛矿和硅间形成一个独立层。


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