提要钩玄:3D打印——从想象到现实

月昭然 2017-08-12
《3D打印——从想象到现实》(FABRICATED the new world of 3D printing)
【美】胡迪·利普森(Hod Lipson)、梅尔芭·库曼(Melba Kurman) 著
赛迪研究院专家组 译
中信出版社2013年4月第1版
一、写读书笔记的缘由:
由于现在很多人会在网上买书,网络购书的缺点是我们只能在各大网站上搜索关键字,直观地比较封面和价格,但对书中内容的了解往往要依赖于书评,而书评又难免带有一些书评作者的主观色彩。我读过了这本书,并把其实中自己感兴趣的部分段落作了读书笔记。希望能够通过读书笔记的形式,使多数人像站在实体书店里随手翻阅一本书一样,快速了解这本书的大致内容、部分段落及行文风格,然后决定是否购买。希望读书笔记能够为在网上挑选书籍的人们提供一些参考和帮助。
二、读书笔记
3D(Three Dimensions)打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性数字化增材制造技术,它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透。
本书的重要特征是新。该书在2013年写就,由美国威立出版社出版发行。当年,中信出版社出版发行了此书的中文版。在时间上几乎不存在滞后性。
本书主要讲了3D打印将给人们的生活带来的影响。在不久的将来,3D打印机,可能如同今天的电脑或手机一样普及。它将会对各种产业以及...
《3D打印——从想象到现实》(FABRICATED the new world of 3D printing)
【美】胡迪·利普森(Hod Lipson)、梅尔芭·库曼(Melba Kurman) 著
赛迪研究院专家组 译
中信出版社2013年4月第1版
一、写读书笔记的缘由:
由于现在很多人会在网上买书,网络购书的缺点是我们只能在各大网站上搜索关键字,直观地比较封面和价格,但对书中内容的了解往往要依赖于书评,而书评又难免带有一些书评作者的主观色彩。我读过了这本书,并把其实中自己感兴趣的部分段落作了读书笔记。希望能够通过读书笔记的形式,使多数人像站在实体书店里随手翻阅一本书一样,快速了解这本书的大致内容、部分段落及行文风格,然后决定是否购买。希望读书笔记能够为在网上挑选书籍的人们提供一些参考和帮助。
二、读书笔记
3D(Three Dimensions)打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性数字化增材制造技术,它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透。
本书的重要特征是新。该书在2013年写就,由美国威立出版社出版发行。当年,中信出版社出版发行了此书的中文版。在时间上几乎不存在滞后性。
本书主要讲了3D打印将给人们的生活带来的影响。在不久的将来,3D打印机,可能如同今天的电脑或手机一样普及。它将会对各种产业以及知识产权观念带来重大影响,在催生众多机会的同时,带来新的挑战。
3D打印机有两大类,一类为选择性沉积打印机,通过沉积原材料层制造物体,通常在家庭或办公室使用;另一类是选择性黏合打印机,通过黏合原材料制造物体,例如使用激光打印。
书摘:第3章 敏捷制造:既好,又快,还省
(P47)提到了机遇存在于商业模式而不再依赖规模经济。
“经过一个世纪的发展,今天,世界上大多数工业化国家存在两种不同的商业模式,像两条平行线肩并肩、永远不可能相交:大规模生产和手工生产。那些寻求新的市场机会的公司应当超越那些在一条平行线上或者另一条平行线上的产品或服务。由于大规模生产和手工生产的局限性,过去生产产品或服务的方式变得不切实际或失去盈利能力了。换句话说,机遇存在于商业模式而不再依赖规模经济。”
第4章 3D打印的赚钱之道(P54)提到了3D打印推动的商业模式之一是云制造。每个云制造商可能很小,但像数十亿的蚂蚁工厂一样,合并后的整体效能将大于每部分之和。克里斯·安德森在《长尾理论》中将这种集中模式描述为“背着扩音器的蚂蚁”,指互联网提供了全球性平台,使个人的声音能够被听到,部分博主的影响力超过了大型媒体的记者。

第6章设计软件:只要你能想到,就能设计和打印(P97)讲了设计软件以数字化的方式呈现物理世界,令我想到了毕达哥拉斯的“万物皆是数”的理论。
书摘:
设计软件必须能够无缝地捕捉模拟物理世界的连续性和几何本质,并将其缩减为离散的二进制单位。某些几何物体(如汽车曲轴古怪的形状)具有非象征性、非言语性本质,很难以语言描述出它的形状。人的心灵之眼将物理世界的形状、组成和行为感知为不同形状物体的无限连续集合,但将所有这些信息缩减为可以用来向别人再次有效描述的一组符号,是一个严峻的挑战。
设计软件的伟大之处在于,它以数字化的方式呈现了物理世界,将自动化的所有优势都注入设计工序里,设计软件的不足之处在于,即使在今天,它仍然不能通过数字化的方式捕捉物理对象的全部本质。计算机可以很好地预见一系列有限数量的元素,例如计算两名国际象棋棋手可能走出的全部不同棋步的组合,然而,将物理世界分解成一系列有限的可能性并不是一件容易的事情。
第9章
忘记学习方式:事实上,一些研究表明,在讲课方式学生不习惯的课堂上,他们精力特别集中,并且非常努力,做得很好。
一些教育理论家推测,我们大多数人离开学校之后很快就忘记数学课程的原因是,我们在单一的抽象介质中学习数学。如果学生学习抽象数学概念,然后把它转换为不同介质里的概念,可能他们能够更好地掌握和回忆这些概念。
第10章
计算机:如同大自然造物者
自然界中发现的很多物体在测量时都具有规则的尺寸,可根据数学方程绘制。斐波那契数列在自然界中随处可见,树枝就按照这个顺序分叉生长,蕨类植物和洋蓟花的形状,甚至漩涡和海带波动的模式都是如此。利用数据和算法的结合,设计师们可以创造出多种二维和三维的形状和图案。芭谢芭·格罗斯曼是3D打印领域最著名和最早的设计者之一。芭谢芭主要设计雕塑、珠宝和家居用品,其几何外观代表了数学和物理学的著名定律。芭谢芭的设计拥有一个共同的主题:数学。她设计过克莱因瓶形状的开瓶器、博罗梅安环项链吊坠。这些错综复杂和不断重复的内部几何结构,只能由3D打印机制造出来,传统的珠宝制作方法如蜡模和焊接,都无法制造出这种连续不断的中空内腔。

进化的过程“设计”了贝壳的形状,使其能够在残酷的海洋环境中生存下来,这一过程持续了数百万年,涉及数十亿次的设计循环(或产生新一代)。设计师通过计算机来呈现这一进化过程。近年来,建筑设计过程从构图设计转变为生成设计,编写软件已成为设计过程的一部分。生成设计最令人兴奋的一个特点就是不到最后你永远不知道结果将是什么。
第11章 让制造业不再有污染
1997年,查尔斯·穆尔在北太平洋的一个偏远地区进行航海旅行时,他震惊地发现他的船被一大片漂浮的废弃塑料所包围。穆尔称这一片塑料的流动区为“太平洋垃圾补丁”,其大小估计和得克萨斯州的面积相当。他在他的《塑料海洋》(Plastic Ocean)一书中描写了这段经历。大多数在海上漂浮的塑料都不会降解,它们会一直存在。随着时间的推移,海浪将它们打成小碎片。从卫星照片上看不到它们,但它们真实存在于海洋系统中,每年不断扩大,使海鸟和海豹窒息而亡。,并将有毒的副产品留在了生态系统中。穆尔的报告称,渔网捞到的这些碎片重量是海里浮游生物的6倍,而浮游生物是海洋的食物基础。
3D打印的开创者和预言家乔瑞斯·皮尔斯指出,如果我们继续按照现在的全球消费率消耗和丢弃物品,我们将会在自己丢弃的废物里窒息。
第12章预测了3D打印将会使知识产权彻底失效。
第13章设计未来中提出了一个有趣的现象“格雷伯爵综合征”:《星际迷航》中的复制器可以执行口头命令满足进取号船员的任何要求,但每集中只要“复制器”一出现,每人要的都是一杯格雷伯爵茶。3D打印如同“复制器”,然而,人类使用3D打印时,想象力却难免受到经验束缚的影响。
第14章 下一篇章
关于两种材料混合打印的知识:
用软硬两种材料混合打印。如果两种材料以棋盘图案进行打印时,软质材料的长对角线链就会成为薄弱环节,使复合材料更软。但如果你按照随机样式将两种材料混合打印在一起时,就不存在鲜明的薄弱环节,整个材料会变得更硬。
科学家们很早就知道材料中原子的纳米排列决定了其总体性能。从业者在几个世纪前就指出,随机模式比规律模式更坚硬。铁匠将热金属剑在冷水中进行淬火以使金属能够快速冷却,然后形成任意形状的小晶体,而不是使之慢慢冷却成为柔软、光滑、可锻造的铸铁。
材料的性能可能会变得更奇怪。如果你按照某一模式打印多元材料,材料的性能可能会超出基础材料的性能范围。按照某一模式混合软硬材料,你可能得到比其中任一种原始材料更硬的全新的合成材料。
泊松效应:橡皮筋被拉得越长,它就变得越细。这种现象以法国数学家和物理学家西莫恩·德尼·泊松命名。然而当你换一种模式将软硬材料进行混合打印,使得材料纵向拉长时,横向也会变宽,这也不是没有可能。具备这种奇异的、反自然材料属性的是一种负泊松比的材料,被称为拉胀材料(Auxetic Material)。这种材料在自然界没有被发现过。

三、总结一些个人感想
读过这本书之后,我最深的印象有以下几点:
第一,3D打印是定制技术,可以满足个人的个性化定制,提供长尾需求产品。(我自己常常想定制一些东西,因为很难找到出售这些物品的商家。3D打印普及后,这些都将变得更容易)
第二,3D打印形象的教学方式是连接理论与应用的桥梁。3D打印走进课堂,将会颠覆现有的老师在黑板前讲授、学生坐在课堂上听讲的教学方式。学生将有更多的机会以问题为导向,带着问题自主学习,也有更多的机会观察、制作形象化的立体模型,
第三,3D打印是一种基于数学算法和材料力学的打印模式,将来精通数学和材料的人会成为3D打印方面的稀缺人才。它把抽象的数学变成了具象化的几何形状。
第四,3D打印主要耗材是塑料,应当警惕由于打印便捷而过度打印造成的浪费,亦当注意材料的环保性能。
第五,我关于3D打印的拓展想象——书中并没有写,纯是这本书给我个人的启示——将来会出现4D全息录影技术。将发生某一件事的全过程的3维影像精准录下来,除了表示空间坐标的XYZ坐标之外,加入第四维时间轴的坐标T,这将成为记录史上的新的里程碑。通过4D全息录影,能够全方位无死角地捕捉在某一个空间范围内某一时间段内发生的所有事情。想像一样,当人们如同置身剧中一样在不同的位置、以不同的角度观赏着电影,或是4D天眼摄像头捕捉着时空坐标,拍摄了某一小区夜里发生的盗窃案全过程,侦察员通过回放,可以从各种不同角度看到那一段时空范围内的所有细节。
最后——我也想要一台3D打印机!!!
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