印第安娜波利斯500型的投产准备工作已近尾声,不过克莱斯勒公司还有另一个新问题,这种蛇行车的引擎虽已完成计算机设计,然而按常规做排气管的接头将要花费很长时间。怎么办?三维造型技术就是答案。利用复合接头的计算机图像引导激光束,使之作用于光敏塑料化合物上,工程师们在几小时之内就造出了这个关键零件,从而把轿车的投产日期提前了6周。

在该地区的许多实验室里,科学家们正在进行了些探索,试图通过控制按钮将三维的计算机图像变成实物,用于生产从电扇风叶到人体部件等各种产品。按卡内基 · 梅隆大学的工程师李 · 威斯的话来说,这一桌面制作或者叫做三维造型技术有望引起一场制造业的革命,其影响不亚于10年前问世的计算机辅助设计,它使工程师顷刻间把自己的设想变成规划和蓝图。

三维造型技术拥有如此多潜在的优势,它可以将零件由计算机绘图板直接投入到生产制作,并且允许工程师对设计作最后一分钟的修改,使最新技术溶入其中。今后还会出现专门制造定制零件的造型“工厂”,工作人员把全部产品存入计算机数据库中,他们甚至能把实物“传真”到遥远的异地。

细微镀层技术 一般的造型制作设计多为耗时费力的手工操作,三维造型则与此不同,它由计算机和机器人协调工作。因而能做到既快又好。在加州瓦伦西亚的三维系统股份有限公司,有一个类似的装置,他们将造型切出许多薄片,再进行迭加,最后制造出人体部分的复制品。一种立体设计方案首先在计算机上模拟完毕,接着将其切分成成千上万块薄片,这些薄片的数字信息引导机器人控制的激光束,聚焦在塑性化合物上,见光后化合物变为固体物质。随着薄片不断覆盖于渐硬的塑性物之上,产品就生产出来了。

因为三维造型技术能应用X射线或其他扫描技术捕获的图像,所以它可以协助科学家制作人体部件。研究人员正在用X射线和CAT扫描图像作试验,制造髋骨之类的人体部件的原形。医学方面的一个应用实例是,仅用一只耳朵的立体图像,仿制出一位男孩在事故中失去的另一只耳朵。

其他的一些科学家则将计算机图像生产实物技术用于研究工作。比如,采用CAT扫描和三维造型,考古学家制造出了古代木乃伊头盖骨的复制品,而无需取下木乃伊上脆弱的包裹物。海洋学家结合声呐数据和三维造型技术,制出了海底地貌的三维复制品。

当然三维造型技术目前还多用于制造仿真产品原形,使工程师能进一步审视和感觉自己设计的部件。然而一些实验室的研究人员已开始开发直接生产零件的工艺。麻省理工学院的一个方案是采用计算机设计的数字信息,引导一个类似于普通喷墨打印机的喷嘴,喷嘴将胶状化合物喷到一个粉末冶金或陶瓷制造的铸模上,随着胶状物的硬化,形成了一层薄膜,然后再喷一层,又形成新的薄膜。而那个精致的陶瓷件就是用来生产金属零件的模型。

另一种方案是卡内基 · 梅隆大学的威斯和同事们提出的,采用喷洒金属涂层“造型”直接造出实际使用的零件。一只激光器将计算机设计的零件切割成极薄的模片,然后用塑性金属化合物来替代这些模片,这种化合物极薄在每英寸的厚度里可包含4000层之多。随着这种超薄涂层的叠加,完整的金属零件就制成了。

由于三维造型技术具有从计算机屏幕直接完成产品的潜在优势,因此工程师们可以制造出以普通金属加工方法无法完成的特殊形状的产品。“您可以在计算机上设计任何复杂的形状”,立体系统公司的杰里 · 詹森称,“而且这一形状的产品几个小时之内就可以送到您的手中。”例如,汽车设计师们可以为发动机设计出形状复杂的零件,而这个零件用手工是无法完成的。

新技术的组合应用 三维造型技术使得工程师能够用许多不同种类的材料喷涂组成一个零件,还可以在一个部件内埋置不同的零件,而不必一个个地去装配,比如工程师可将二块控制汽车点火系统的电脑芯片直接嵌入金属壳内,还有他们将一条细微的导线深埋到金属工字钢里,从而创造出一种可显示过载情况的灵巧的构造。

尽管三维造型尚处于初创时期,但卡内基 · 梅隆大学的丹尼尔 · 西沃尔克认为,拥有多台三维造型机的微型工厂,也许并不太遥远了,每台机器每天都可以生产数以百计的定制产品。“你会进来说,‘我需要一个计算机,它可以固定在我的皮带上进行桥梁检测。’”西沃尔克说,“然后你出去吃顿午餐,与此同时,机器人在制造这部计算机。”零件的库存也会成为往事,因为供应商只需在供货时很快地制作出来即成。诚如西沃尔克所述,零件在计算机里只作为一系列数据贮存着,如果有必要还可以“扫描”任一物体的图像,并通过电话把这一设计传送到遥远的“造型”机上,这实在是一种实物传真。

这一才问世不久的三维造型技术,还使工程师能直接制造出通常得在工厂花费多道切削加工工序才能完成的金属模具,这一点可使产品进入批量生产的时间缩短几个月甚至数年。

由于能将图像直接变成实物,三维造型技术正在填补绘图板到生产车间之间的空白。很久以前,设计师和发明家热衷于创造自己发明的东西时,他们实际上都只能算是一些手艺人。对创造力进行的心理研究表明:能否以立体视觉对物体进行设计,就发明过程而言是十分关键的。通过赋予设计师对发明和设计的产品以立体实验,三维造型技术有望使手艺人进入现代工程的高技术领域。

〔U. S. News & World Report,1992年7月20日〕