【正文】 打印和多光子聚合技術(shù)成功“打印”出了人造血管。實(shí)際應(yīng)用中，3D打印機(jī)的耗材還并不是很豐富，但應(yīng)用骨粉、細(xì)胞介質(zhì)和生物墨水作為耗材的3D打印技術(shù)也已被研發(fā)出來(lái)，然而距離大規(guī)模的生產(chǎn)還有待時(shí)日。“骨骼打印機(jī)”產(chǎn)生的人造骨骼，除了精確仿真破損的骨骼區(qū)塊，植入人體以后還能幫助受損的骨骼修補(bǔ)愈合，甚至能促使血管再生，作用類似橋梁。人們吃到“3D肉”的日子不會(huì)太遠(yuǎn)，因?yàn)槊绹?guó)泰爾基金會(huì)近日已投資成立了“鮮肉3D打印技術(shù)公司”，希望能夠?yàn)榇蟊娞峁┌踩判牡呢i肉產(chǎn)品。 英國(guó)研究人員也研制出一種能打印塑料或金屬材質(zhì)物體的立體打印機(jī)。法國(guó)學(xué)生盧克?富薩羅日前設(shè)計(jì)了一款高科技跑鞋。附加制造技術(shù)又稱“3D立體打印技術(shù)”或者“激光快速成型技術(shù)”。美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員研制出一種食物打印機(jī)，使用奶酪、巧克力、蛋糕糊等特殊“墨水”。德國(guó)小提琴制作公司用3D打印技術(shù)制作出了一把斯特拉迪瓦里小提琴的復(fù)制品。美國(guó)加利福尼亞州的Legacy Effect公司，利用Objet 3D打印機(jī)為電影特效片段制造3D模型和原型，為演員量身定制可以完全適合演員的臉、頸部和頭部的道具，在電影《侏羅紀(jì)公園》、《阿凡達(dá)》、《鋼鐵俠》以及《復(fù)仇者聯(lián)盟》中都有應(yīng)用。3D打印國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀中國(guó)從1994年開(kāi)始研究3D打印，北京隆源公司于1995年成功研發(fā)了一臺(tái)AFS激光快速成型機(jī)，隨后華中科技大學(xué)也研制出了SLS快速成型機(jī)。在研討會(huì)上，通過(guò)了《中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟章程》，選舉產(chǎn)生了組織機(jī)構(gòu)，北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院王華明教授被推舉為首任理事長(zhǎng)，華中科技大學(xué)史玉升教授被推舉為第一副理事長(zhǎng)，亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)CEO羅軍，湖南華曙高科有限公司總裁許小曙，南京紫金立德電子有限公司總裁連寧被推舉為副理事長(zhǎng)，清華大學(xué)顏永年教授被推舉為首席顧問(wèn)，武漢濱湖機(jī)電科技公司、中航激光公司、無(wú)錫飛而康快速制造公司，杭州銘展網(wǎng)絡(luò)公司、昆山永年先進(jìn)制造公司、以色列objet公司被推舉為創(chuàng)始會(huì)員。當(dāng)前，我國(guó)在3D打印技術(shù)的核心領(lǐng)域已經(jīng)與美國(guó)3D公司，以色列objet公司等國(guó)際巨頭基本處于同一水平。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)快速成型系統(tǒng)的科研團(tuán)隊(duì)主要包括清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)史玉升研究團(tuán)隊(duì)、西安交通大學(xué)盧秉恒團(tuán)隊(duì)，及北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)等。王華明教授：航空材料與結(jié)構(gòu)研究部“首席科學(xué)家”，國(guó)內(nèi)激光制造的學(xué)術(shù)帶頭人，“北航團(tuán)隊(duì)”領(lǐng)頭人，在鈦合金結(jié)構(gòu)激光快速成型工藝、成套工藝裝備及工程化的研究方面有十多年的研究經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)成為目前世界上唯一掌握飛機(jī)鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用的國(guó)家。但由于技術(shù)的相通性，其成果也可以應(yīng)用于其它大型金屬結(jié)構(gòu)件）。北航與沈飛601所研制出全世界最大的激光成型鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件：在解決激光成形過(guò)程中零件嚴(yán)重“變形開(kāi)裂”和內(nèi)部缺陷和內(nèi)部組織”控制等長(zhǎng)期制約該技術(shù)發(fā)展的重大“瓶頸難題”上,除北京航空航天大學(xué)取得了可喜突破外,國(guó)內(nèi)外迄今一直未能取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展,致使目前大型金屬構(gòu)件激光快速成形技術(shù)研究在國(guó)際上落入“低潮”,國(guó)際上大部分從事激光快速成形技術(shù)研究的單位大多轉(zhuǎn)向零件“激光修復(fù)”領(lǐng)域。 據(jù)披露，這種技術(shù)廣義的說(shuō)法就是國(guó)際上流行的3D打印技術(shù)，以金屬粉末、絲材為原料，通過(guò)高能束熔化沉積“直接生長(zhǎng)”，從CAD模型完成高性能重大型金屬構(gòu)件成型。所需資金由控股51%的子公司南方風(fēng)機(jī)研究所自籌。銀邦股份　　銀邦股份亦是同樣在借力的淘金者。其中主營(yíng)業(yè)務(wù)中有部分產(chǎn)品涉及激光快速成型技術(shù)，該技術(shù)是金屬3D打印技術(shù)中的一種。資料顯示，銀邦股份的合作伙伴無(wú)錫安迪利捷貿(mào)易有限公司的實(shí)際控制人為吳鑫華，現(xiàn)任英國(guó)伯明翰大學(xué)多學(xué)科研究中心教授、先進(jìn)材料設(shè)計(jì)和加工研究室主任以及英國(guó)材料協(xié)會(huì)院士。最初，王運(yùn)贛教授想從最早出現(xiàn)的基于光敏樹(shù)脂原料的光固化立體成型技術(shù)做起。1991年，華中科技大學(xué)(當(dāng)時(shí)的華中理工大學(xué))在時(shí)任校長(zhǎng)、已故著名機(jī)械制造專家黃樹(shù)槐的主持下，成立快速制造中心，研發(fā)基于紙材料的快速成型設(shè)備。LOM技術(shù)制作沖模，其成本約比傳統(tǒng)方法節(jié)約1/2，生產(chǎn)周期也大大縮短。在經(jīng)過(guò)近20年的研發(fā)，國(guó)內(nèi)的3D打印設(shè)備也在不斷取得突破，“立體打印機(jī)”（基于粉末床的激光燒結(jié)快速制造裝備），是目前世界上最大成形空間的快速制造裝備，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)外同類裝備水平，并因此獲得2011年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。隨后，史玉升研究團(tuán)隊(duì)在“大工作面粉床預(yù)熱溫度場(chǎng)均勻控制裝置及方法”和“高強(qiáng)度大型激光燒結(jié)制件的粉末材料制備及成形工藝”等影響大型復(fù)雜制件整體成形的關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破，研制成功工業(yè)級(jí)的1．2米1．2米快速制造裝備，這是世界上最大成形空間的此類裝備，超過(guò)德國(guó)EOS公司最大成形空間0．73米0．38米和美國(guó)3D系統(tǒng)公司0．55米0．55米的同類產(chǎn)品，使我國(guó)在快速制造領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。如空心渦輪葉片、渦輪盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋，企業(yè)一旦擁有此技術(shù)，其產(chǎn)品更新?lián)Q代能力明顯改善，競(jìng)爭(zhēng)力可以顯著提高。而采用傳統(tǒng)的砂型鑄造試制方法，僅工裝模具的設(shè)計(jì)制造周期通常需要5個(gè)月左右。我國(guó)一些鑄造企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)后，將復(fù)雜鑄件的交貨期由傳統(tǒng)的3個(gè)月左右縮短到10天左右，我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商將大型六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋砂芯研制周期由傳統(tǒng)方法的5個(gè)月左右縮短至一周左右。華中科技大學(xué)材料學(xué)院副院長(zhǎng)、快速制造中心主任史玉升教授表示，開(kāi)發(fā)大成形空間的激光快速制造技術(shù)與裝備是國(guó)際先進(jìn)制造領(lǐng)域的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)方向，也是決定快速制造技術(shù)走向工業(yè)化應(yīng)用的難點(diǎn)之一?？焖僦圃熘行囊M(jìn)機(jī)械、信息、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、力學(xué)、新型材料等領(lǐng)域的人才，開(kāi)展交叉學(xué)科研究。近來(lái)，快速制造中心主攻生物制造的博士生張升十分忙碌。這不但可以降低傳統(tǒng)造牙的成本，還可以一對(duì)一地訂制假牙齒。上海交大上海交大（上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院）3D打印實(shí)驗(yàn)室，打印材料是PSB塑料、液態(tài)光敏樹(shù)脂，打印頭骨模型。王成燾認(rèn)為，自己在骨科的研發(fā)已基本成熟，如今，他們計(jì)劃開(kāi)拓新的領(lǐng)域：組織、器官。要3D打印組織、器官，軟件的開(kāi)發(fā)是基礎(chǔ)工程。首位女航天員與另外兩位男航天員的座墊由天津大學(xué)快速成型中心承擔(dān)研制。1995年9月18日，盧秉恒教授（現(xiàn)為中科院院士）的樣機(jī)在國(guó)家科委論證會(huì)上獲得很高的評(píng)價(jià)，并爭(zhēng)取到“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目250萬(wàn)元的資助。湖南華曙高科技有限責(zé)任公司（許小曙）一臺(tái)國(guó)產(chǎn)選擇性激光尼龍燒結(jié)設(shè)備在湖南長(zhǎng)沙下線并首次出口美國(guó)，標(biāo)志著我國(guó)在這項(xiàng)尖端裝備制造領(lǐng)域取得了重大技術(shù)突破。據(jù)華曙高科的技術(shù)人員介紹，這種被俗稱為“激光3D打印機(jī)”的裝備只要通過(guò)電腦輸入設(shè)計(jì)產(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)，就能運(yùn)用激光添加層燒結(jié)技術(shù)，“打印”出設(shè)計(jì)者想要得到的任何復(fù)雜形狀的零部件。目前，全世界只有極少數(shù)國(guó)家能制造這種設(shè)備。會(huì)上，華曙高科與全球知名激光燒結(jié)粉末材料銷售商美國(guó)3D林克公司就激光燒結(jié)材料應(yīng)用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目簽訂合作協(xié)議，擬利用國(guó)產(chǎn)高分子材料母材及加工設(shè)備條件，在粉末材料配方、粉末粒徑優(yōu)化方法、新型熱處理工藝以及粉末材料成型工藝等方面采取自主創(chuàng)新技術(shù)，開(kāi)發(fā)高性能激光燒結(jié)粉末材料，并應(yīng)用到國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域產(chǎn)品的激光燒結(jié)制造中。總體而言，我國(guó)在核心技術(shù)有先進(jìn)的一面，但在產(chǎn)業(yè)化方面，發(fā)展還稍顯滯后。在我國(guó)，北京、江蘇、湖北、深圳、西安基礎(chǔ)不錯(cuò)，處于國(guó)內(nèi)前列。拿出產(chǎn)品的有近10家，其中，產(chǎn)量過(guò)百臺(tái)的僅4家，而擁有核心技術(shù)的，那就更少了。硬件方面，自動(dòng)化控制系統(tǒng)方面與國(guó)外相比還有較大的差距，運(yùn)行穩(wěn)定性有待提高。3D打印“打印”是表象，核心在軟件。缺了軟件，設(shè)計(jì)師靈感再多，變不成模型，打不出實(shí)物。市場(chǎng)方面，3D打印需求九成在歐美，全球行業(yè)集中度極高，歐美兩家龍頭企業(yè)已占七成份額。從核心技術(shù)、應(yīng)用材料到市場(chǎng)渠道，我國(guó)3D產(chǎn)業(yè)鏈與國(guó)外差距還很大。理論上講，能夠設(shè)計(jì)或想象出來(lái)的東西，全部能打印出來(lái)。但現(xiàn)在，3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)還很不成熟，任然處于“拓荒階段”， 替代不了傳統(tǒng)制造業(yè)。但也只是對(duì)傳統(tǒng)工藝的補(bǔ)充，是“錦上添花”的技術(shù)。因此，不能把3D打印萬(wàn)能化，更革不了傳統(tǒng)制造業(yè)的命?，F(xiàn)今的3D打印技術(shù)還不能打印超過(guò)1000個(gè)零部件的東西，打印材料昂貴而且有限，打印尺寸也受限制，打印出的東西，在機(jī)械強(qiáng)度、電氣屬性等暫時(shí)都無(wú)法與傳統(tǒng)制造業(yè)相抗衡。五、3D打印的主流技術(shù)熔融沉積快速成型（Fused Deposition Modeling,FDM）熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過(guò)帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來(lái)。大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：FDM結(jié)構(gòu)示意圖（來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）在3D打印技術(shù)中，F(xiàn)DM的機(jī)械結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)也最容易，制造成本、維護(hù)成本和材料成本也最低，因此也是在家用的桌面級(jí)3D打印機(jī)中使用得最多的技術(shù)，而工業(yè)級(jí)FDM機(jī)器，主要以Stratasys公司產(chǎn)品為代表。FDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于制造簡(jiǎn)單，成本低廉，但是桌面級(jí)的FDM打印機(jī)，由于出料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，難以精確控制出料形態(tài)與成型效果，同時(shí)溫度對(duì)于FDM成型效果影響非常大，而桌面級(jí)FDM 3D打印機(jī)通常都缺乏恒溫設(shè)備，但是受溫度影響非常大，成品效果依然不夠穩(wěn)定。光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）光固化技術(shù)是最早發(fā)展起來(lái)的快速成型技術(shù)，也是目前研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：光固化原理圖光固化技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于成型速度快、原型精度高，非常適合制作精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原型。Objet材料分類光固化快速成型應(yīng)該是目前3D打印技術(shù)中精度最高，表面也最光滑的，objet系列最低材料層厚可以達(dá)到16微米（）。此外，SLA技術(shù)的設(shè)備成本、維護(hù)成本和材料成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FDM，因此，目前基于光固化技術(shù)的3D打印機(jī)主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域，桌面領(lǐng)域目前已有兩個(gè)桌面級(jí)別SLA技術(shù)3D打印機(jī)項(xiàng)目啟動(dòng)，一個(gè)是Form1，一個(gè)是B9，相信不久的將來(lái)會(huì)有更多低成本的SLA桌面3D打印機(jī)面世。大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：3DP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于成型速度快、無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，而且能夠輸出彩色打印產(chǎn)品，這是目前其他技術(shù)都比較難以實(shí)現(xiàn)的。但是3DP技術(shù)也有不足，首先粉末粘接的直接成品強(qiáng)度并不高，只能作為測(cè)試原型，其次由于粉末粘接的工作原理，成品表面不如SLA光潔，精細(xì)度也有劣勢(shì)，所以一般為了產(chǎn)生擁有足夠強(qiáng)度的產(chǎn)品，還需要一系列的后續(xù)處理工序。選擇性激光燒結(jié)（Selecting Laser Sintering,SLS）該工藝由美國(guó)德克薩斯大學(xué)提出，于1992年開(kāi)發(fā)了商業(yè)成型機(jī)。SLS技術(shù)同樣是使用層疊堆積成型，所不同的是，它首先鋪一層粉末材料，將材料預(yù)熱到接近熔化點(diǎn)，再使用激光在該層截面上掃描，使粉末溫度升至熔化點(diǎn)，然后燒結(jié)形成粘接，接著不斷重復(fù)鋪粉、燒結(jié)的過(guò)程，直至完成整個(gè)模型成型。激光燒結(jié)可以直接燒結(jié)金屬零件，也可以間接燒結(jié)金屬零件，最終成品的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他3D打印技術(shù)。六、3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域到目前為止，各類3D 打印機(jī)設(shè)備上所使用的材料種類有很多，樹(shù)脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶瓷的粉末。3D打印技術(shù)已在工業(yè)造型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)（實(shí)物模型/樣件）、機(jī)械制造、模具制造、航空航天(風(fēng)洞用實(shí)體模型)、軍事、建筑設(shè)計(jì)、影視、家電(開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品)、輕工、醫(yī)學(xué)(人體器官模型、骨骼)、藝術(shù)創(chuàng)作、考古/文物復(fù)制、數(shù)字雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了較為廣泛的應(yīng)用。以色列的Objet公司認(rèn)為，3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機(jī)“打印”出來(lái)的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。美國(guó)德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過(guò)對(duì)化石進(jìn)行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后，通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)模型，能夠讓設(shè)計(jì)制造部門(mén)更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來(lái)保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠(yuǎn)的人。杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個(gè)巨大的3D打印替代品放在了原來(lái)雕塑的位置。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美。制造業(yè)。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來(lái)很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個(gè)問(wèn)題。沒(méi)錯(cuò)，就是“打印”食品?；蛟S在不久的將來(lái)，很多看起來(lái)一模一樣的食品就是用食品3D打印機(jī)“打印”出來(lái)的。汽車制造業(yè)。配件、飾品。在未來(lái)不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑或是你和愛(ài)人擁有的世界上獨(dú)一無(wú)二的戒指，都有可能是通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)的。七、3D打印的發(fā)展瓶頸3D打印技術(shù)雖然已有近20年的發(fā)展歷程，但要真的走入社會(huì)大眾之中，成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)，目前仍存在推廣/普及/應(yīng)用的局限處/瓶頸/障礙：成本（耗材的價(jià)格）廣東某券商分析師告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者，3D打印技術(shù)在海外已經(jīng)出現(xiàn)了20余年，但市場(chǎng)規(guī)模并沒(méi)有想象那么大，主要原因還是技術(shù)分散，有熔積成型，也有激光燒結(jié)，而且市場(chǎng)有不同細(xì)分，3D打印行業(yè)還沒(méi)有普適性的、也就是萬(wàn)能的通用技術(shù)，推廣上自然就有難度。“目前該技術(shù)做做樣品和教學(xué)還可以，但需要指出的是，這些應(yīng)用都是不計(jì)成本的。3D打印技術(shù)難點(diǎn)主要在于硬件，最典型的就是打印材料。不過(guò)，大多數(shù)個(gè)人桌面級(jí)3D打印機(jī)只能使用易加工、便于回收的塑料，其他只限于工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)研究出可以使用在3D打印機(jī)上的材料約有14種，在此基礎(chǔ)上又可混搭出107種。耗材的缺乏，也直接關(guān)系到3D打印的價(jià)格。但是，如果采用傳統(tǒng)的工藝去工廠開(kāi)模打樣，幾千元就可以做到。