未来制造变革的引领者——3D打印技术

　　以3D打印为代表的数字化、智能化制造以及新型材料的应用将重塑制造业和服务业的关系，重塑国家和地区比较优势，重塑经济发展格局，加快第三次工业革命的进程。

　　当下，随着科技和社会的进步，3D打印的成本将逐步降低，应用将越来越广泛。3D打印技术为未来人类社会提供了一种不受时间、空间乃至成本限制的功能化制造的机会。依靠这项技术，未来工厂的模式将被颠覆，人们将无需再依靠工厂大批量生产电子，可以直接根据自身需求进行私人定制。今天，小编就带你在3D打印的世界里转转。

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　　日前，瑞士采用机器人和3D打印数字化建造了世界首座能住人的3D打印房屋——DFAB HOUSE。

　　DFAB HOUSE 位于一栋大楼的顶层，建筑的外立面看上去就像一个不规则的盒子，晶莹剔透的表层充满了科技的味道。

　　2019年1月12日，一座长26.3米、宽度3.6米的拱桥在上海科普公园落成，这座看似普通的桥，其实拥有很高的技术含量。不同于一般桥，它是使用3D打印混凝土技术分别打印出桥梁各个部件，并运用现代施工技术拼装完成的。

首座3D打印桥

　　今年两会期间，全国人大代表、北医三院大外科主任刘忠军教授一如既往地随身携带几块3D打印的骨关节。只要有机会，他就拿出几块骨关节，不厌其烦地向记者、与会代表们讲述3D打印微孔钛合金内植物研究的最新进展。3D打印植入物的应用已惠及很多百姓。

3D打印的金属医疗植入物

　　颠覆传统制造的前沿技术——3D打印早已渗入我们的生活。

　　什么是3D打印？

　　3D打印技术是快速成型技术的一种。它是应用3D打印机，以三维数字模型为基础，运用粉末状的金属、塑料、石膏、树脂、尼龙以及食品材料等可粘合材料，通过逐层打印以构造实物的一种技术。

　　通过3D打印技术获得一件实物需要经过4个阶段：即建立三维模型、分层切割、三维模型成型和加工处理。

3D打印工作原理示意图

　　3D打印的优势

　　相对于传统机械加工“减材制造”技术而言，3D 打印技术也称为“增材制造技术”，基于离散，堆积原理通过材料的逐渐积累来实现制造，具有众多优势。

　　3D打印使制造走向5个“任意”：任意材料、任意形状、任意批量、任意领域、任意工作场地。如今，随着3D打印技术不断成熟，应用领域日益广泛。

　　3D打印的应用

医学领域的应用

　　2019年3月，江苏淮安一名男子患口腔癌，就诊后发现颌骨的肿瘤已侵犯整个下颌骨，必须切除。为保证外形和功能正常，医生根据3D打印的下颌骨模型，对腿部腓骨进行截骨、塑形，完成下颌骨重建，患者术后情况良好。

　　2018年，23岁的连云港小伙患有复杂先天性心脏病，医生诊断活不过3个月，关键时刻3D打印技术救了他。

　　在医学领域，3D打印技术已被用于制作人体器官的替换品，如颅骨、眼眶、颌骨、假牙、假耳廓以及人体骨盆等。

用3D打印病变骨骼，挽救骨癌患者

3D扫描和3D打印技术助9岁女孩获得新耳朵，图片来源：3D打印网

使用3D打印机再生心脏肌肉组织，图片来源：MedSci

航天科技领域的应用

　　2018年5月9日，太原卫星发射中心用长征4号丙火箭将高分五号卫星成功送入预定轨道，此次任务中，多个3D打印装备器件得到成功运用。

　　3D打印助力C919腾飞。3D打印3.07米高C919中央翼缘条，金属3D打印技术仅5天。

利用金属3D打印技术打印出的钛合金镂空点阵结构

　　罗尔斯·罗伊斯通过3D打印部件推进发动机测试、空中客车直升机大规模打印空客A350组件、Ameco杭州分公司利用3D打印技术排除疑难故障……

图片来源：网络

3D打印在航空航天领域已凸显出巨大的应用优势 。

食品行业的应用

　　3D 打印技术在食品行业主要用于打印食物。其打印出的食物不仅外观美观，并且美味可口，与手工制作的食物似乎并无差别。

3D打印蛋糕

3D打印美食，图片来源：3D造

　　目前，人们对3D打印食品的看法仍各不相同 ，有的对它嗤之以鼻，认为它只是个噱头；有的则认为它很有趣，并且能创造出新的价值。但无论如何，这个行业目前都在快速发展着。

建筑行业中的应用

　　3D打印制作的建筑不仅精美、成本低、时效快、环保而且节省大量材料。

45天3D现场打印出400平方米的双层别墅

　　该别墅的打印原材料为普通标号的混凝土和钢筋，地基和墙体用钢筋20吨，C30混凝土380立方米。墙体楼层板都按规范要求用钢筋绑扎，采用3D打印机直接浇筑成型技术，全程由电脑程序操控。相较于传统的建筑方法，3D打印建筑几乎没有原料浪费，工业垃圾少，从而降低工程总造价。

3D整体/现场打印流程

3D打印的六层公寓楼和1100平方米的精装别墅

荷兰——世界第一座3D打印建筑“风景屋”

迪拜——3D打印办公楼

考古文物领域的应用

3D打印技术在考古文物领域主要用于修复已经破损的古文物。

考古学家用3D打印重现铁器时代的珠宝

3D打印重现2800年前文物，让历史专家难辨别真假

3D打印技术重塑1200年前秘鲁女王半身像

墓葬中发掘出秘鲁瓦里贵族女王遗骸

3D打印技术复原头骨 明显看到牙齿缺失

根据安第斯女性面容 手工添加肌肉、皮肤和五官

复原面容栩栩如生

汽车领域的应用

　　2014年，世界首款3D打印汽车终成现实。这辆汽车“斯特拉迪”全身是碳纤维及塑料，利用“3D打印技术”制造而成。据悉，全车只使用了40个零件，且依靠电动能源，充一次电花费3.5小时，可以行驶大约100公里。

图片来源：人民网-国际频道

第一款大规模生产的3D打印电动汽车

　　随着新车型更新换代加快和智能化、绿色化制造的要求，3D打印技术在汽车行业的应用不断加快。

其他领域的应用

3D打印服装

3D打印的 Nike Zoom Vaporfly Elite Flyprint 全新科技跑鞋

3D打印高跟鞋

影视行业中的应用-《碟中谍6》中仿真面具

3D打印陶瓷

飞利浦公司3D打印剃须刀

约翰霍普金斯为美国空军研发可潜水3D打印无人机

3D打印的Endur笔筒

3D打印奥斯卡“小金人”

3D打印散热器风扇和耳塞套

美国科学家用石墨烯3D打印出超轻超薄的超级电容

3D打印所涉及的部分制造业领域

　　结语

　　3D 打印以数字化、网络化、个性化、定制化为特点，通过网络发出指令，产品可以在不同的地方生产并配送给客户，颠覆了传统的生产时间和地点不易改变得观念，也颠覆了传统的供应链、分销网的部署格局，可以实现真正的云制造。3D 打印被认为是推动第3次工业革命的核心技术，尽管目前仍存在一些问题，但是被各国作为战略化新兴产业大力发展的趋势已不可阻挡。3D 打印，未来可期。

参考资料：

科技专题.超全面3D打印材料大解析

王聪聪,詹仪.3D打印技术的应用与发展前景

中国民航网 .3D打印飞机？未来可期

3D造、激光制造网、三迪时空聚焦3D打印、南极熊3D打印、中关村在线、人民网、装备科技、看历史趣事等。