成熟的 3D 打印技術(shù)能改變哪些行業(yè)？

3D 打印和增材制造是國(guó)務(wù)院“中國(guó)制造 2025”重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。3D 增材制造的技術(shù)，最大的特點(diǎn)之一就是它可以給我們起到我們能夠制造多品種、小批量，甚至個(gè)性化的模式。增材技術(shù)既做到多品種、小批量，甚至個(gè)性化，但是它不增加成本，不降低生產(chǎn)速度。

而對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)而言，最為重要的就是設(shè)備和材料，于是在政策的扶持下，西安建立了增材制造研究院，確定為國(guó)內(nèi)增材制造的制造業(yè)創(chuàng)新中心。當(dāng)然，除了制造之外，醫(yī)療，建筑以及教育也是這項(xiàng)技術(shù)能發(fā)揮重要作用的領(lǐng)域。

義肢器械打�。嚎啥ㄖ菩愿鼜�(qiáng)，更安全
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D 打印由于其可定制性高，在無需模具的情況下，可以用來打印諸如義眼，牙齒等等器官。這些都是完全定制化的，能做到立等可取，如果增加效率僅僅需要增加打印設(shè)備即可。同時(shí)，也能形成一定的規(guī)模，可能未來器官打印也能通過 App 進(jìn)行預(yù)約。

除了打印這種義肢之外，3D 打印技術(shù)更重要的一項(xiàng)用途在于輔助規(guī)劃手術(shù)。這并不是打印一個(gè)模型那么簡(jiǎn)單，需要一定的精細(xì)度，因?yàn)樗�能提供更多的信息給醫(yī)生，進(jìn)行高難度手術(shù)的規(guī)劃。在骨科，這一技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到了打印骨頭和打印用于固定骨頭的倒板。

過去使用石膏，現(xiàn)在使用輕巧的支架。低溫塑料板能很好兼顧固定的緊湊性和輕便性。比如頸椎部分的支撐，過去是常規(guī)的像海面一樣貼著，現(xiàn)在可以用 3D 打印做個(gè)性化支撐；燒傷的病人過去疤痕會(huì)擴(kuò)展，現(xiàn)在可以用一個(gè)工具固定，防止疤痕蔓延。

軟組織外科也非常積極的進(jìn)入到這個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用，比如母子脾肝技術(shù)，沒有 3D 打印，光靠影像數(shù)字很難支持。有了它，就可以知道血管之間的吻合狀態(tài)。通過 3D 打印看到血管的關(guān)系，可以減少對(duì)無關(guān)血管的傷害，直接把傷害腫瘤切除。

現(xiàn)在 3D 打印模型已經(jīng)能從簡(jiǎn)單的到復(fù)雜了，為了這個(gè)復(fù)雜科研人員做了很多器官的測(cè)試，開發(fā)了與人類皮膚肌肉幾乎一致的材料。這些打印器官還可以組合成完整的人體模型支持醫(yī)院使用，特別是高難度手術(shù)的訓(xùn)練——比如在脊柱微創(chuàng)方面的仿真人體，在普通外科的仿真人體，介入治療的仿真人體。

在齒科，患者口腔里使用的材料則成了最大的問題：必須具備生物親和性，同時(shí)還有抗菌。因?yàn)榭谇恢虚g抗菌特別重要，口腔里面戴一些東西會(huì)引發(fā)其它疾病，矯正牙齒的時(shí)候如果刷不干凈，很容易造成牙齒的損壞。

制作口腔內(nèi)材料的設(shè)備主要是光敏樹脂，而國(guó)內(nèi)用的所有的光敏樹脂材料全部都是進(jìn)口的，這個(gè)樹脂要求是低黏度、低收縮。樹脂的收縮率在口腔中的應(yīng)用特別重要。國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始在這方面進(jìn)行探索了。目前，研究人員通過樹脂配方的調(diào)控，做出來一種接近樹脂的自制樹脂，添加了載銀抗菌劑。

在 3D 打印領(lǐng)域各國(guó)都缺乏醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域的法規(guī)，都在摸索的階段，但是這個(gè)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也是得到各個(gè)國(guó)家的高度重視，都在推動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用和醫(yī)療領(lǐng)域的法規(guī)建設(shè)。今年 12 月月初 FDA 正式發(fā)布的增材制造技術(shù)的技術(shù)考量，相當(dāng)于中國(guó)的技術(shù)審評(píng)的指導(dǎo)原則，里面特別詳細(xì)的把 3D 打印技術(shù)，考慮到哪些風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和要求，非常詳細(xì)。

標(biāo)準(zhǔn)化工作重要性毋庸置疑，首先確立標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)有據(jù)可依，審評(píng)也是有據(jù)可依�，F(xiàn)階段特別缺乏 3D 打印用于醫(yī)療領(lǐng)域的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

建筑行業(yè)：初步探索階段
人類的建筑歷史是從石頭木頭開始的，到了近代才出現(xiàn)當(dāng)前的主流鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑，再就是上世紀(jì) 20 年代的“玻璃摩天輪”——以鋼結(jié)構(gòu)和玻璃結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)建造的。那么建筑物有沒有可能被打印出來？

國(guó)內(nèi)外已有不少的建筑事務(wù)所和建筑公司采用 3D 打印制造技術(shù)，為建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目，關(guān)鍵的像鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，定制結(jié)構(gòu)的連接，以及專門的外墻面板等等，設(shè)計(jì)整體打印建筑，其應(yīng)用范圍的擴(kuò)展越來越廣。

目前在世界范圍以內(nèi)，對(duì) 3D 打印建筑都處于非常初步的探索階段。這其中存在很多問題，其中最重要的問題就是材料問題。目前打印出來的混凝土的強(qiáng)度和安全性都存在一定的問題�；炷�土材料最好的性能是受壓，能夠承受壓力，不會(huì)垮，但并不能彎曲——這是依靠鋼筋實(shí)現(xiàn)的。

3D 混凝土打印不可能打印出鋼筋，僅僅打印出混凝土，這個(gè)是它最大的缺陷。要么先放好鋼筋再打印混凝土，或者反之，先打印再插入鋼筋。這與我們傳統(tǒng)建筑的方式相差不遠(yuǎn)。

目前國(guó)際上已經(jīng)開始探索無需鋼筋做支撐，又能實(shí)現(xiàn)這樣功能材料了。納米混凝土是當(dāng)下的答案。基于智能打印的方式，通過這種材料，還能實(shí)現(xiàn)多維度的打印，它就能打印各種不同形式的，滿足個(gè)性化需求的形態(tài)，通過機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)多維的空中打印，還有更多的方式，把這些問題解決了，房屋的建造，這種不規(guī)則形狀將會(huì)成為可能。

房屋是一個(gè)系統(tǒng)，包含著各種結(jié)構(gòu)，需要經(jīng)過各道工序，比如防水，保溫，裝飾等等如何將之結(jié)合到一塊，才能實(shí)現(xiàn)房屋的建造，最終才能走向建筑的工業(yè)化。最重要的是房屋打印的時(shí)候，用什么樣的設(shè)備�，F(xiàn)在通過 3D 打印建造構(gòu)筑物的時(shí)候，無論大小都需要門式框架，上面有打印頭，如果打一層兩層，框架可以通過結(jié)構(gòu)做出來。如果要打印高層，或者打印更高的建筑，這個(gè)門式的框架就非常高，這就需要考慮機(jī)械上的可能性。

3D 打印與鑄鍛結(jié)合：降低成本，提升強(qiáng)度

回顧一下古代的鑄鍛在中國(guó)有很長(zhǎng)的歷史，先鑄錠再去打，而且不是鍛打就能完成，需要反復(fù)鍛打。反復(fù)的鍛打才能夠消除鑄造的缺陷，使晶粒細(xì)小均勻�，F(xiàn)代工藝也是如此，同時(shí)這個(gè)過程中還需要不斷地加熱，保證金屬處于可鍛造狀態(tài)。

開放式的加工過程熱量消耗很大，而且是重污染的過程。在這種生產(chǎn)方式是全世界通用的，先鑄后鍛，流程很長(zhǎng)，反復(fù)鍛造加熱能耗大，污染重，需要整體輕量化制造的趨勢(shì)下，依賴大型鍛機(jī)且越來越大（8-15 萬噸），投資巨大。首先要鑄錠，包括零件所有的尺寸，最后得出的零件要削掉很多部分，特別在航空航天器件，材料利用率很低。同時(shí)一個(gè)零件需要根據(jù)不同的功能，采用不同的材料。

3D 打印技術(shù)能縮短制作流程，但是它在工業(yè)化應(yīng)用的最大障礙，就是其自身的缺陷——有鑄無鍛，性能及可能性難及鍛件，抑制變形和破裂難度大，同時(shí)目前效率不及傳統(tǒng)工藝，成本也還降不下來。

突破技術(shù)自身缺陷的方式在于改變國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)制造鑄鍛分離的制作方式，實(shí)現(xiàn)鑄鍛合一，邊熔邊鍛。用一臺(tái)設(shè)備、金屬絲及很小壓力得到鍛件，實(shí)現(xiàn)短流程、單機(jī)輕載、節(jié)能省材的綠色制造。攻克傳統(tǒng)鑄鍛無法沿輪廓數(shù)字化成形的難題，實(shí)現(xiàn)鑄鍛銑一體數(shù)字化。過去需要長(zhǎng)流程、多臺(tái)設(shè)備的鑄鍛，現(xiàn)在只用一臺(tái)設(shè)備輸入金屬絲就可以得到。

在過去鑄造過程中，普通鑄鍛的零件在冷卻過程中，非常容易產(chǎn)生裂紋，成品率不到 10%。通過這樣的技術(shù)可以百分之百的做出來，并且沒有缺陷。千百年來發(fā)展起來的鑄鍛技術(shù)，通過與 3D 打印技術(shù)的結(jié)合，獲得了新生。

轎車翼子板的沖壓成型模具也可以采用3D打印技術(shù)。這種模具實(shí)現(xiàn)了模具表面為模具鋼，內(nèi)部大部分是鑄鋼，大大降低了成本——大部分用一般材料，少部分用很好的材料。不光是模具，用材料非常昂貴的閥方面，僅僅在材料上就有壓倒性的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。將 3D 打印固有的住裝晶變成均勻等軸細(xì)晶，形與質(zhì)并行創(chuàng)制，性能超過傳統(tǒng)鍛件。

3D 打印是一個(gè)高度依賴材料和設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展很大程度取決于如何找到成本更低，易于使用的材料。在行業(yè)發(fā)展的初期 3D 打印應(yīng)該做減法，集中專注于幾個(gè)領(lǐng)域，才能更多地發(fā)展。同時(shí)也要用工業(yè)手段解決個(gè)性化問題，使 3D 打印行業(yè)變成正常的行業(yè)，有前途的行業(yè)。

最后，也是最重要的一點(diǎn)，3D 打印還處于發(fā)展初期，在很多領(lǐng)域都還沒建立行之有效的標(biāo)準(zhǔn)，這需要一定的時(shí)間去探索和實(shí)踐。

來源：鈦媒