从3D打印看跨界应用领域

“第三次世界工业革命”和“工业4.0”的提出在世界范围内掀起了3D 打印热潮。3D打印技术作为具有划时代意义的新技术，彻底改变了制造业的生产方式，推进传统制造向智能制造转变。目前，3D 打印技术已被广泛应用于各行各业，如生物医学、航空航天、军事、制造业等领域，正迅速改变着人们的生产生活方式。

（1）3D 打印在生物医学领域的应用

随着3D 打印技术的发展和成熟，这项新兴技术在生物医学领域得到了广泛应用，利用3D 打印技术不仅可以实现3D 细胞、人造组织 / 器官、骨骼、牙齿、药品等实体制造，还可以将其运用于器官模型的制造与手术分析策划，为个性化植入假体的制造、器官移植、高度仿生化生物材料的制备以及复方药物的生产等领域的发展及所面临的困境提供了解决思路。2013 年12 月，剑桥大学再生医疗研究所以大鼠视网膜的神经节细胞和神经胶质细胞为材料，利用3D 打印技术制备了具有分裂生长能力且存活率较高的三维人工视网膜细胞，这一突破性的进展为人类治愈失明带来了希望。东京大学的Kizawa 团队于2017 年采用3D打印技术成功制造出了具有生物活性且功能可以维持数周的迷你版人类肝脏组织，该肝脏组织不仅能代谢药物、葡萄糖以及脂质，还可以分泌胆酸。同年，苏黎世联邦理工学院研发了一种名为“Flink”的3D 打印细菌材料，研究人员将水凝胶与细菌结合作为3D 打印的“油墨”，通过改变细菌的种类就能实现不同的功能，从而应用于不同的领域。复旦大学附属儿科医院骨科郑一鸣团队通过在3D 模型上进行模拟手术（包括术前诊治、手术规划以及术中参照），成功完成了12 例先天性脊柱侧凸儿童的矫正治疗。3D 打印在推动医疗卫生事业发展的同时，也在其自身技术层面和3D 打印生物医用材料研发等方面面临着巨大挑战，因此需要进行更深入的研究，以积极推动3D 打印技术在医学领域更多更深层次的应用。

（2）3D 打印在航空航天领域的应用

航空航天属于高尖端领域，其所需零部件基本是通过单件定制生产，具有结构复杂、产品精度要求高、质量要求严等特点。然而，传统制造方式的生产成本过高，并对原材料的使用率较低，需要采用先进的制造技术来改变这一现象。因此，3D 打印技术作为一种新兴技术，凭借其无与伦比的特点，在实现个性化定制生产、异型复杂结构件制造、大尺度零部件一体化制造等方面做出了重大贡献。2014 年，美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）完成了3D 打印火箭喷射器的测试，通过在计算机中建立喷射器的三维图像，在较高的温度下，使金属粉末重塑成喷射器，该技术测试成功后将用于制造RS-25 发动机。美国普惠·洛克达因公司利用选择性激光熔融技术（Selective Laser Melting，SLM）制造了用于J-2X 火箭发动机涡轮泵的排气孔盖，并用于NASA“太空发射系统”项目的航天器中。上海航天设备制造总厂通过自主研发的新型多激光金属熔化增材制造设备，已成功打印出形状复杂的卫星星载设备的光学镜片支架、核电检测设备的精密零件、飞机叶轮等构件。(www.xing528.com)

（3）3D 打印在军事领域的应用

实现现代化部队是我国军队建设的目标之一，3D 打印技术的应用有利于满足军队设备高科技含量的要求。3D 打印技术在制造飞机零部件的过程中，不仅缩短了其生产周期，而且可以在不影响飞机性能的情况下降低成本，因此，3D 打印技术被应用于我国新一代高性能战斗机的研发中。2013 年中国北京国际科技产业博览会上展示了由北京航空航天大学王华明教授团队主导设计的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光快速成型技术”（即是用3D打印金属烧结制造飞机钛合金部件）的研究成果，并将此成果应用于首款航母舰载机歼-15、多用途战机歼-16、第五代重型战斗机歼-20 等战斗机型的生产。3D 打印制造军工产品所需耗材少且损耗少等特点不仅可以应用于战斗机的制造，还能满足军事领域其他设备制造的需要。美国海军水面作战中心使用3D 打印技术制造出了最佳的医院船模型，缩短了传统模型设计的周期。此外，3D 打印技术的使用可以制造出更加复杂的战舰模型，如驱逐舰、航空母舰的模型。

（4）3D 打印在制造业领域的应用

传统制造业依靠模具来生产零部件，然后对一些具有比较复杂的生产过程、存在一定生产难度且不便加工的产品。3D 打印技术充分迎合制造业的发展需求，在使产品制造更加多元化、便捷化、智能化的同时，降低产品生产成本，提高制造业的创新力，从而推动制造业的发展。在汽车制造领域，福特和通用都是较早应用3D 打印技术来缩短制造周期的汽车制造企业。福特通过利用3D 打印技术制造新款发动机的部件，从而省去制造模具的时间。通用在奥迪A4 车轴的研发过程中，通过3D 打印技术，结合EOSINTP700 打印出的聚苯乙烯树脂，并用铝进行石膏熔模铸造，生产全功能车轴。随着3D 打印技术的不断普及，在我国沿海经济发达地区，3D 打印服务提供商应运而生，其可以根据客户个性化需求提供定制服务。在制造业方面活动中，将3D 打印技术与网络技术相结合，可以实现分布式生产。客户可以选择本地3D 打印服务提供商，生产出符合自己需求的产品。虽然目前3D 打印技术在工业制造业的应用还处于初级阶段，但是正如“工业4.0”所设想，3D 打印技术的使用会逐渐改变目前的生产模式，推动工业制造走向分布式、个性化、社会化定制生产。