超越想象的强大技术：3D打印技术优化方案

打印机造别墅，快又好！

我们在日常生活当中经常需要用到打印机，装好墨盒，把纸塞进去，机器运转起来，片刻之后，纸张再出来，上面就已经印好了我们指定的内容。但这些打印出来的东西都是平面的，除了供人阅读和观赏，似乎也没别的用处。但数字时代和3D打印技术改变了人们的这一刻板印象。

2016年6月27日，全世界首个3D打印房屋耗时45天，终于完工。这座特殊的房屋位于北京通州区，是一栋2层高，占地400平方米的别墅，墙体厚约2.4米。这种规格的房屋并不罕见，但它的奇异之处在于全程几乎不需要人工参与，有几位技术专家在旁边进行全程监督就足够了。这座房子其实是利用巨型打印机，使用特殊的钢筋混凝土来建造的，在房屋的主体结构被打印完毕后，装潢师再进行粉刷，并完成收尾工作。其实这座房子已经不是人类首次尝试用3D打印来建造房屋，但过去都是把房屋的各部分分开打印，最后再拼接组合到一起，而此次则是把建筑进行整体打印，一次性成型。很多人提到打印的房子，脑海里似乎都会浮现出纸糊的、风一吹就倒的样子货，其实这栋房子坚固得很，足以抵御里氏8.0级的特大地震。

3D打印出来的房子，不但建造速度快，结实耐用，而且可以做到“私人定制”：比如未来的某一天，有客户提出希望能够打印出一座苏州古建筑风格的民居，那么就可以先依靠无人机对选定的苏州古建筑进行扫描，利用数字化技术建模，并优化设计结构，设计室内装修，之后开始打印，只需要3天时间就可以一体化一次打印完成。整个房屋的外观与苏州古建筑完全一致，但采用的是3D打印绿色环保墙体、3D打印镂空景观墙体、3D打印盈恒石、3D打印纤维增强复合材料，这座被神奇再现的中式庭院却充满了现代科技感。

那么，既然3D打印出来的房子不是“纸糊的”，那它所应用的材料都是从哪里来的呢？其实是以建筑垃圾、矿山尾矿为建筑材料，既环保又节省了大量资源。3D打印建筑与传统建筑相比，不需要建筑施工队伍，不需要烦琐费时的模板支护及拆卸，高效的喷筑式一体化集成施工，提高房屋建设效率。

3D打印不但可以打印出“高大上”的别墅，还可以建造3D打印绿色公厕，里面设有一体化打印洗手台、水池，并预留管线，安装简单、快速，具有亲生态、亲游客的特点。

多领域开花的全才

3D打印其实是快速成型技术的一种，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。举一个更浅显的例子吧，大家去快餐店点冰激凌时，售货员开动冰激凌机，通过外接的喷嘴把冰激凌装入蛋筒，形成外形基本差不多的冰激凌，其实3D打印的外在观看感觉和制作冰激凌差不多。

3D打印机看起来很复杂，其实工作原理和普通的打印机都差不多，只是打印材料有些特殊，普通打印机使用的材料是墨水和纸，而3D打印机里面装有金属、陶瓷、塑料、沙子等不同的材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制，可以把各种特殊的打印材料一层层地叠加起来，最后把计算机上的蓝图转化为实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备。比如一个机器人、一辆玩具车，甚至连食物都可以打印出来。很多人可能不理解这种技术和打印有什么关系，其实打印只是一种通俗的说法，因为这种技术参考了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印非常接近，所以被称为3D立体打印技术。

我们国家现在是世界3D打印技术的领先国家。2018年5月6日，我国成功生产了全球首个金属3D打印人体植入物—人工椎体，标志着3D打印进入人体植入物领域。这是医疗技术和医疗器械技术的重大突破，对推动整个3D打印产业链的发展具有里程碑式意义。

正是依靠这项成果，北京大学第三医院成功为一名骨科脊索瘤患者切除了五节段脊椎肿瘤，并利用3D打印多节段胸腰椎植入物，完成了长达19厘米大跨度椎体重建手术，这在全球也是首例。3D打印胸腰椎植入物，让这名患者避免了丧失生命和瘫痪在床的两大厄运。

2017年，华中科技大学研发了“铸锻铣一体化”金属3D打印技术，成功制造出了全世界首批3D打印锻件。这项发明有望改变世界金属零件制造的历史。运用该技术生产零件，其精细程度要比国外的3D打印提高50%。同时，零件的形状尺寸和组织性能可控，大大缩小产品周期。该技术以金属丝材为原料，材料利用率达到80%以上，而丝材料价格成本仅为目前普遍使用材料的1/10左右。(www.xing528.com)

除了在地面大显身手，3D打印技术在太空当中也大有用武之地，经过两年努力，我国已经研发出国内首台空间3D打印机。空间3D打印机可以在太空中正常工作，对我国未来建设太空空间站有重要意义。有了它，空间站日常需要更换的很多零件，就可以不必费力从地面运送上来，而是利用3D打印机在空间站内部直接生产，再由宇航员或机器人进行安装。目前，我国的空间3D打印机可打印的最大零部件尺寸已经达到200毫米×130毫米，是美国首台空间在轨打印机打印尺寸的2倍以上，也超过美国2017年运至国际空间站的升级版3D打印机的打印尺寸。相信这一技术将为我国未来建成的太空空间站发挥重要作用。

我国现在还拥有全世界最大的激光3D打印技术机，深度融合了信息技术和制造技术等特征，由4台激光器同时扫描，是目前世界上效率和尺寸最大的高精度金属零件激光3D打印装备。这一装备攻克了多重技术难题，解决了航空航天复杂精密金属零件在材料结构功能上一体化，还有减重等方面的关键技术难题。

我们国家除了拥有最大的，还拥有能够连续打印的超级快速3D打印机。这款3D打印机采用数字投影技术，打印速度达到每小时600毫米，而传统的3D打印，打印同等大小的物体约需要10小时。

关键部位的关键技术

3D打印不只可以简单生产一些常规的工业产品，还对一些具有高精度要求的、极为关键的零部件有着举足轻重的影响。

2016年1月9日，我国自主研发的SLM系列设备BLT-S300，成功利用3D打印技术打印出了核电站的关键部件，为3D打印技术应用于核燃料元件制造开发领域奠定了基础。

核燃料元件制造是集设计与加工于一体的高端精密制造，结构复杂，是当今世界制造业著名的高端技术。现在我国依靠先进的3D打印技术为基础，能直接利用计算机图形数据生成任意形状的零件。通过逐层熔化金属粉末的制造方式，完成传统机械加工无法制造的复杂金属结构零件，制备的成型产品拥有致密性好、尺寸精度高的特点。

而在国人都非常关注的太空探索方面，中国航天科技集团公司一院二一一厂利用激光同步送粉3D打印技术，成功实现了“长征五号”火箭钛合金芯级捆绑支座试验件的快速研制，这是世界上首次将3D打印技术应用在运载火箭的关键部件的制造上。

捆绑支座是运载火箭当中的主要承力构件，对强度要求非常高，而且加工必须极为精细，其制造是世界级的工业高难加工工艺。我国利用激光同步送粉3D打印工艺，实现了捆绑支座的整体成型。经过系统工艺研究，该厂试制的产品顺利通过了各类检测，整体综合性能达到锻件水平，且较原设计减重30%。

相信在未来，3D打印机会像现在的冰箱、洗衣机一样，逐渐进入千家万户，同时又分布在我们身边的各行各业，将彻底改变我们对于印刷制造的一切既有观念。