改变世界的3D打印技术

3D打印（three-dimensional printing），也称为增材制造，采用计算机控制的打印头，通过反复堆积薄层材料，组合成固态物体。简单的说，3D打印和传统办公打印的方式是基本类似的，只不过办公用的打印机里面配备的是墨盒和纸张，而3D打印设备中填充的是行业材料。比如说，当人们需要用3D技术制造一个电饭煲时，设计人员只需要先在电脑上合成一套模拟电饭煲的蓝本图，然后根据蓝本计算出生产材料的种类和数量，并按照表单上罗列的数据，将所需材料填装进打印设备中，然后点击确定，就可以获得一个崭新的电饭煲。

由于3D打印是通过逐层制作方法，因而可以造出具有曲线和镂空的物品，这对传统的制造技术来说可能是困难甚至不可能的。塑料是最常见的制作材料，但一些机器也能够打印金属及数百种的其他材料，包括高强复合材料、弹性橡胶状物质乃至木材。最先进的打印机能够组合成包含多达十几种不同材质的产品。最引人注目的，3D打印机可以打印出很复杂的设计，比如包含互锁或运动部件的单个单元，不需要另做任何组装。

3D打印机堆积材料层要么是按照设计，要么是通过使用3D激光扫描仪成像CT扫描这样复杂的工具复制现有物体。

随着3D打印技术的迅速发展，必将对人们的生活和社会产生越来越大的影响。例如，关于食品打印是一个很热门的话题，也许有一天，每个家庭都拥有一台打印机，可以用于制作特色饼干、糕点和巧克力，而且它们还可能以独特的方式融合各种成分，生成新奇的口味和品质优良的产品，使人们每天的饮食既新鲜、美味，又丰富多样化。

当3D打印机的使用拓展到建筑方面，最大的颠覆即将来临。据英国《每日邮报》2018年6月6日报道，荷兰埃因霍温市第一座可住人的3D打印混凝土房屋预计2019年完工。

该项目被称为“里程碑项目”，是由埃因霍温理工大学与建筑公司Van Wijnen合作完成。公司经理Rudyvan Gurp表示，3D打印房屋将在未来5年内成为主流。他说：“我估计未来5年内，荷兰大约5%的房子将使用3D打印机制造。

该房屋打印项目一共包含5处住宅，目前其中最小的一处已经收到了20个家庭的申请。只有第一栋房子是拥有三间卧室的平房，另外4处都将为多层。它们将建在位于市中心靠近机场的附近。另外，第一套房子只有内外墙将使用3D打印机，但到第五套时，可能排水管和其他必要的设施也都会使用打印机制造。

其实，这不是荷兰第一次将3D打印技术应用于建筑中，在2017年2月，由TheoSalet领导的埃因霍温理工大学研究小组就完成了世界上第一座3D打印混凝土桥，并投入使用。Salet说：“3D打印混凝土技术将改变整个建筑行业，因为我们现在几乎可以用3D打印机生产出任何形状的材料，并且可以做到非常精细的结构处理。它的另一个重要优势是可持续发展，因为3D打印需要的混凝土少得多，从而可以减少混凝土生产带来的二氧化碳排放。”

比洛克·霍什内维斯（Behrokh Khoshnevis）是南加利福尼亚大学的工程学教授，他在制造一台巨大的3D打印机，该打印机能在短短24小时内建起一座房子。这个机器被安置在建筑工地旁边的临时铁轨上，庞大的打印喷头通过计算机的控制堆积混凝土层。该过程是完全自动化的，所建造的墙壁比使用传统技术建造的要牢固得多。该打印机可用于建造房屋、办公楼甚至多层塔楼。

3D打印将颠覆制造业，商品将不再通过制造和物流环节来到达用户手中，用户将购买从杯子到房子等所有产品的设计，然后就地用3D打印出来，这种方式最大的革新之处在于成本低廉、方便、实用、快捷，而且有些东西不需要专门人来制造了，你只需要有一个程序就行。

据《美国趣味科学网站》2017年4月14日的报道：一项新技术可以让首次登上火星的人类，用一种结实得跟橡胶一样的材料，3D可打印出从工具到临时住所等一切东西，而利用的仅是火星上的尘土。

朝这个目标迈出的第一步就是开发一种超级工具，可以用来迅速制造其他工具和物品，并且利用当地的资源。为实现这一目标，科学家希望研究如何利用火星和月球上最充足的东西——尘土。研究人员利用基于月球和火星的真实样本制成的模拟尘土，这种合成尘土包含氧化铝、二氧化硅、氧化铁和其他化合物。

他们发明了一套程序，将模拟月球和火星尘土同溶剂及生物高聚合物混合，以制造出这种外星油墨，然后利用挤压机通过3D打印技术将这种油墨打印成各种不同的形状。据英国《科学报告》杂志网站上的报告中说，最终大约有90%由尘土构成的物品坚韧而有弹性，可按需要进行卷曲、切割和折叠以打印成几乎任何3D形状。美国西北大学的材料科学家戴维·迪南正尝试加热这种聚合物，以使其像瓷砖一样坚硬。

3D打印机最奇特的用途也许是用来打印人体的器官。位于圣迭哥的Organovo是一家专门从事生物打印的公司，它已经开始使用含有人体细胞的3D打印材料来试验性地制造人体肝脏和骨骼组织。初期，希望生产出供研究或药物测试的器官。如果技术一旦成熟，将给等待器官移值的患者带来福音。3D打印还可以根据患者自身的干细胞来制造器官，这将从根本上消除移值后发生排斥反应的风险。

据（西班牙《理智报》网站）2017年5月16日报道：美国西北大学麦考密克工程及应用科学学院的科研人员首次利用3D打印技术，研制出了一种人造卵巢，它在小鼠体内发挥了天然卵巢的功能，帮助其成功排卵和怀孕。

普通打印机的打印质量与油墨品质有很大关系。而对于3D打印生物组织器官来说，研究人员需要找到一种具有生物相容性的“油墨”，在液态下可用于3D打印，打印后又能形成牢固的结构。天然胶原蛋白很好地满足了研究人员的这种需要。

科研人员用天然胶原蛋白作为3D打印原料，制造出了类似脚手架的人造卵巢结构，在其中放入了小鼠的卵胞，然后将人造卵巢植入数只被摘除卵巢的小鼠体内。研究人员发现，小鼠体内的血管逐渐进入并连接到这些3D打印卵巢，为其中的卵泡提供氧气和营养。小鼠体内的激素环境也为人造卵泡提供了适当的刺激，帮助卵胞正常生长并最终成为能够完成孕育过程的生殖细胞。研究结果显示，这些小鼠排卵期正常，在交配后顺利怀孕并分娩。(www.xing528.com)

这一研究表明，3D打印人造卵巢完全具有可行性，这意味着，利用此类技术也许能帮助生育能力存在缺陷的女性成功怀孕，而无需通过复杂的移植或辅助生殖技术。

中国成功用3D打印培育并移植人耳。一段时间以来，科学家一直在致力于培育耳朵这样的器官和身体部件，研究人员现在把这种努力向前推进了重要的一步。他们为患有耳畸形（耳朵过小、发育不良并且往往影响听力）的五名儿童培育出新耳朵。他们把新耳朵移植到这些孩子身上，并且持续观察其发育长达两年以上。这项成就非常重要，因为它是同类研究中的首例，并且表明此类方法日后将成为一种可行的选择。

科学家首先利用CT扫描和3D打印做出健康耳朵的支架，接下来在这些支架填充取自原来发育不全的耳朵的细胞，并且培育三个月。然后，研究团队将其移植给五名患者，并对他们进行持续监护。现在，研究人员已经拥有超过两年的跟踪数据，结果充满希望。这些孩子均未对新耳朵产生排异，五只耳朵中的四只都在移植后发育出软骨结构，有两只耳朵出现轻微变形，另外三只形状正常。

美国康奈尔大学生物医学工程学教授劳伦斯·博纳萨尔指出：“用工程学的办法进行耳朵和其他软骨组织的重建很快将成为临床现实。用这种方法培育出来的组织，其美观性可以与目前所能期待的最佳外科手术相媲美。

3D打印技术将颠覆航空业。更强的动力，更少的耗油，并且更便宜，这是3D打印近几十年来影响制造业的最具颠覆性的技术。3D打印的可能性使得通用电气的工程师构思出打破常规的全新引擎设计。今天，这一技术已使我们拥有了高性能、低价值的螺旋桨飞机引擎，未来可能会彻底改变商业航空业。

2013年问世的全球“第一款3D打印手枪

国际航空运输协会预计，航空乘客人数到2035年将增加一倍，达到72亿人次。2015年波音公司预测说，今后20年航空乘客人数的不断增加，我们将需要超过3.8万架新飞机。为了满足这些需求，航空业需要新的解决办法。为了降低成本并提升性能，飞机引擎用3D打印的钛钢零部件取代了许多单独制造的部件。

此外，这一设计融合了喷气和涡轮螺旋桨领域的最佳技术，据通用电气称，可节省20%的燃料，还比同类引擎多提供10%的动力。

由硅谷资助的新西兰火箭实验室，2017年5月25日在马希亚半岛首次发射了3D打印的电池动力火箭，在为进入太空扫清财力和后勤障碍的商业竞赛中，成功发射低成本的3D打印火箭是重要的一步，这同时也让新西兰成为一个空间技术中心。据称，其服务可为企业定期把卫星送入轨道。

2017年8月17日，在国际空间站进行太空行走的俄罗斯宇航员，释放了世界首颗几乎完全用3D打印机制造的卫星。

俄罗斯宇航员总共手动释放5枚超微型卫星，这些微小的卫星，大小不超过1至2英尺（约合0.3至0.6米），一个接一个翻转着安全离开国际空间站。

俄罗斯宇航员释放3D打印机制造的微型卫星

被抛出国际空间站的第一颗卫星的外壳和电池组都是用3D打印机制造的。科研人员是想研究3D打印的零部件如何经受住太空环境。

当天释放的其他几颗卫星配备了传统的航天器部件。每颗卫星的重量只有10至24磅（约合4.5至10.9千克）。预计它们将在轨道上运行5至6个月。

其中一颗卫星用于纪念苏联1957年10月4日发射的世界首颗卫星“斯普特尼克1号”升空60周年，另一颗卫星用于向俄罗斯“火箭之父”康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基致敬。剩下的两颗小卫星用于导航和其他实验。