3D打印會(huì)有多少可能

來(lái)源：中央紀(jì)委監(jiān)察部網(wǎng)站新聞

△圖為位于寧夏銀川的世界首個(gè)萬(wàn)噸級(jí)鑄造3D打印成型智能工廠(chǎng)車(chē)間內(nèi)景。（資料圖片）

△圖為西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司3D打印的“鋁合金點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)”展品,。 新華社記者 劉瀟 攝

國(guó)內(nèi)首家建筑3D打印展館日前在廣東正式啟用,。從外觀上看，這棟雙層建筑和普通的房子并無(wú)不同,，但實(shí)際上，整棟樓沒(méi)用一磚一瓦,，全是用可黏合混合材料打印而成。

如果擁有一臺(tái)3D打印機(jī),，你能夠制造什么,？答案是：小到精密的零件,、餅干,、模具,、衣服,，大到醫(yī)療器械、工業(yè)裝備甚至汽車(chē),、火箭、建筑……都可以制造出來(lái)。難怪有人會(huì)說(shuō),，在未來(lái)，一臺(tái)3D打印機(jī)幾乎可以創(chuàng)造一個(gè)世界,。

2018年，3D打印正式被納入中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(lèi),。作為新興前沿技術(shù)，3D打印承載著未來(lái)制造的無(wú)限可能,，也顛覆著傳統(tǒng)制造業(yè)的思維形態(tài)。近年來(lái),，中國(guó)的3D打印技術(shù)快速發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景也越來(lái)越多,，成為加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段。

大同的云岡石窟被原樣“搬”到千里之外的杭州

增材制造,，俗稱(chēng)3D打印。不同于傳統(tǒng)減材制造對(duì)原材料進(jìn)行去除,、切削的方式,，增材制造是將特定材料通過(guò)層層疊加的方式來(lái)構(gòu)造物體，在生物醫(yī)藥,、航空航天,、建筑等多個(gè)領(lǐng)域都能夠大顯身手。

掃描獲取三維數(shù)據(jù),、通過(guò)電腦編程,，將模型導(dǎo)入打印機(jī),，一個(gè)與真肺一模一樣的肺部模型就可以從3D打印機(jī)里打印出來(lái),。今年6月，貴州省人民醫(yī)院胸外科首次利用3D打印技術(shù)完成了三維模型下的精準(zhǔn)肺段切除術(shù),。這一模型,，不僅精準(zhǔn)再現(xiàn)了病人肺部的病灶位置，甚至連每根血管都栩栩如生,。

醫(yī)療器械,、器官模型、可植入人體的仿生組織……3D打印擅長(zhǎng)塑造各種細(xì)節(jié)的優(yōu)勢(shì)剛好滿(mǎn)足了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω黝?lèi)模具的高標(biāo)準(zhǔn)需求,。山西增材制造研究院院長(zhǎng)宮濤表示,，人工用鋼鐵、石膏等材質(zhì)制造模具,，產(chǎn)品在大規(guī)模生產(chǎn)前,，還要多次打樣和修改。而3D打印機(jī)直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件,，能較精準(zhǔn)地塑造復(fù)雜精細(xì)的造型,。

不僅是醫(yī)療，3D打印的這一特性,，也很適合應(yīng)用在文物復(fù)制和修護(hù)上,。不久前，位于山西大同的云岡石窟被“搬”到了千里之外的浙江杭州,。在浙江大學(xué)藝術(shù)與考古博物館,，全球首個(gè)可移動(dòng)3D打印石窟——云岡石窟“音樂(lè)窟”原樣再現(xiàn)了原洞窟的風(fēng)采以及千余年來(lái)風(fēng)化留下的細(xì)微痕跡。借助數(shù)字化采集,，制造者對(duì)原洞窟進(jìn)行了1∶1復(fù)制,，用輕型材料打印出110塊模型，再像搭積木一樣組裝成現(xiàn)在的復(fù)制石窟,。由于是復(fù)制品,，參觀者不僅可以身處其中細(xì)細(xì)觀賞，還可以伸手觸摸,，可謂過(guò)足了癮,。

除了擅長(zhǎng)精巧細(xì)微的“繡花功夫”，3D打印對(duì)于造橋建房這樣的大工程也很拿手,。

今年4月,，在蘇州河堤防改造項(xiàng)目中，3D打印技術(shù)被直接運(yùn)用于工地施工過(guò)程,。不用砌磚,、無(wú)需澆筑，現(xiàn)場(chǎng)只有打印機(jī)噴頭來(lái)回移動(dòng),。高強(qiáng)度砂漿從噴頭中一點(diǎn)點(diǎn)流出,，按照設(shè)定好的程序塑造出富有江南特色的造型。

“3D打印可使建筑一次成型,，節(jié)約建筑材料60%，同時(shí)建造過(guò)程中的工藝損耗也減少了,�,！敝袊�(guó)建筑技術(shù)中心材料工程研究所所長(zhǎng)助理霍亮表示,，由于打印使用的是機(jī)械自動(dòng)化操作,，還能節(jié)省近一半的人力。

值得一提的是,，在今年5月發(fā)射升空的我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船上,，就搭載了一臺(tái)“3D打印機(jī)”。這是我國(guó)首次在太空開(kāi)展3D打印實(shí)驗(yàn),，打印材料是航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的輕質(zhì)高強(qiáng)材料——碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,。

目前，隨著金屬材質(zhì)打印技術(shù)的突破,，航空航天也成為3D打印最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一,。不管是制造快速成型、單件定制的航天設(shè)備零部件,，還是復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和大型異構(gòu)件,，3D打印都是理想的技術(shù)手段。而這次實(shí)驗(yàn)的成功,，更讓人們感受到,，“太空制造”離我們也不再遙遠(yuǎn)。

過(guò)去幾個(gè)月才能制成的砂�,，F(xiàn)在只需幾小時(shí)

寧夏銀川,，世界首個(gè)萬(wàn)噸級(jí)鑄造3D打印智能工廠(chǎng)的車(chē)間內(nèi)，數(shù)臺(tái)5米多高的白色鑄造用砂芯3D打印機(jī)在智能流水線(xiàn)上有序工作,。這些設(shè)備,，全部為企業(yè)自主研發(fā)。

與傳統(tǒng)的鑄造車(chē)間相比,，無(wú)吊車(chē),、無(wú)模型、無(wú)重體力,、無(wú)溫差,、無(wú)廢砂及粉塵排放成為這家工廠(chǎng)的鮮明特色。在這里,，鑄件生產(chǎn)變得快速而簡(jiǎn)單——過(guò)去需要幾個(gè)月才能制成的砂模,，現(xiàn)在只需幾個(gè)小時(shí)。這些鑄件不僅在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售,，還遠(yuǎn)銷(xiāo)海外,。

工廠(chǎng)所屬企業(yè)——共享裝備股份有限公司3D打印事業(yè)部市場(chǎng)總監(jiān)李哲表示,，相較于傳統(tǒng)加工制造，3D打印具有縮短生產(chǎn)流程,、設(shè)計(jì)靈活,、節(jié)約成本、降低制造難度等優(yōu)勢(shì),。這一技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用對(duì)鑄造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),、鑄造智能制造及未來(lái)鑄造智能工廠(chǎng)的建設(shè)將產(chǎn)生變革性的意義,。

不僅是共享裝備,，近年來(lái)，越來(lái)越多的制造企業(yè)開(kāi)始采用3D打印進(jìn)行零部件或整機(jī)生產(chǎn),。這一新興技術(shù),，改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式。

近日,，在哈電集團(tuán)哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司,，國(guó)內(nèi)首臺(tái)增材制造沖擊式水輪機(jī)真機(jī)轉(zhuǎn)輪研制成功。如果該轉(zhuǎn)輪在未來(lái)的電站使用中符合預(yù)期,，則證明3D打印技術(shù)在制造沖擊式轉(zhuǎn)輪上具備可行性,，為企業(yè)未來(lái)制造以往難以制造或無(wú)法制造的超小、超大型沖擊式轉(zhuǎn)輪提供一個(gè)解決方案,。

“最初,，我們開(kāi)始關(guān)注3D打印，是用于模型轉(zhuǎn)輪的制造,。每個(gè)模型轉(zhuǎn)輪都是單件生產(chǎn),，并且希望能在最短的時(shí)間內(nèi)制造完成，這與3D打印的技術(shù)特點(diǎn)形成了非常完美的契合,�,！惫�爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司大電機(jī)研究所副所長(zhǎng)王煥茂表示，“經(jīng)過(guò)近兩年的研發(fā),，我們成功制造了國(guó)內(nèi)首臺(tái)可應(yīng)用于模型水輪機(jī)水力試驗(yàn)的3D打印非金屬模型轉(zhuǎn)輪,。在研發(fā)的進(jìn)程中，我們認(rèn)識(shí)到3D打印技術(shù)更廣闊的市場(chǎng)在金屬打印領(lǐng)域,，在真機(jī)轉(zhuǎn)輪,。”

一臺(tái)復(fù)雜的轉(zhuǎn)輪是如何打印出來(lái)的,？哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司大電機(jī)研究所科研員程廣福告訴記者：“將需要打印部分的數(shù)學(xué)模型導(dǎo)入相應(yīng)的軟件,，進(jìn)行切片和打印路徑的規(guī)劃，再將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后傳送給機(jī)器人,，最終機(jī)器人按照給定的運(yùn)行程序攜帶焊槍完成轉(zhuǎn)輪的3D打印制造,�,！�

依靠3D打印技術(shù)，過(guò)去需要4個(gè)月才能完成的轉(zhuǎn)輪制造如今被縮短到3個(gè)月之內(nèi),。

“傳統(tǒng)鑄造工藝制造轉(zhuǎn)輪,，工序繁多，參與的工種和工人也多,。工人們勞動(dòng)強(qiáng)度大不說(shuō),，鑄造后的轉(zhuǎn)輪還容易有缺陷，精度差,、加工余量大,、產(chǎn)品質(zhì)量與鍛件差距也大�,！背虖V福說(shuō),，“尤其對(duì)于高品質(zhì)的轉(zhuǎn)輪，需要采用整個(gè)鍛造圓形坯料,，一點(diǎn)點(diǎn)地用數(shù)控機(jī)床將轉(zhuǎn)輪加工出來(lái),，我們通常稱(chēng)為‘整摳’，從這個(gè)詞就可以看到這種方式加工的難度有多大,，周期有多長(zhǎng),，相應(yīng)成本也會(huì)非常高。而如今采用3D打印制造轉(zhuǎn)輪,，直接由三維模型到產(chǎn)品,，省去了多個(gè)環(huán)節(jié)，加工量小,，成本和周期也得以降低,。”

未來(lái)3D打印將會(huì)像普通打印一樣普及

“不管你想要什么,，只需下載圖紙,，按下打印鍵就可以了，剩下的統(tǒng)統(tǒng)交給打印機(jī),�,！边@是一些人所暢想的未來(lái)場(chǎng)景。對(duì)此,，不少業(yè)內(nèi)人士表示,，未來(lái)，要想實(shí)現(xiàn)更多的3D打印應(yīng)用場(chǎng)景,，關(guān)鍵在于材料,，尤其是多元化打印材料的發(fā)展。

“巧婦難為無(wú)米之炊,。材料科學(xué)是制造業(yè)的底層根基,，3D打印的落地應(yīng)用就是受限于材料的特性,，導(dǎo)致成品率低等一系列問(wèn)題�,！鼻迦A大學(xué)建筑學(xué)院博士于雷表示,，“材料的發(fā)展是3D打印發(fā)展的前提。就建筑領(lǐng)域來(lái)說(shuō),，目前3D打印建筑被局限在使用混凝土材料上了,，但是混凝土這種材料3D打印的靈活度并不高�,！�

在生物3D打印領(lǐng)域,，材料創(chuàng)新的重要性更加突出，尤其是對(duì)于人體植入物,。

羥基磷灰石是目前世界通用的仿人骨材料,，但所用的酸性粘結(jié)劑卻會(huì)給被植入患者帶來(lái)術(shù)后痛苦,。同時(shí),，由于人類(lèi)骨骼內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密度不一,，傳統(tǒng)3D打印所用材料密度一致,、粉體單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)仿生骨的打印需求,。

為了能夠制造一款最大程度接近人體骨骼性質(zhì)的仿生骨,，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院汪焰恩教授團(tuán)隊(duì)將羥基磷灰石、黏合劑,、細(xì)胞液等按照不同個(gè)體的骨骼性質(zhì)進(jìn)行科學(xué)配比,，形成一種更能被人體環(huán)境接受的打印材料。并研制了一套3D打印控制系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)了仿生骨打印所需要的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、密度不均、復(fù)合粉體等要求,。這樣打印出來(lái)的活性仿生骨與自然骨的成分,、結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能高度一致,，甚至可在生物體內(nèi)“發(fā)育”,。

汪焰恩教授表示，團(tuán)隊(duì)目前也掌握了3D打印軟骨和皮膚的技術(shù),。下一步,，他們將繼續(xù)探索真皮層中汗腺、毛囊,、皮脂腺等結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定打印技術(shù),。

在芯片這樣高精尖設(shè)備的打印制造上,，新材料的突破也會(huì)帶來(lái)更多的打印成果。上個(gè)月,，西湖大學(xué)的周南嘉團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)出全新的3D打印功能材料,，以新材料為突破，實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)別的電子3D打印,。這是目前國(guó)內(nèi)最高精度的電子3D打印技術(shù),。

山西增材制造研究院技術(shù)人員朱岳認(rèn)為，如何研發(fā)出更多新材料,，生產(chǎn)出質(zhì)量更高的3D打印產(chǎn)品,，是行業(yè)內(nèi)的一大挑戰(zhàn)。今年5月,，朱岳團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出3D打印用光敏樹(shù)脂正式投產(chǎn),，改變了過(guò)去這種3D打印原材料依賴(lài)國(guó)際進(jìn)口、成本過(guò)高的局面,。朱岳表示,，下一步，研究院將在研發(fā)材料,、打印工藝,、軟件數(shù)據(jù)研發(fā)上持續(xù)發(fā)力，他相信未來(lái)3D打印將會(huì)像普通打印一樣普及,。（王雅慧）