發(fā)布日期：2024-09-07 來源: 網(wǎng)絡(luò) 閱讀量（）
3D打印，又稱增材制造，是一種數(shù)字化制造過程，通過逐層堆積材料來創(chuàng)建三維物體。今天，3D打印以其獨特優(yōu)勢正向生產(chǎn)生活各個領(lǐng)域廣泛滲透，醫(yī)療、建筑、航天、工業(yè)生產(chǎn)、教育、文物保護等場景都能看到這項新技術(shù)的應(yīng)用。 記者選取與日常生活較近的3個場景：蓋房子、看病就醫(yī)、陶藝DIY，一窺新技術(shù)如何進入和改變我們的生活。 這座約400平方米、由6間北房組成的農(nóng)家院坐落在河北省故城縣房莊鎮(zhèn)宋莊村，采用“3D打印與模塊化裝配”的新型建造方式，在工廠將數(shù)字模型打印制作成一塊塊像積木一樣的墻體模塊，運到現(xiàn)場后，僅用7天就完成了主體結(jié)構(gòu)安裝。 新奇的蓋房子方式在十里八鄉(xiāng)傳開了，附近村民紛紛趕來“打卡”，來自北京、上海、浙江、湖北等地和新加坡的專家也慕名而來。 打印的房子有啥特別？記者走進這座農(nóng)家小院一探究竟。在一片紅磚砌體民房中，這座灰白色的院落格外出挑。面對一撥撥探訪，張國烈總是熱情地把來客迎進院中，“花開富貴”影壁、“祥云福鹿”雕塑、“喜鵲登梅”紋理門廊、“福壽山水”畫面山墻都成了“打卡點”。 這座民居由浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院智能建造團隊聯(lián)合靈砼科技、冠力科技、山東基石增材公司產(chǎn)研協(xié)作共同完成。“院落采用一體化數(shù)字設(shè)計，整個房屋、院墻、廊柱等結(jié)構(gòu)部件，還有花壇、地磚、假山、雕塑等景觀裝飾均由混凝土3D打印而成，外部雕花紋理和內(nèi)部管線空腔都是在設(shè)計階段隨著結(jié)構(gòu)一起做好，三維建模，所見即所得。”浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院副教授孫曉燕介紹。 “設(shè)計完成后，打印過程就像擠奶油，3D打印機的噴嘴在設(shè)計好的軌道上來回運行，同時‘吐’出混凝土，一層層堆疊起來，墻體模塊就造好了?！睂O曉燕說。記者湊近仔細觀看，灰白色的混凝土墻體表層帶有一層層約1厘米厚的紋理，還利用墻面凹凸形成頗具藝術(shù)感的花紋。 “設(shè)計之初就充分考慮了如何利用墻體空腔解決保溫隔熱隔聲等功能和結(jié)構(gòu)抗震抗災(zāi)的配筋需求，保溫性能好，燒天然氣取暖，比住普通房屋更省，結(jié)構(gòu)強度也更高。”浙江大學(xué)智能建造與工程管理研究所所長王海龍教授說，“還用上了固廢低碳混凝土，更綠色環(huán)保?！?/p> 造價如何？“這座院子建設(shè)成本為30萬元左右，和農(nóng)村普通的磚混房建造成本接近，附近幾個村的農(nóng)戶也想著在自己家‘打印’一套?！惫食强h農(nóng)業(yè)農(nóng)村局副局長張延安表示，“現(xiàn)在農(nóng)村蓋房子經(jīng)常面臨用工短缺，3D打印為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)提供了新思路，我們計劃在更大范圍內(nèi)推廣?！?/p> “從2013年起就致力于數(shù)字建造技術(shù)研究，用2年時間摸清了打印混凝土的性能調(diào)控，又逐步攻克打印設(shè)備、配筋增強技術(shù)以及打印建造技術(shù)等，團隊至今已取得3D打印材料、裝備、結(jié)構(gòu)、施工方法國內(nèi)外發(fā)明專利30余項，設(shè)備和技術(shù)也出口到了國外?！蓖鹾｝堈f。 甘肅火星1號基地太空艙酒店、香港景觀座椅、沙特阿拉伯大型別墅……該團隊的3D打印建筑物已在多地亮相。“除了推進更多項目落地，我們正探索水下和太空等場景的3D打印技術(shù)，并取得積極進展。”孫曉燕說，“增材智能建造的國際標(biāo)準(zhǔn)不久前發(fā)布，這意味著替代傳統(tǒng)建造的步伐將會加快。希望在不久的將來，能像科幻電影里那樣，在海底和太空實現(xiàn)遠程無人智能建造。” 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院10號樓5層，3D打印接診中心的一個房間里，大大小小的骨骼和關(guān)節(jié)3D打印模型靜置在陳列架上。有的模型上有醒目的綠色物體，那是特意標(biāo)識的患者真實腫瘤形態(tài)?！熬拖耖_車看導(dǎo)航一樣。”該院骨科主任醫(yī)師郝永強說，“應(yīng)用于手術(shù)設(shè)計的病變模型屬于3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用的第一個層次。有了這個模型，腫瘤多大、長在什么位置，與周圍臟器、血管神經(jīng)等之間是什么關(guān)系等等一目了然，既減少手術(shù)時間，也能幫助年輕醫(yī)生更快成長?！?/p> 治療骨科疾病多半就是在和骨缺損戰(zhàn)斗。小的缺損可以自我修復(fù)，到一定程度只能借助人工解決，植入的骨填充塊就是解決方法之一?！笆澜缟蠜]有兩片完全相同的樹葉，也沒有兩個人的關(guān)節(jié)或骨缺損的情況是完全一樣的。”郝永強說，“過去，同一款人工關(guān)節(jié)假體形態(tài)基本一致，僅有少數(shù)幾種尺寸差異，后來隨著設(shè)計改進，組成假體的部件有多種規(guī)格，連接部有了更多的調(diào)節(jié)接口，但即便如此，效果仍不理想?！?/p> 3D打印的應(yīng)用，實現(xiàn)了骨科手術(shù)由削足適履到量體裁“骨”的精準(zhǔn)化治療。搭載細胞、細胞因子的生物打印活性組織或器官，則代表了3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用的最高層次。 郝永強清楚地記得兩年前一位16歲女孩由母親陪同來向他求助。當(dāng)時，這名患者飽受左小腿疼痛困擾，連走路都成問題——臨床診斷為“左脛骨近端腫瘤”。 “切除腫瘤會引致骨缺損，傳統(tǒng)的治療方法采用自體骨或異體骨移植，都存在一定風(fēng)險或缺陷，如二次手術(shù)創(chuàng)傷、疾病傳播、免疫排異、骨來源受限等。”郝永強說。 看著陳列室冷冰冰的模型，聽著讓人一頭霧水的術(shù)語，患者和家屬都有點蒙，但郝永強還是說服他們，同意采用一項新技術(shù)——那是中國科學(xué)家開創(chuàng)的“生物3D打印活性骨修復(fù)骨缺損”技術(shù)的首次應(yīng)用。 3D打印活性骨被植入缺損部位，慢慢降解并釋放出搭載的患者自身的干細胞及活性生長因子，與缺損區(qū)域周圍骨組織細胞相互作用，骨形態(tài)完全匹配，修復(fù)速度也大大加快。 從醫(yī)35年，在郝永強幫助下，已有成百上千名患者感受到3D打印技術(shù)的溫度。“上世紀(jì)90年代，國內(nèi)醫(yī)生會優(yōu)先選擇國外的技術(shù)和產(chǎn)品。現(xiàn)在，從原材料到設(shè)備軟硬件再到實施手術(shù)，我們實現(xiàn)了3D打印骨科手術(shù)技術(shù)和產(chǎn)品的完全國產(chǎn)化，手術(shù)成果讓外國專家瞪大眼睛?！焙掠缽娬f。 2016年上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心成立，郝永強擔(dān)任該中心主任。到現(xiàn)在，全國28個省份已成立約100家醫(yī)學(xué)3D打印分中心。不僅如此，國外骨科醫(yī)療器械商拋出的橄欖枝也讓郝永強意識到，應(yīng)該到國外建設(shè)分中心：“我們的技術(shù)創(chuàng)新走到了全球前列，‘走出去’既是擴展自身影響力，也是為提升海外尤其是醫(yī)療欠發(fā)達地區(qū)患者的健康福祉出份力?！?/p> 在古代，選礦、煉泥、定樣、利坯、繪畫、施釉、入窯燒瓷，數(shù)十道程序下來，往往歷時數(shù)月才能制作完成。 今天，網(wǎng)購好原料，用陶瓷3D打印機，使用窯爐燒制，或者更簡單點，家用微波爐也能替代——劉文強測算出的平均時間是15分鐘。 10年前，出于個人興趣，山東大學(xué)機械工程專業(yè)二年級學(xué)生劉文強研發(fā)了一款陶瓷3D打印機，在學(xué)校環(huán)保主題的創(chuàng)新比賽中拿了獎，后來代表學(xué)校參加全國比賽，又?jǐn)孬@一等獎，這些獎狀一直被他悉心珍藏。 10年間，這名獲獎大學(xué)生成了濟南辰坤智能科技有限公司創(chuàng)始人，一款產(chǎn)品衍生出適用于多種場景的系列產(chǎn)品?！凹扔羞m合普通消費者的，也有的適合專業(yè)人士、公司。如用彩色釉料打印，也能實現(xiàn)上釉效果。”劉文強說。 劉文強的辦公室里擺滿了花瓶、水杯、擺件等大大小小顏色各異的陶瓷制品，這些都是他開發(fā)的陶瓷3D打印機制作的。與其說是辦公室，倒不如說更像一個陶藝DIY手工作坊。劉文強說：“陶瓷3D打印機大大降低了藝術(shù)創(chuàng)作、藝術(shù)體驗的成本?！?/p> 打印出來的作品，稱得上藝術(shù)品嗎？這是劉文強經(jīng)常面對的質(zhì)疑?！坝腥苏f機器做出來的東西沒有靈魂?！彼貞?。 最初，劉文強也不知道如何反駁，直到他從用戶樂此不疲的體驗中找到了3D打印文創(chuàng)產(chǎn)品的價值。吉爾·泰勒是美國人，有60多歲，很喜歡陶藝，但隨著年齡增長，手經(jīng)常不聽使喚，陶藝制作讓她感到有些力不從心，直到發(fā)現(xiàn)這家公司的產(chǎn)品。 泰勒在社交平臺上“秀”出一件3D打印和手工配合完成的作品：那是一只站立的母獅，穿禮裙戴披肩，身姿優(yōu)雅，頭微微抬起，凝視遠方，其中最難的裙裾就是3D打印而成的?！?D打印可以幫助用戶擺脫禁錮、突破傳統(tǒng)工藝的束縛，做出更加復(fù)雜多變的形態(tài)，帶來更大的創(chuàng)作自由度?！眲⑽膹娬f。 可以打印的，不只是陶瓷。手辦、船模、建筑模型、雕像、玩具……在文化創(chuàng)意領(lǐng)域，3D打印的應(yīng)用越來越廣。劉文強感覺到博魚·boyu體育，消費級3D打印機市場增長速度很可觀。有數(shù)據(jù)佐證了這一點：2022年中國消費級3D打印設(shè)備銷量為135.18萬臺，較2017年增長14.4倍。 打印速度慢、使用門檻高、產(chǎn)品價格高等因素一度“勸退”廣大普通消費者。近年來在市場需求和技術(shù)進步共同催化下，消費級3D打印機銷售價格大幅下探，并叩開海外市場。 “我們的用戶主要來自海外，一些動手能力很強的人還會熱情地提出建議幫助改進產(chǎn)品，很喜歡這種和用戶共創(chuàng)的氛圍。”劉文強說，“希望我們的產(chǎn)品能走進更多家庭，讓人們更便利地享受動手樂趣?！?/p> 在海外手工達人開設(shè)的陶藝課程上，陶藝愛好者體驗濟南辰坤智能公司研發(fā)的3D陶瓷打印機。受訪者供圖 3D打印，又稱增材制造，是一種數(shù)字化制造過程，通過逐層堆積材料來創(chuàng)建三維物體。今天，3D打印以其獨特優(yōu)勢正向生產(chǎn)生活各個領(lǐng)域廣泛滲透，醫(yī)療、建筑、航天、工業(yè)生產(chǎn)、教育、文物保護等場景都能看到這項新技術(shù)的應(yīng)用。 記者選取與日常生活較近的3個場景：蓋房子、看病就醫(yī)、陶藝DIY，一窺新技術(shù)如何進入和改變我們的生活。 這座約400平方米、由6間北房組成的農(nóng)家院坐落在河北省故城縣房莊鎮(zhèn)宋莊村，采用“3D打印與模塊化裝配”的新型建造方式，在工廠將數(shù)字模型打印制作成一塊塊像積木一樣的墻體模塊，運到現(xiàn)場后，僅用7天就完成了主體結(jié)構(gòu)安裝。 新奇的蓋房子方式在十里八鄉(xiāng)傳開了，附近村民紛紛趕來“打卡”，來自北京、上海、浙江、湖北等地和新加坡的專家也慕名而來。 打印的房子有啥特別？記者走進這座農(nóng)家小院一探究竟。在一片紅磚砌體民房中，這座灰白色的院落格外出挑。面對一撥撥探訪，張國烈總是熱情地把來客迎進院中，“花開富貴”影壁、“祥云福鹿”雕塑、“喜鵲登梅”紋理門廊、“福壽山水”畫面山墻都成了“打卡點”。 這座民居由浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院智能建造團隊聯(lián)合靈砼科技、冠力科技、山東基石增材公司產(chǎn)研協(xié)作共同完成。“院落采用一體化數(shù)字設(shè)計，整個房屋、院墻、廊柱等結(jié)構(gòu)部件，還有花壇、地磚、假山、雕塑等景觀裝飾均由混凝土3D打印而成，外部雕花紋理和內(nèi)部管線空腔都是在設(shè)計階段隨著結(jié)構(gòu)一起做好，三維建模，所見即所得?！闭憬髮W(xué)建筑工程學(xué)院副教授孫曉燕介紹。 “設(shè)計完成后，打印過程就像擠奶油，3D打印機的噴嘴在設(shè)計好的軌道上來回運行，同時‘吐’出混凝土，一層層堆疊起來，墻體模塊就造好了?！睂O曉燕說。記者湊近仔細觀看，灰白色的混凝土墻體表層帶有一層層約1厘米厚的紋理，還利用墻面凹凸形成頗具藝術(shù)感的花紋。 “設(shè)計之初就充分考慮了如何利用墻體空腔解決保溫隔熱隔聲等功能和結(jié)構(gòu)抗震抗災(zāi)的配筋需求，保溫性能好，燒天然氣取暖，比住普通房屋更省，結(jié)構(gòu)強度也更高?！闭憬髮W(xué)智能建造與工程管理研究所所長王海龍教授說，“還用上了固廢低碳混凝土，更綠色環(huán)保?！?/p> 造價如何？“這座院子建設(shè)成本為30萬元左右，和農(nóng)村普通的磚混房建造成本接近，附近幾個村的農(nóng)戶也想著在自己家‘打印’一套。”故城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局副局長張延安表示，“現(xiàn)在農(nóng)村蓋房子經(jīng)常面臨用工短缺，3D打印為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)提供了新思路，我們計劃在更大范圍內(nèi)推廣。” “從2013年起就致力于數(shù)字建造技術(shù)研究，用2年時間摸清了打印混凝土的性能調(diào)控，又逐步攻克打印設(shè)備、配筋增強技術(shù)以及打印建造技術(shù)等，團隊至今已取得3D打印材料、裝備、結(jié)構(gòu)、施工方法國內(nèi)外發(fā)明專利30余項，設(shè)備和技術(shù)也出口到了國外?！蓖鹾｝堈f。 甘肅火星1號基地太空艙酒店、香港景觀座椅、沙特阿拉伯大型別墅……該團隊的3D打印建筑物已在多地亮相?！俺送七M更多項目落地，我們正探索水下和太空等場景的3D打印技術(shù)，并取得積極進展?！睂O曉燕說，“增材智能建造的國際標(biāo)準(zhǔn)不久前發(fā)布，這意味著替代傳統(tǒng)建造的步伐將會加快。希望在不久的將來，能像科幻電影里那樣，在海底和太空實現(xiàn)遠程無人智能建造。” 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院10號樓5層，3D打印接診中心的一個房間里，大大小小的骨骼和關(guān)節(jié)3D打印模型靜置在陳列架上。有的模型上有醒目的綠色物體，那是特意標(biāo)識的患者真實腫瘤形態(tài)?！熬拖耖_車看導(dǎo)航一樣。”該院骨科主任醫(yī)師郝永強說，“應(yīng)用于手術(shù)設(shè)計的病變模型屬于3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用的第一個層次。有了這個模型，腫瘤多大、長在什么位置，與周圍臟器、血管神經(jīng)等之間是什么關(guān)系等等一目了然，既減少手術(shù)時間，也能幫助年輕醫(yī)生更快成長?！?/p> 治療骨科疾病多半就是在和骨缺損戰(zhàn)斗。小的缺損可以自我修復(fù)，到一定程度只能借助人工解決，植入的骨填充塊就是解決方法之一?！笆澜缟蠜]有兩片完全相同的樹葉，也沒有兩個人的關(guān)節(jié)或骨缺損的情況是完全一樣的?！焙掠缽娬f，“過去，同一款人工關(guān)節(jié)假體形態(tài)基本一致，僅有少數(shù)幾種尺寸差異，后來隨著設(shè)計改進，組成假體的部件有多種規(guī)格，連接部有了更多的調(diào)節(jié)接口，但即便如此，效果仍不理想?！?/p> 3D打印的應(yīng)用，實現(xiàn)了骨科手術(shù)由削足適履到量體裁“骨”的精準(zhǔn)化治療。搭載細胞、細胞因子的生物打印活性組織或器官，則代表了3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用的最高層次。 郝永強清楚地記得兩年前一位16歲女孩由母親陪同來向他求助。當(dāng)時，這名患者飽受左小腿疼痛困擾，連走路都成問題——臨床診斷為“左脛骨近端腫瘤”。 “切除腫瘤會引致骨缺損，傳統(tǒng)的治療方法采用自體骨或異體骨移植，都存在一定風(fēng)險或缺陷，如二次手術(shù)創(chuàng)傷、疾病傳播、免疫排異、骨來源受限等?！焙掠缽娬f。 看著陳列室冷冰冰的模型，聽著讓人一頭霧水的術(shù)語，患者和家屬都有點蒙，但郝永強還是說服他們，同意采用一項新技術(shù)——那是中國科學(xué)家開創(chuàng)的“生物3D打印活性骨修復(fù)骨缺損”技術(shù)的首次應(yīng)用。 3D打印活性骨被植入缺損部位，慢慢降解并釋放出搭載的患者自身的干細胞及活性生長因子，與缺損區(qū)域周圍骨組織細胞相互作用，骨形態(tài)完全匹配，修復(fù)速度也大大加快。 從醫(yī)35年，在郝永強幫助下，已有成百上千名患者感受到3D打印技術(shù)的溫度?！吧鲜兰o(jì)90年代，國內(nèi)醫(yī)生會優(yōu)先選擇國外的技術(shù)和產(chǎn)品?，F(xiàn)在，從原材料到設(shè)備軟硬件再到實施手術(shù)，我們實現(xiàn)了3D打印骨科手術(shù)技術(shù)和產(chǎn)品的完全國產(chǎn)化，手術(shù)成果讓外國專家瞪大眼睛。”郝永強說。 2016年上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)3D打印創(chuàng)新研究中心成立，郝永強擔(dān)任該中心主任。到現(xiàn)在，全國28個省份已成立約100家醫(yī)學(xué)3D打印分中心。不僅如此，國外骨科醫(yī)療器械商拋出的橄欖枝也讓郝永強意識到，應(yīng)該到國外建設(shè)分中心：“我們的技術(shù)創(chuàng)新走到了全球前列，‘走出去’既是擴展自身影響力，也是為提升海外尤其是醫(yī)療欠發(fā)達地區(qū)患者的健康福祉出份力?！?/p> 在古代，選礦、煉泥、定樣、利坯、繪畫、施釉、入窯燒瓷，數(shù)十道程序下來，往往歷時數(shù)月才能制作完成。 今天，網(wǎng)購好原料，用陶瓷3D打印機，使用窯爐燒制，或者更簡單點，家用微波爐也能替代——劉文強測算出的平均時間是15分鐘。 10年前，出于個人興趣，山東大學(xué)機械工程專業(yè)二年級學(xué)生劉文強研發(fā)了一款陶瓷3D打印機，在學(xué)校環(huán)保主題的創(chuàng)新比賽中拿了獎，后來代表學(xué)校參加全國比賽，又?jǐn)孬@一等獎，這些獎狀一直被他悉心珍藏。 10年間，這名獲獎大學(xué)生成了濟南辰坤智能科技有限公司創(chuàng)始人，一款產(chǎn)品衍生出適用于多種場景的系列產(chǎn)品。“既有適合普通消費者的，也有的適合專業(yè)人士、公司。如用彩色釉料打印，也能實現(xiàn)上釉效果。”劉文強說。 劉文強的辦公室里擺滿了花瓶、水杯、擺件等大大小小顏色各異的陶瓷制品，這些都是他開發(fā)的陶瓷3D打印機制作的。與其說是辦公室，倒不如說更像一個陶藝DIY手工作坊。劉文強說：“陶瓷3D打印機大大降低了藝術(shù)創(chuàng)作、藝術(shù)體驗的成本。” 打印出來的作品，稱得上藝術(shù)品嗎？這是劉文強經(jīng)常面對的質(zhì)疑?！坝腥苏f機器做出來的東西沒有靈魂?！彼貞洝?/p> 最初，劉文強也不知道如何反駁，直到他從用戶樂此不疲的體驗中找到了3D打印文創(chuàng)產(chǎn)品的價值。吉爾·泰勒是美國人，有60多歲，很喜歡陶藝，但隨著年齡增長，手經(jīng)常不聽使喚，陶藝制作讓她感到有些力不從心，直到發(fā)現(xiàn)這家公司的產(chǎn)品。 泰勒在社交平臺上“秀”出一件3D打印和手工配合完成的作品：那是一只站立的母獅，穿禮裙戴披肩，身姿優(yōu)雅，頭微微抬起，凝視遠方，其中最難的裙裾就是3D打印而成的。“3D打印可以幫助用戶擺脫禁錮、突破傳統(tǒng)工藝的束縛，做出更加復(fù)雜多變的形態(tài)，帶來更大的創(chuàng)作自由度。”劉文強說。 可以打印的，不只是陶瓷。手辦、船模、建筑模型、雕像、玩具……在文化創(chuàng)意領(lǐng)域，3D打印的應(yīng)用越來越廣。劉文強感覺到，消費級3D打印機市場增長速度很可觀。有數(shù)據(jù)佐證了這一點：2022年中國消費級3D打印設(shè)備銷量為135.18萬臺，較2017年增長14.4倍。 打印速度慢、使用門檻高、產(chǎn)品價格高等因素一度“勸退”廣大普通消費者。近年來在市場需求和技術(shù)進步共同催化下，消費級3D打印機銷售價格大幅下探，并叩開海外市場。 “我們的用戶主要來自海外，一些動手能力很強的人還會熱情地提出建議幫助改進產(chǎn)品，很喜歡這種和用戶共創(chuàng)的氛圍。”劉文強說，“希望我們的產(chǎn)品能走進更多家庭，讓人們更便利地享受動手樂趣?！?/p>
