3D 激光打印機將來是否會(hui) 讓每家每戶的生活都變得更美好，目前還尚未可知。但是有一點可以肯定，通過3D 打印機生成的產(chan) 品有助於(yu) 保持健康，甚至拯救生命。

社會(hui) 大眾(zhong) 大都對3D 打印機懷揣著夢想：小到咖啡杯，大到小汽車，這台無所不能的裝置隻要通過打印機粉末和激光就能把任何生活用品都變出來。然而，幾乎沒有人能意識到，工業(ye) 界一直懷揣著這個(ge) 夢想並且開始取得實際成果。工業(ye) 界遵循的目標與(yu) 普羅大眾(zhong) 完全不同。而是可取代工藝升級、材料和係統，能夠以高度精準的方式執行具體(ti) 的任務，這些任務能夠在工業(ye) 級別上編程重現。

近年來，激光增材製造技術領域默默無聞地取得了進步，基於(yu) 快速成型技術的增材製造已經滲透到諸多領域，這歸功於(yu) 它不受幾何形狀的限製。如今，該技術已經在小規模生產(chan) 和工具製造中廣泛應用，快速製造和快速成型是它的核心理念。尤其是航空航天業(ye) 以及汽車製造業(ye) ，基於(yu) 創新的工藝設計理念，專(zhuan) 家們(men) 正在努力開發出符合工業(ye) 化的工藝應用。而另一方麵，醫療技術業(ye) 也在努力探尋這種技術的更多應用方法。

醫療技術的目的之一，讓人體(ti) 中使用的植入體(ti) 和生物環境相適應。如今，計算機X 線斷層攝影技術已經可以在複雜手術前就提供關(guan) 於(yu) 病人的高分辨率3D 圖像數據。根據病人的骨骼、器官和四肢精確圖像，可以製作出適合患者的植入物和假肢。第一批用激光增材製造方法製作的植入物之一的是由Lima 公司製造的髖關(guan) 節假肢。其表麵的多孔型結構可以提高其與(yu) 人體(ti) 組織配合性。這種植入體(ti) 是用電子束輻射設備生產(chan) 的。此外，在科學文獻中不斷報道了在口腔、頜、麵部手術中應用了激光增材製造技術製作的植入體(ti) 。然而，牙科植入體(ti) 已經在使用這種技術進行大批量生產(chan) 。

但是要進一步擴大激光增材製造技術在醫學移植方麵的應用範圍，還需要必要的和昂貴的軟件基礎設施、通過生產(chan) 工藝認證以及根據93/42/EEC 歐盟指令獲得的臨(lin) 床許可。目前，工業(ye) 界以及學術界都在全力以赴，填補生產(chan) 技術、軟件和臨(lin) 床許可的空白。醫療技術不僅(jin) 僅(jin) 把接近得到實際應用的研發成果向前推進，它們(men) 的需求還推動了很大一部分基礎研究的發展。這方麵的研究課題主要是如何對很難焊接的、可生物降解的或者功能性材料進行加工處理。例如，著名的漢諾威激光中心（LZH）的表麵技術研究小組正在研究鎂粉的激光增材加工工藝。這項研究是由德國研究協會(hui) 、漢諾威醫學院口腔及頜麵部外科學係以及漢諾威獸(shou) 醫學院聯合展開的研究項目的一部分。該項目的目的是，能為(wei) 重建損傷(shang) 的顱麵骨生產(chan) 出可控生物降解的混合式植入體(ti) 。在重建受損部位時，這樣的一個(ge) 植入體(ti) 可以首先取代受傷(shang) 的部分骨骼，支撐起上麵的重建部分。愈合以後，植入體(ti) 會(hui) 逐漸分解，讓位於(yu) 再生長的骨細胞。這也意味著，隨著骨骼的愈合，所出現的作用力會(hui) 逐漸轉移到新長出的骨骼上。這項研究的目的是，用激光增材製造術生產(chan) 出可生物降解的鎂合金支架。然後給這個(ge) 支架塗上聚合塗層，在必要的情況下，也可以使用鈦合金用以加固。為(wei) 了加速並改善植入體(ti) 與(yu) 周圍組織的融合，在實驗室時就已經開始在植入體(ti) 上培植骨細胞了。用激光增材技術製造鎂合金三維部件的最大挑戰，就是這種材料的熔點和汽化點之間溫度差異極小。在正常環境條件下，用選擇性激光熔化技術(SLM) 隻能將鎂粉加工成一個(ge) 簡單的軌跡熔融體(ti) ，此外鎂粉有顯著的聚集傾(qing) 向。該項目所確定的方法，是在增壓條件下使熔化和汽化點之間的溫差變大。利用SLM 公司的解決(jue) 方案，改造了一台商用的激光熔化設備，並配備了一個(ge) 針對2 bar 增壓設計的加工腔室。目前，首個(ge) 三維的試驗結構已經製造成功，這標誌著向目標邁進了一大步。

表麵技術研究小組也重點研究以激光為(wei) 基礎的增材微加工，激光熔覆焊接和選擇性激光微熔化。這樣就能製作醫學微型植入體(ti) ，或者是對表麵進行功能性微結構處理。由醫用鋼材製作的藥物傳(chuan) 輸係統，其作用是將藥物直接導入到目標組織，就是關(guan) 注的領域之一，例如用在微行器的鎳鈦記憶合金的加工。具體(ti) 應用決(jue) 定了選擇何種激光加工工藝：要麽(me) 使用分為(wei) 兩(liang) 步、基於(yu) 粉末床的激光微熔化技術，要麽(me) 使用一步到位的激光微熔覆焊接技術，這兩(liang) 種方法製造出的物品均不會(hui) 有孔眼和缺陷，其微結構尺寸在 30-40 微米之間。與(yu) 選擇性激光熔化相反，激光微金屬沉積不需要粉末床，因為(wei) 這種工藝使粉狀輔助材料直接進入加工區。對於(yu) 自由曲麵或是大型組件的表麵結構，激光微金屬沉積是更好的選擇。激光微熔化尤其適合製作多個(ge) 零部件或者是帶有底切的複雜三維結構。如果人們(men) 觀察最新的出版物和事件就會(hui) 發現，激光增材製造已經慢慢處於(yu) 大規模工業(ye) 應用中。無論是作為(wei) 傳(chuan) 統工藝的替代選擇，或者是應用於(yu) 激光增材技術所開辟的新的應用領域。盡管各種不同激光加工工藝無論是成熟度還是應用廣度相互之間差異極大， 但是激光微金屬沉積和激光微熔化技術目前還處於(yu) 大規模應用的初始階段。隨著發展，用戶和研究學者之間互動越來越多，從(cong) 而更多地展現出工業(ye) 界的實際要求，並確定新的科研方向。預計在未來幾年，激光增材製造技術會(hui) 取得顯著的進步

作者：克裏斯汀. 諾爾克是漢諾威激光中心表麵技術組的負責人。他在多個(ge) 技術委員會(hui) 任職，其中包括德國焊接學會(hui) (DVS) FA13“ 生成工藝”技術委員會(hui) ，同時他也在德國標準化學會(hui) (DIN) 參與(yu) 起草 DIN ISO / TC261 標準。