圖為(wei) 位於(yu) 寧夏銀川的世界首個(ge) 萬(wan) 噸級鑄造3D打印成型智能工廠車間內(nei) 景。（資料圖片）

　　圖為(wei) 西安鉑力特增材技術股份有限公司3D打印的“鋁合金點陣結構”展品。 新華社記者 劉瀟 攝

　　國內(nei) 首家建築3D打印展館日前在廣東(dong) 正式啟用。從(cong) 外觀上看，這棟雙層建築和普通的房子並無不同，但實際上，整棟樓沒用一磚一瓦，全是用可黏合混合材料打印而成。

　　如果擁有一台3D打印機，你能夠製造什麽(me) ？答案是：小到精密的零件、餅幹、模具、衣服，大到醫療器械、工業(ye) 裝備甚至汽車、火箭、建築……都可以製造出來。難怪有人會(hui) 說，在未來，一台3D打印機幾乎可以創造一個(ge) 世界。

　　2018年，3D打印正式被納入中國戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 分類。作為(wei) 新興(xing) 前沿技術，3D打印承載著未來製造的無限可能，也顛覆著傳(chuan) 統製造業(ye) 的思維形態。近年來，中國的3D打印技術快速發展，應用場景也越來越多，成為(wei) 加快製造業(ye) 轉型升級的重要手段。

　　大同的雲(yun) 岡(gang) 石窟被原樣“搬”到千裏之外的杭州

　　增材製造，俗稱3D打印。不同於(yu) 傳(chuan) 統減材製造對原材料進行去除、切削的方式，增材製造是將特定材料通過層層疊加的方式來構造物體(ti) ，在生物醫藥、航空航天、建築等多個(ge) 領域都能夠大顯身手。

　　掃描獲取三維數據、通過電腦編程，將模型導入打印機，一個(ge) 與(yu) 真肺一模一樣的肺部模型就可以從(cong) 3D打印機裏打印出來。今年6月，貴州省人民醫院胸外科首次利用3D打印技術完成了三維模型下的精準肺段切除術。這一模型，不僅(jin) 精準再現了病人肺部的病灶位置，甚至連每根血管都栩栩如生。

　　醫療器械、器官模型、可植入人體(ti) 的仿生組織……3D打印擅長塑造各種細節的優(you) 勢剛好滿足了醫學領域對各類模具的高標準需求。山西增材製造研究院院長宮濤表示，人工用鋼鐵、石膏等材質製造模具，產(chan) 品在大規模生產(chan) 前，還要多次打樣和修改。而3D打印機直接從(cong) 計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，能較精準地塑造複雜精細的造型。

　　不僅(jin) 是醫療，3D打印的這一特性，也很適合應用在文物複製和修護上。不久前，位於(yu) 山西大同的雲(yun) 岡(gang) 石窟被“搬”到了千裏之外的浙江杭州。在浙江大學藝術與(yu) 考古博物館，全球首個(ge) 可移動3D打印石窟——雲(yun) 岡(gang) 石窟“音樂(le) 窟”原樣再現了原洞窟的風采以及千餘(yu) 年來風化留下的細微痕跡。借助數字化采集，製造者對原洞窟進行了1∶1複製，用輕型材料打印出110塊模型，再像搭積木一樣組裝成現在的複製石窟。由於(yu) 是複製品，參觀者不僅(jin) 可以身處其中細細觀賞，還可以伸手觸摸，可謂過足了癮。

　　除了擅長精巧細微的“繡花功夫”，3D打印對於(yu) 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目中，3D打印技術被直接運用於(yu) 工地施工過程。不用砌磚、無需澆築，現場隻有打印機噴頭來回移動。高強度砂漿從(cong) 噴頭中一點點流出，按照設定好的程序塑造出富有江南特色的造型。

　　“3D打印可使建築一次成型，節約建築材料60%，同時建造過程中的工藝損耗也減少了。”中國建築技術中心材料工程研究所所長助理霍亮表示，由於(yu) 打印使用的是機械自動化操作，還能節省近一半的人力。

　　值得一提的是，在今年5月發射升空的我國新一代載人飛船試驗船上，就搭載了一台“3D打印機”。這是我國首次在太空開展3D打印實驗，打印材料是航空航天領域應用廣泛的輕質高強材料——碳纖維增強複合材料。

　　目前，隨著金屬材質打印技術的突破，航空航天也成為(wei) 3D打印最具前景的應用領域之一。不管是製造快速成型、單件定製的航天設備零部件，還是複雜結構件和大型異構件，3D打印都是理想的技術手段。而這次實驗的成功，更讓人們(men) 感受到，“太空製造”離我們(men) 也不再遙遠。

　　過去幾個(ge) 月才能製成的砂模現在隻需幾小時

　　寧夏銀川，世界首個(ge) 萬(wan) 噸級鑄造3D打印智能工廠的車間內(nei) ，數台5米多高的白色鑄造用砂芯3D打印機在智能流水線上有序工作。這些設備，全部為(wei) 企業(ye) 自主研發。

　　與(yu) 傳(chuan) 統的鑄造車間相比，無吊車、無模型、無重體(ti) 力、無溫差、無廢砂及粉塵排放成為(wei) 這家工廠的鮮明特色。在這裏，鑄件生產(chan) 變得快速而簡單——過去需要幾個(ge) 月才能製成的砂模，現在隻需幾個(ge) 小時。這些鑄件不僅(jin) 在國內(nei) 銷售，還遠銷海外。

　　工廠所屬企業(ye) ——共享裝備股份有限公司3D打印事業(ye) 部市場總監李哲表示，相較於(yu) 傳(chuan) 統加工製造，3D打印具有縮短生產(chan) 流程、設計靈活、節約成本、降低製造難度等優(you) 勢。這一技術的產(chan) 業(ye) 化應用對鑄造行業(ye) 的轉型升級、鑄造智能製造及未來鑄造智能工廠的建設將產(chan) 生變革性的意義(yi) 。

　　不僅(jin) 是共享裝備，近年來，越來越多的製造企業(ye) 開始采用3D打印進行零部件或整機生產(chan) 。這一新興(xing) 技術，改變了傳(chuan) 統製造的理念和模式。

　　近日，在哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司，國內(nei) 首台增材製造衝(chong) 擊式水輪機真機轉輪研製成功。如果該轉輪在未來的電站使用中符合預期，則證明3D打印技術在製造衝(chong) 擊式轉輪上具備可行性，為(wei) 企業(ye) 未來製造以往難以製造或無法製造的超小、超大型衝(chong) 擊式轉輪提供一個(ge) 解決(jue) 方案。

　　“最初，我們(men) 開始關(guan) 注3D打印，是用於(yu) 模型轉輪的製造。每個(ge) 模型轉輪都是單件生產(chan) ，並且希望能在最短的時間內(nei) 製造完成，這與(yu) 3D打印的技術特點形成了非常完美的契合。”哈爾濱電機廠有限責任公司大電機研究所副所長王煥茂表示，“經過近兩(liang) 年的研發，我們(men) 成功製造了國內(nei) 首台可應用於(yu) 模型水輪機水力試驗的3D打印非金屬模型轉輪。在研發的進程中，我們(men) 認識到3D打印技術更廣闊的市場在金屬打印領域，在真機轉輪。”

　　一台複雜的轉輪是如何打印出來的？哈爾濱電機廠有限責任公司大電機研究所科研員程廣福告訴記者：“將需要打印部分的數學模型導入相應的軟件，進行切片和打印路徑的規劃，再將這些數據轉化後傳(chuan) 送給機器人，最終機器人按照給定的運行程序攜帶焊槍完成轉輪的3D打印製造。”

　　依靠3D打印技術，過去需要4個(ge) 月才能完成的轉輪製造如今被縮短到3個(ge) 月之內(nei) 。

　　“傳(chuan) 統鑄造工藝製造轉輪，工序繁多，參與(yu) 的工種和工人也多。工人們(men) 勞動強度大不說，鑄造後的轉輪還容易有缺陷，精度差、加工餘(yu) 量大、產(chan) 品質量與(yu) 鍛件差距也大。”程廣福說，“尤其對於(yu) 高品質的轉輪，需要采用整個(ge) 鍛造圓形坯料，一點點地用數控機床將轉輪加工出來，我們(men) 通常稱為(wei) ‘整摳’，從(cong) 這個(ge) 詞就可以看到這種方式加工的難度有多大，周期有多長，相應成本也會(hui) 非常高。而如今采用3D打印製造轉輪，直接由三維模型到產(chan) 品，省去了多個(ge) 環節，加工量小，成本和周期也得以降低。”

　　未來3D打印將會(hui) 像普通打印一樣普及

　　“不管你想要什麽(me) ，隻需下載圖紙，按下打印鍵就可以了，剩下的統統交給打印機。”這是一些人所暢想的未來場景。對此，不少業(ye) 內(nei) 人士表示，未來，要想實現更多的3D打印應用場景，關(guan) 鍵在於(yu) 材料，尤其是多元化打印材料的發展。

　　“巧婦難為(wei) 無米之炊。材料科學是製造業(ye) 的底層根基，3D打印的落地應用就是受限於(yu) 材料的特性，導致成品率低等一係列問題。”清華大學建築學院博士於(yu) 雷表示，“材料的發展是3D打印發展的前提。就建築領域來說，目前3D打印建築被局限在使用混凝土材料上了，但是混凝土這種材料3D打印的靈活度並不高。”

　　在生物3D打印領域，材料創新的重要性更加突出，尤其是對於(yu) 人體(ti) 植入物。

　　羥基磷灰石是目前世界通用的仿人骨材料，但所用的酸性粘結劑卻會(hui) 給被植入患者帶來術後痛苦。同時，由於(yu) 人類骨骼內(nei) 部結構複雜、密度不一，傳(chuan) 統3D打印所用材料密度一致、粉體(ti) 單一，無法實現仿生骨的打印需求。

　　為(wei) 了能夠製造一款最大程度接近人體(ti) 骨骼性質的仿生骨，西北工業(ye) 大學機電學院汪焰恩教授團隊將羥基磷灰石、黏合劑、細胞液等按照不同個(ge) 體(ti) 的骨骼性質進行科學配比，形成一種更能被人體(ti) 環境接受的打印材料。並研製了一套3D打印控製係統，實現了仿生骨打印所需要的結構複雜、密度不均、複合粉體(ti) 等要求。這樣打印出來的活性仿生骨與(yu) 自然骨的成分、結構、力學性能高度一致，甚至可在生物體(ti) 內(nei) “發育”。

　　汪焰恩教授表示，團隊目前也掌握了3D打印軟骨和皮膚的技術。下一步，他們(men) 將繼續探索真皮層中汗腺、毛囊、皮脂腺等結構的穩定打印技術。

　　在芯片這樣高精尖設備的打印製造上，新材料的突破也會(hui) 帶來更多的打印成果。上個(ge) 月，西湖大學的周南嘉團隊成功設計出全新的3D打印功能材料，以新材料為(wei) 突破，實現了微米級別的電子3D打印。這是目前國內(nei) 最高精度的電子3D打印技術。

　　山西增材製造研究院技術人員朱嶽認為(wei) ，如何研發出更多新材料，生產(chan) 出質量更高的3D打印產(chan) 品，是行業(ye) 內(nei) 的一大挑戰。今年5月，朱嶽團隊自主研發出3D打印用光敏樹脂正式投產(chan) ，改變了過去這種3D打印原材料依賴國際進口、成本過高的局麵。朱嶽表示，下一步，研究院將在研發材料、打印工藝、軟件數據研發上持續發力，他相信未來3D打印將會(hui) 像普通打印一樣普及。