3D打印和增材制造是國務(wù)院“中國制造2025”重要的產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展方向。3D增材制造的技術(shù)，最大的特點(diǎn)之一就是它可以給我們起到我們能夠制造多品種、小批量，甚至個(gè)性化的模式。增材技術(shù)既做到多品種、小批量，甚至個(gè)性化，但是它不增加成本，不降低生產(chǎn)(chǎn)速度。

而對于這項技術(shù)而言，最為重要的就是設備和材料，于是在政策的扶持下，西安建立了增材制造研究院，確定為國內(nèi)增材制造的制造業(yè)(yè)創(chuàng )(chuàng)新中心。當然，除了制造之外，醫(yī)療，建筑以及教育也是這項技術(shù)能發(fā)(fā)揮重要作用的領(lǐng)域。

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1、義肢器械打?。嚎啥ㄖ菩愿鼜?，更安全

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在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D打印由于其可定制性高，在無(wú)需模具的情況下，可以用來(lái)打印諸如義眼，牙齒等等器官。這些都是完全定制化的，能做到立等可取，如果增加效率僅僅需要增加打印設備即可。同時(shí)，也能形成一定的規(guī)模，可能未來(lái)器官打印也能通過(guò)App進(jìn)行預約。

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除了打印這種義肢之外，3D 打印技術(shù)更重要的一項用途在于輔助規(guī)劃手術(shù)。這并不是打印一個(gè)模型那么簡(jiǎn)單，需要一定的精細度，因為它能提供更多的信息給醫(yī)生，進(jìn)行高難度手術(shù)的規(guī)劃。在骨科，這一技術(shù)已經(jīng)(jīng)被廣泛地應用到了打印骨頭和打印用于固定骨頭的倒板。

過(guò)去使用石膏，現(xiàn)在使用輕巧的支架。低溫塑料板能很好兼顧固定的緊湊性和輕便性。比如頸椎部分的支撐，過(guò)去是常規(guī)的像海面一樣貼著(zhù)，現(xiàn)在可以用3D打印做個(gè)性化支撐；燒傷的病人過(guò)去疤痕會(huì )擴展，現(xiàn)在可以用一個(gè)工具固定，防止疤痕蔓延。

軟組織外科也非常積極的進(jìn)入到這個(gè)領(lǐng)域應用，比如母子脾肝技術(shù)，沒(méi)有3D打印，光靠影像數(shù)字很難支持。有了它，就可以知道血管之間的吻合狀態(tài)(tài)。通過(guò)3D打印看到血管的關(guān)系，可以減少對無(wú)關(guān)血管的傷害，直接把傷害腫瘤切除。

現(xiàn)在3D打印模型已經(jīng)(jīng)能從簡(jiǎn)單的到復雜了，為了這個(gè)復雜科研人員做了很多器官的測試，開(kāi)發(fā)(fā)了與人類(lèi)皮膚肌肉幾乎一致的材料。這些打印器官還可以組合成完整的人體模型支持醫(yī)院使用，特別是高難度手術(shù)的訓練——比如在脊柱微創(chuàng )(chuàng)方面的仿真人體，在普通外科的仿真人體，介入治療的仿真人體。

在齒科，患者口腔里使用的材料則成了最大的問(wèn)題：必須具備生物親和性，同時(shí)還有抗菌。因為口腔中間抗菌特別重要，口腔里面戴一些東西會(huì )引發(fā)(fā)其它疾病，矯正牙齒的時(shí)候如果刷不干凈，很容易造成牙齒的損壞。

制作口腔內(nèi)材料的設備主要是光敏樹(shù)脂，而國內(nèi)用的所有的光敏樹(shù)脂材料全部都是進(jìn)口的，這個(gè)樹(shù)脂要求是低黏度、低收縮。樹(shù)脂的收縮率在口腔中的應用特別重要。國內(nèi)已經(jīng)(jīng)開(kāi)始在這方面進(jìn)行探索了。目前，研究人員通過(guò)樹(shù)脂配方的調(diào)控，做出來(lái)一種接近樹(shù)脂的自制樹(shù)脂，添加了載銀抗菌劑。

在3D打印領(lǐng)域各國都缺乏醫(yī)療應用領(lǐng)域的法規(guī)，都在摸索的階段，但是這個(gè)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應用也是得到各個(gè)國家的高度重視，都在推動(dòng)技術(shù)的應用和醫(yī)療領(lǐng)域的法規(guī)建設。今年12月月初FDA正式發(fā)(fā)布的增材制造技術(shù)的技術(shù)考量，相當于中國的技術(shù)審評的指導原則，里面特別詳細的把3D打印技術(shù)，考慮到哪些風(fēng)險點(diǎn)和要求，非常詳細。

標準化工作重要性毋庸置疑，首先確立標準，行業(yè)(yè)有據(jù)可依，審評也是有據(jù)可依?，F(xiàn)階段特別缺乏3D打印用于醫(yī)療領(lǐng)域的質(zhì)(zhì)量標準。

2、建筑行業(yè)(yè)：初步探索階段

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人類(lèi)的建筑歷史是從石頭木頭開(kāi)始的，到了近代才出現(xiàn)當前的主流鋼筋混凝土結構建筑，再就是上世紀20年代的“玻璃摩天輪”——以鋼結構和玻璃結構為基礎建造的。那么建筑物有沒(méi)有可能被打印出來(lái)？

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國內(nèi)外已有不少的建筑事務(wù)所和建筑公司采用3D打印制造技術(shù)，為建筑設計項目，關(guān)鍵的像鋼結構的構建，定制結構的連接，以及專(zhuān)門(mén)的外墻面板等等，設計整體打印建筑，其應用范圍的擴展越來(lái)越廣。

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目前在世界范圍以?xún)?nèi)，對3D打印建筑都處于非常初步的探索階段。這其中存在很多問(wèn)題，其中最重要的問(wèn)題就是材料問(wèn)題。目前打印出來(lái)的混凝土的強度和安全性都存在一定的問(wèn)題?；炷斂牧獻詈玫男閱蓯鞘軌?，能夠承受壓?，不會(huì )垮，但并不能彎曲——這是依靠鋼筋實(shí)現(xiàn)的。

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3D混凝土打印不可能打印出鋼筋，僅僅打印出混凝土，這個(gè)是它最大的缺陷。要么先放好鋼筋再打印混凝土，或者反之，先打印再插入鋼筋。這與我們傳統(tǒng)建筑的方式相差不遠。

目前國際上已經(jīng)(jīng)開(kāi)始探索無(wú)需鋼筋做支撐，又能實(shí)現(xiàn)這樣功能材料了。納米混凝土是當下的答案?；谥悄艽蛴〉姆绞?，通過(guò)這種材料，還能實(shí)現(xiàn)多維度的打印，它就能打印各種不同形式的，滿(mǎn)足個(gè)性化需求的形態(tài)(tài)，通過(guò)機械臂實(shí)現(xiàn)多維的空中打印，還有更多的方式，把這些問(wèn)題解決了，房屋的建造，這種不規(guī)則形狀將會(huì )成為可能。

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房屋是一個(gè)系統(tǒng)，包含著(zhù)各種結構，需要經(jīng)(jīng)過(guò)各道工序，比如防水，保溫，裝飾等等如何將之結合到一塊，才能實(shí)現(xiàn)房屋的建造，最終才能走向建筑的工業(yè)(yè)化。最重要的是房屋打印的時(shí)候，用什么樣的設備?，F(xiàn)在通過(guò)3D打印建造構筑物的時(shí)候，無(wú)論大小都需要門(mén)式框架，上面有打印頭，如果打一層兩層，框架可以通過(guò)結構做出來(lái)。如果要打印高層，或者打印更高的建筑，這個(gè)門(mén)式的框架就非常高，這就需要考慮機械上的可能性。

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3、3D打印與鑄鍛結合：降低成本，提升強度

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回顧一下古代的鑄鍛在中國有很長(cháng)的歷史，先鑄錠再去打，而且不是鍛打就能完成，需要反復鍛打。反復的鍛打才能夠消除鑄造的缺陷，使晶粒細小均勻?，F(xiàn)代工藝也是如此，同時(shí)這個(gè)過(guò)程中還需要不斷地加熱，保證金屬處于可鍛造狀態(tài)(tài)。

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開(kāi)放式的加工過(guò)程熱量消耗很大，而且是重污染的過(guò)程。在這種生產(chǎn)(chǎn)方式是全世界通用的，先鑄后鍛，流程很長(cháng)，反復鍛造加熱能耗大，污染重，需要整體輕量化制造的趨勢下，依賴(lài)大型鍛機且越來(lái)越大(8-15萬(wàn)噸)，投資巨大。首先要鑄錠，包括零件所有的尺寸，最后得出的零件要削掉很多部分，特別在航空航天器件，材料利用率很低。同時(shí)一個(gè)零件需要根據(jù)不同的功能，采用不同的材料。

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3D打印技術(shù)能縮短制作流程，但是它在工業(yè)(yè)化應用的最大障礙，就是其自身的缺陷——有鑄無(wú)鍛，性能及可能性難及鍛件，抑制變形和破裂難度大，同時(shí)目前效率不及傳統(tǒng)工藝，成本也還降不下來(lái)。

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突破技術(shù)自身缺陷的方式在于改變國內(nèi)外傳統(tǒng)制造鑄鍛分離的制作方式，實(shí)現(xiàn)鑄鍛合一，邊熔邊鍛。用一臺設備、金屬絲及很小壓力得到鍛件，實(shí)現(xiàn)短流程、單機輕載、節(jié)能省材的綠色制造。攻克傳統(tǒng)鑄鍛無(wú)法沿輪廓數(shù)字化成形的難題，實(shí)現(xiàn)鑄鍛銑一體數(shù)字化。過(guò)去需要長(cháng)流程、多臺設備的鑄鍛，現(xiàn)在只用一臺設備輸入金屬絲就可以得到。

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在過(guò)去鑄造過(guò)程中，普通鑄鍛的零件在冷卻過(guò)程中，非常容易產(chǎn)(chǎn)生裂紋，成品率不到10%。通過(guò)這樣的技術(shù)可以百分之百的做出來(lái)，并且沒(méi)有缺陷。千百年來(lái)發(fā)(fā)展起來(lái)的鑄鍛技術(shù)，通過(guò)與3D打印技術(shù)的結合，獲得了新生。

轎車(chē)翼子板的沖壓成型模具也可以采用3D打印技術(shù)。這種模具實(shí)現(xiàn)了模具表面為模具鋼，內(nèi)部大部分是鑄鋼，大大降低了成本——大部分用一般材料，少部分用很好的材料。不光是模具，用材料非常昂貴的閥方面，僅僅在材料上就有壓倒性的競爭優(yōu)(yōu)勢。將3D打印固有的住裝晶變成均勻等軸細晶，形與質(zhì)(zhì)并行創(chuàng )(chuàng)制，性能超過(guò)傳統(tǒng)鍛件。

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3D打印是一個(gè)高度依賴(lài)材料和設備的技術(shù)領(lǐng)域，整個(gè)行業(yè)(yè)的發(fā)(fā)展很大程度取決于如何找到成本更低，易于使用的材料。在行業(yè)(yè)發(fā)(fā)展的初期3D打印應該做減法，集中專(zhuān)注于幾個(gè)領(lǐng)域，才能更多地發(fā)(fā)展。同時(shí)也要用工業(yè)(yè)手段解決個(gè)性化問(wèn)題，使3D打印行業(yè)(yè)變成正常的行業(yè)(yè)，有前途的行業(yè)(yè)。

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最后，也是最重要的一點(diǎn)，3D打印還處于發(fā)(fā)展初期，在很多領(lǐng)域都還沒(méi)建立行之有效的標準，這需要一定的時(shí)間去探索和實(shí)踐。

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