3D打印方兴 ND前景无限

河北省首家3D打印推广基地探访 3D打印方兴 ND前景无限

□本报见习记者 孟 然 本报记者 郭 伟 宋柏松

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“注意别眨眼睛，一、二、三!”8月8日，记者走进一间特殊的“照相馆”拍照留影，数码相机采集的图像信息很快被传输至电脑当中。除了输出照片的打印机模样有些奇怪之外，整个过程看似与普通照相无异。

“接下来，就是见证奇迹的时刻。”“摄影师”田超一边处理电脑中的数据，一边同记者开着玩笑。彩色照片在电脑软件中转化为由上万个小点组成的立体图形数据，被输入那部奇怪的打印机中，打印机屏幕显示：“气泡约18000个，耗时1分54秒。”不一会儿，一个在水晶内用气泡雕刻的记者三维头像从这部打印机中“打印”出来。

“这部3D打印机虽然算不上高端，却可以颇有趣味地演示3D打印效果。”田超是秦皇岛天秦三维数字化技术有限公司的技术人员，“照相馆”则是快速制造国家工程研究中心建于该公司的3D打印推广基地生产车间。

从电影《十二生肖》中成龙轻抚兽首远程打印出以假乱真的复制品，到北医三院打印“人造骨骼”进入临床观察阶段;从为“神十”宇航员量身打印专属座椅，到各地3D照相馆相继开业……3D打印一次次将人们的幻想变成现实。在我省首个3D打印推广基地内，记者近距离端详这一堪称“革命性”的制造技术，感受“有可能革新我们制造一切东西的新方式”。

材料决定工艺

紫外光扫描成形，可精确至±0.08mm

和一般个人用桌面3D打印机采用的熔融层积成型技术(FDM)不同，天秦公司总经理赵子东引领记者走进他们的光固化成型(SLA)技术实验室。他指着一台双门冰箱大小的机器说：“这台SPS250J是目前国内精度最高的3D打印设备，可以精确至±0.08mm，分层厚度最薄可设定至0.04mm，比头发丝的直径还要小，已接近国际先进水平。”

以雪花模型为例，技术人员李敬龙演示了3D打印的全过程。按照已确定的数字模型，工作平台液态树脂中一个确定的深度，蓝紫色光斑在液面上飞快地逐点扫描，当一层扫描完成后，扫描点固化，未被照射的地方仍是液态树脂，从而得到该截面轮廓的树脂薄片;然后升降台带动平台下降一层高度，重复扫描固化作用形成又一层液态树脂，依次叠加。大约20分钟过后，平台升起，一个半径大约15厘米、厚2厘米的精美六角形雪花模型浮出液面。“3D打印就是将三维数据通过分层转化为二维图形，再根据各层的二维图形对原材料进行叠加打印。”赵子东说，“它类似于地理学中利用等高线切割地形再组合的过程：等高线越密集，地形的还原精度越高。”虽然原理并不复杂，但是3D打印技术却需要数字建模、机电控制、信息技术、材料科学与化学等诸多技术的配合与衔接才能实现。“其中，3D打印材料一直是国内3D打印业发展的一块心病。”赵子东表示，从3D打印技术登陆中国开始，材料需要进口，材料价格昂贵，材料研发困难的问题一直困扰着3D打印业的发展。“某种程度上，材料决定工艺，也决定着3D打印市场的宽广度。”

据介绍，一般桌面3D打印机采用的熔融层积成型技术，是以连接塑料管为原料，利用喷头高温融化塑料后“吐出”细丝，再由模型数据指挥逐层堆积，就像一个技术高超的蛋糕师制出成品。“但是其通常使用廉价的ABS或PLA材料，打印精度较差。”赵子东说，这类产品优势在体积较小，价格在1万元以内，今后有可能走进普通办公室和家庭。

“我们采用光固化成型(SLA)技术，得益于自主研发的液态光敏树脂材料。”快速制造国家工程研究中心技术人员王启说，它在快速成型、上色、强度、伸缩性等各项性能方面都达到了国际先进水平，且对人体无毒无害，在3D打印设备中有着广泛应用。

越复杂越自由

实现无模快速制造，创新成本可降至十分之一

除了新奇好玩，3D打印在实际工业生产中到底具备何种优势?

“最突出的优势就在于越复杂越自由，可以大大降低大批量制造前端的设计、研发周期和成本。”赵子东说，3D打印作为新兴的智能化制造技术，最主要特征是数据模型和生产设备直接相连，从而实现生产过程数字化。

赵子东向记者展示了一个长约10厘米，直径约为一个硬币大小的透明小管。“你别看这根细管不起眼，以前要想制作出来可能需要大量试验，好几个月的时间，花费几十万元!”

小管的内壁上布满了一条条像方便面一样曲折的小管，赵子东说：“这是防堵滴灌管，由于我国水质含沙量较高，因此开发过程的关键便是滴灌管线内部流道的防堵设计。这些小管就是现代精准农业的核心通道。”

据了解，现代精准农业以节水、精准施肥为主要方向，传统方法以设计、开模、注塑、装配等为一个周期。试验不合格需修改，然后再重复上一周期，单循环时间为3-5个月，成本为3-5万元。“如今利用3D技术与西安交通大学精准农业研究室的合作成果，在开模之前可通过对大量数据模拟试验在软件中反复归纳、修改数字模型，从而提高模型成功率，并利用3D打印设备实现无模快速制造。”赵子东表示，这样单循环开发周期只需要4天左右，时间大大缩短，成本不到2000元，减少至原来的十分之一。

由于3D打印是直接成型，机械加工余量大大减少，避免了材料浪费，赵子东认为，3D打印技术会在制造业中占有一定地位，并为传统制造业注入新活力。“此外，由于3D打印利用数据直接制造，因此客户可以通过网络直接传输数据，我们随即制造出来寄给客户。”赵子东说，这种低碳、高效的分布式生产方式也是现代物流和制造业革命的重要概念。

激发 打印无限可能

从工业制造到生物医学，新技术追梦“想到就做到”

近日，杭州电子科技大学生物医学工程与仪器研究所教授徐铭恩及其团队研究的“生物3D打印机开发”项目攻克了活细胞打印技术。“近几年，3D打印技术与生物医药的结合得到了各国的普遍重视。”在赵子东看来，3D打印技术在生物假体与组织工程上，有着巨大的应用潜力。“这也是3D打印最有可能影响人类未来的一个尖端技术。”

赵子东指着一个有缺口的头骨模型说：“这位病人患有头骨缺失，现在可以在术前根据CT扫描的三维数据，3D打印出精确的缺失头骨模型，方便了医生进行术前实体研究，提高了手术的可预见性。前段时间，白求恩和平医院就是利用3D打印技术，预先制作出精确的钛合金颅骨，在手术中成功植入了患者头部。”

目前，3D打印技术在工业和制造业领域备受青睐，可应用于航空航天、生物医药、机械制造、日用产品、交通工具、文物考古、房屋建筑、文化创意等多种领域。其中，在医学上，国内已有几所高校从事生物3D打印设备和材料研究，已实现用3D打印技术打印骨头、血管、胆管等简单的人体组织器官;在航空制造领域，3D打印技术已广泛应用于新机设计试制过程。

3D打印方兴，ND前景无限。今年年初，洛杉矶举行的TED大会上，麻省理工学院自组装实验室的研究人员展示了首款4D打印物体，可以随着时间变化自由组装。“4D打印就像曾经的‘记忆合金’，就是先打印好，然后随着时间、温度改变，图案会变形，变形后会出现一种新的结构。”天秦公司的一位技术人员解释，不管是4D打印，或者将来的5D打印甚至ND打印，都说明3D打印“想到就做到”的梦想，给了大家一个想象的空间，给了无限可能性。

“目前来说，3D打印技术尚未发展成熟，但已魅力初显。”赵子东说，至于它会给世界带来什么，现在还难以给出答案。我们只能说，想象飞翔多远，3D打印就能走多远。