盤(pán)點(diǎn)2013年度3D打印在眾多領(lǐng)域的應用

　　一、3D打印美食

　　西班牙自然機器公司(NaturalMachines)發(fā)明了一款3D食物打印機，讓人們無(wú)須滿(mǎn)身大汗的在爐火前烹煮，輕輕松松就能制作出美味食品。

　　報道稱(chēng)，這個(gè)名為“Foodini”的3D食物打印機是一款融“技術(shù)、食物、藝術(shù)和設計”于一身的產(chǎn)品，能夠制作漢堡、披薩、意大利面和各類(lèi)蛋糕等多種食物。

　　Foodini內設的五個(gè)膠囊可用來(lái)儲存不同食材，就如同普通打印機裝有不同顏色的墨盒一般。它所制作出的食物形狀、大小和用量都由電腦操控。

　　在使用Foodini時(shí)，首先要把新鮮食材攪拌成泥狀后裝入膠囊內，然后只需在該設備的控制面板上選擇想要做的食物圖標就可啟動(dòng)制作。Foodini上有6個(gè)噴嘴，可以通過(guò)不同的組合，制作出各種各樣的食物。

　　此外，用戶(hù)還能通過(guò)Foodini自主決定食物的形狀、高度、體積等，不僅能做出扁平的餅干，也能完成巧克力塔，甚至還能在食物上完成卡通人物等造型。不過(guò)，這臺機器不負責烹煮食物，用戶(hù)得把打印好的食物加熱煮熟才能享用。

　　自然機器公司的聯(lián)合創(chuàng )始人庫克斯瑪表示，這款3D食物打印機將顛覆傳統的做飯方式，就像微波爐出現時(shí)那樣掀起一場(chǎng)廚房革命。

　　發(fā)明Foodini的目的在于幫助人們，節省手工烹煮時(shí)間，精簡(jiǎn)制作過(guò)程，從而鼓勵人們養成健康的飲食習慣，多吃自制食品。Foodini目前仍處于測試階段，預計2014年年中會(huì )在英國上市，售價(jià)為835英鎊。

　　雖然價(jià)格不菲，但自然機器公司表示，目前已有超過(guò)30個(gè)國家的顧客對這款新產(chǎn)品非常感興趣。除了個(gè)人消費者，也有米其林星級廚師想要購買(mǎi)這臺打印機。

　　二、科學(xué)家研制3D生物打印筆

　　嚴重創(chuàng )傷或截肢將對骨組織細胞造成嚴重傷害。澳大利亞科學(xué)家從3D打印技術(shù)獲取靈感，研發(fā)3D生物打印設備“骨畫(huà)筆”，直接在傷骨“畫(huà)”出新骨細胞，一旦投入臨床應用，可提高骨頭骨細胞重建手術(shù)成功率。

　　報道稱(chēng)，“骨畫(huà)筆”原理類(lèi)似3D打印機，先逐層打印出活性細胞、海藻酸鈉或海藻提取物，再用凝膠覆蓋。兩層物質(zhì)混合后由筆尖流出，醫生可在受損骨部“邊畫(huà)邊補”。

　　混合物被骨頭吸收后用紫外線(xiàn)烘干，醫生隨后建立稱(chēng)為“骨棚架”的細胞層，再長(cháng)出神經(jīng)和肌肉。研究員指，骨畫(huà)筆可加速骨骼和軟骨再生。

　　研究員此前在畫(huà)出的“骨棚架”造出新生膝蓋軟骨，幫助治療癌癥和關(guān)節炎。負責研發(fā)的人員正優(yōu)化細胞組織，預計5年內進(jìn)行臨床實(shí)驗。未來(lái)只要替換不同填充物料，就可修復受損皮膚及肌肉。

　　三、3D打印人體組織

　　在20年時(shí)間里，3D打印從邊緣的生產(chǎn)工藝發(fā)展成為27億美元的產(chǎn)業(yè)，廣泛應用于各種產(chǎn)品的制造�，F在，科學(xué)家們正嘗試將類(lèi)似的3D打印技術(shù)用于醫學(xué)領(lǐng)域。2013年，3D打印技術(shù)在醫學(xué)上的應用不斷取得令人矚目的成績(jì)。今年2月，美國康奈爾大學(xué)研究人員報告說(shuō)，他們利用牛耳細胞通過(guò)3D打印機打印出人造耳朵。4月，英國研究人員在《科學(xué)》雜志上發(fā)表報告說(shuō)，他們利用特制3D打印機打印出類(lèi)似大腦和脂肪組織的材料，可用于修復或增強衰竭的器官。同樣在英國，Organovo(器官創(chuàng )新)公司的特制3D打印機只需幾分鐘就可打印出肝臟組織，它和真的人類(lèi)肝臟組織的樣本幾乎完全相同，相當于一個(gè)微縮肝臟，雖然距離完整的肝臟還有很遠距離，但卻朝著(zhù)這個(gè)方向邁進(jìn)了踏踏實(shí)實(shí)的一大步。在世界各地的實(shí)驗室里，生物工程師們開(kāi)始打印出各種各樣的器官原型：心臟瓣膜、耳朵、人工骨骼、關(guān)節、半月板、血管、移植用皮膚，等等�；蛟S，在并不遙遠的將來(lái)———科學(xué)家預測是在10年之后———當你需要器官移植時(shí)，將會(huì )獲得一個(gè)為你量身訂制的3D打印器官。

　　就在博蘭德的實(shí)驗室逐步解決生物打印的一個(gè)個(gè)障礙的時(shí)候，其他工程師將3D打印應用到不同的醫學(xué)挑戰中。他們用陶瓷材料打印出骨骼和牙冠，用丙烯酸打印出助聽(tīng)器，用聚合材料打印假肢。但和博蘭德不同：他們用的是3D而非平面打印。這些生物打印的先鋒們還改進(jìn)了打印工具。他們拆除了噴墨打印中的喂紙裝置，添加了一個(gè)類(lèi)似升降機的平臺;這個(gè)平臺可以沿著(zhù)Z軸上下移動(dòng)。實(shí)驗室可以打印一層細胞，放下平臺，再打印另一層。突然之間，生物工程師們從繪制平面圖變成了建造活生生的雕塑。

　　四、3D打印在軍隊的應用

　　3D打印的應用絕非只是提供備用件。在3D打印最新成果中就包含了在交火中生產(chǎn)彈藥的新能力。Dartmouth學(xué)院的工商管理學(xué)教授RichardD’Aveni在今年早期的一場(chǎng)發(fā)布會(huì )上說(shuō)：“想象一下一小班戰士在阿富汗的山頂據點(diǎn)上受到叛亂分子的圍攻。彈藥慢慢地耗盡。你說(shuō)是應該冒險等待直升機的援助，還是直接開(kāi)始生產(chǎn)新的彈藥作為補充?

　　很多創(chuàng )新都收益于3D打印技術(shù)�？焖俦阋说纳�產(chǎn)方式可以讓軍隊與工程師工作更緊密，也可以實(shí)現快速原型研究。所以，與其等待實(shí)驗室開(kāi)發(fā)一個(gè)新型飛機部件，不如讓工程師在海洋上直接實(shí)驗和開(kāi)發(fā)相應的部件，如果成功就可以直接進(jìn)入戰場(chǎng)了。

　　其實(shí)，美國海軍已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)這個(gè)領(lǐng)域了。新成立的海軍作業(yè)的快速創(chuàng )新小組已經(jīng)引進(jìn)了3D打印機，很快它們將在SanDiego和Norfolk地區服役。海軍的每個(gè)人都想在明年能盡早看到3D打印機的出現。海軍已經(jīng)開(kāi)始收集一些可以應用的部件等待他們的到來(lái)。一些官員也在討論是否能在海洋中直接采集3D打印的原材料。海軍的新概念部門(mén)官員Lt.BenjaminKohlmann說(shuō)：“我們的設想是可以在戰艦上直接建立一個(gè)小型3D打印工廠(chǎng)�！彼�已經(jīng)看到了3D的前景，在《海軍時(shí)代》上也在解釋他的看法：“這種技術(shù)可以直接生產(chǎn)，因此不需要任何物流鏈。不管是金屬還是塑料部件，3D打印都可以以最快的速度生產(chǎn)制造從而支持作戰部門(mén)�！�

　　其他軍隊也已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行3D打印進(jìn)入作戰區的嘗試了。他們在RapidEquippingForce(快速裝備部門(mén))的幫助下開(kāi)始嘗試和延伸ExpeditionaryLabMobile(ELM：遠征實(shí)驗室)的概念。在今年的阿富汗戰場(chǎng)上就已經(jīng)出現，工程師和士兵選擇在一個(gè)集裝箱中建立。隨后又陸續建立了另外兩個(gè)。

　　軍部的研究所也在自己研發(fā)3D打印機，他們的目標是能把機器成本控制在700美元之內，而且適合在野外、戰地運行。這樣也就是現在主流設備的價(jià)格的三分之二，例如MakerBotReplicator2。

　　五、3D打印制造業(yè)

　　據報道，1月份起，德國電氣電子公司西門(mén)子將在發(fā)電和維修部門(mén)運用三維打印生產(chǎn)備件和汽油渦輪。運用三維打印，它可以生產(chǎn)100多種不同的零件�？墒共糠中蘩砉ぷ魉�需時(shí)間縮短至平時(shí)的十分之一。西門(mén)子認為三維打印可以徹底改革配件的供給。目前配件都是大量生產(chǎn)，存儲，按需要發(fā)送給個(gè)人;將來(lái)很快配件便可以在需要的地方打印出來(lái)。

　　對航天工業(yè)來(lái)說(shuō)，三維打印的吸引力主要在于生產(chǎn)的零部件質(zhì)量更輕。此外，三維打印可以減少材料浪費，這對于使用高成本材料的企業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。吉凱恩航空公司(GKNAerospace)技術(shù)總監里奇奧德菲爾德(RichOldfield)稱(chēng)三維技術(shù)的運用“是一個(gè)很好的機遇�！�

　　吉凱恩公司正與歐洲按銷(xiāo)量最大的國防和航天公司EADS，發(fā)展三維打印鈦架。這種鈦架可以把機械加工時(shí)間從4小時(shí)縮短至40分鐘，減少30%的材料。

　　美國通用電氣集團(GEAviation)也看到了3D打印的潛在利益。從2016年起，將開(kāi)始生產(chǎn)第一個(gè)增材組件——燃油噴嘴。其開(kāi)發(fā)中心的格雷格莫里斯透露，2016年前后該公司可能會(huì )用3D打印技術(shù)開(kāi)始大批量生產(chǎn)其他的引擎部件。

　　六、3D打印機器人

　　3D打印技術(shù)是一項多學(xué)科交叉的、具有綠色智能特征的前沿先進(jìn)制造技術(shù)，在航空航天、國防軍工、工業(yè)制造、生物醫學(xué)、消費電子等眾多領(lǐng)域有廣泛應用前景，引發(fā)了國內外科研機構和大學(xué)新的研究熱潮。

　　在重慶市科委“151”科技重大專(zhuān)項和“121”科技支撐示范工程支持下，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院針對熔融擠壓成型的3D打印技術(shù)成功研制出具有自主知識產(chǎn)權的能夠應用多種工程塑料的大尺度并聯(lián)3D打印機器人。該設備突破了高精度運動(dòng)控制、軌跡規劃、工藝參數控制等多項關(guān)鍵技術(shù)，采用基于外輪廓斜率的打印路徑規劃算法，在沒(méi)有支撐結構的情況下能夠打印斜率較小的單層或薄層模型結構，增大了3D打印技術(shù)的使用范圍，提高3D打印效率。具有結構緊湊、有效工作空間大、打印材料性能高、打印精度高、速度快、結構變形影響小、成本低等特點(diǎn)。打印精度0.1mm，工作空間：直徑600mm，高300mm，打印速度15mm/s。

　　大尺度并聯(lián)3D打印機器人可用于大尺寸工業(yè)模型、建筑模型、藝術(shù)創(chuàng )意設計、科普教育等領(lǐng)域，可以滿(mǎn)足市場(chǎng)上對大尺寸3D打印機的需求，推動(dòng)3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重慶研究院已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行第二代大尺寸(直徑達800mm)、適用多種工程塑料(ABS、PPSU等)的并聯(lián)3D打印機器人的研制，預計2015年投入使用，可打印10種以上工業(yè)化產(chǎn)品，并具有更高的打印速度和精度。