萬物皆可打印

2019-06-13 03:44:32張立文整理

文張立文/整理

自第一臺3D打印機面世至今，3D打印技術已經走過了30多年。從生物醫療到文物修復，從食品到工業產品，隨著3D打印技術日漸成熟，它可以為越來越多的行業助力，真正實現“打印萬物”。

打印器官

在某些時刻，通過器官移植可以挽救一個人的生命，但想要找到配適的器官源難度較大。這一情況或許會好轉。

4月15日，以色列特拉維夫大學的研究人員宣布成功用人體細胞制造出世界上首顆3D打印心臟。這顆心臟長約2厘米，和兔子的心臟大小相仿，不僅有心臟細胞，還有血管和其他支撐結構，甚至能像真實的心臟一樣跳動。由于打印這顆心臟的原材料均來自患者本人的網膜組織，所以在移植器官時不會產生任何排異反應。

3D打印的心臟

除了心臟，3D打印還為骨科患者帶來了希望。

近日，西北工業大學汪焰恩教授團隊的3D打印活性仿生骨技術有了突破性進展，他們研制的3D打印活性仿生骨與自然骨的成分、結構、力學性能高度一致。在動物活體試驗中，該技術制造的仿生骨可在生物體內“發育”，還能讓自體細胞在人造骨中生長，最終使人造骨與自然骨很好地生長在一起，真正成為動物身體的一部分。

傳統的骨缺損修復重建會使用金屬、高分子材料，這些材料存在仿生結構不可控、力學性能不匹配、生物相容性差、無發育功能等缺點。最重要的是，這些材料無法與本體骨骼融合，往往需要二次手術取出，會對患者造成二次創傷。

3D打印的仿生骨

而3D打印的仿生骨被植入動物受體體內后能很好地發育，并最終完全長成自體骨。也就是說，患者只需經歷一次手術就可以完成修復。

從2008年的韓國崇禮門大火到2018年的巴西國家博物館火災，再到今年巴黎圣母院的屋頂和塔尖被燒毀，古建筑在與“火魔”的對抗中每次都損失慘重。

現在，我們可以利用3D打印、AI等技術重建這些在大火中受到損壞的文物古跡。

此前，為精確了解巴黎圣母院的內部結構，研究人員利用激光掃描技術，通過對巴黎圣母院內外的50多個位置進行定點來收集數據。基于此以及此前留存的圖片、影像資料，再利用AI、3D打印等技術，復原工作難度將大大降低。

以故宮為例，前院長單霽翔曾用“AI重啟紫禁城”來表達科技對建筑及文物的復原和保護意義。他在故宮內成立了一個“智能醫院”，配備了3D打印、物理冷熱性能等設備，為文物“做CT”，并與原有修復技術疊加，大大提高了效率。

3D打印的故宮

2015年8月，敘利亞遺跡貝爾神廟被ISIS炸毀，為讓貝爾神廟的文明繼續流傳，多名科研人員利用神廟被毀前的2D照片創建了3D模型并實施打印，最終高度還原了神廟的巨型拱門，還在倫敦和紐約進行了展示。

當然，如果想要更進一步了解古老文明，AR/VR等技術還可以營造出一個虛擬世界，實現從畫面、聲音、互動等方面全方位游覽古建筑。

早在2014年，好時巧克力就已經和一家3D打印公司建立合作，生產各種3D打印糖果，用打印機代替人工，進一步精簡流程。而現在，越來越多的3D打印工作室開始承接小規模的糖果打印工作。

3D打印的食品

除了糖果，3D打印還為宇航員帶來了更好的食物體驗。

眾所周知，在太空環境中，宇航員的食物都被嚴格限制，他們想吃到和地球上一樣的食物簡直是天方夜譚。為解決這一問題，美國航空航天局資助了一項3D打印食物的項目。這家公司通過多個料盒一起工作，用面團、芝士、調料等原料打印出食物，將披薩這一美國人熱愛的食物送上太空，為宇航員帶來了新的飲食體驗。

惠普一臺名叫Metal Jet的噴射成型3D打印機讓工業邁進新紀元，因為這次被噴射的不是塑料，而是熔點較高的金屬。

3D打印的工業產品

每一年僅汽車工業和醫療行業就能生產數十億個金屬零件，而這些零件的制造往往需要通過定制的生產線完成，這需要企業進行巨大的前期投入。

惠普的Metal Jet可以幫助企業降低成本。相較于其他技術，Metal Jet可將工作效率提升高達50倍。以汽車零件“指形從動滾輪”為例，如果使用金屬注塑成型，單個零件的成本大概在2美元，而用Metal Jet生產這個零件的成本要少于2美元，而且比注塑成型的產品更輕便。

超材料通常是指通過人工設計結構實現，具有天然材料無法具備的超常物理特性的復合材料。目前，超材料已經成為一項非常熱門且應用范圍極廣的前沿技術，其應用的領域包括光纖、醫療設備、航空航天、微電子、全息技術等。

最近，美國塔夫茨大學的工程師團隊開發出一系列3D打印的超材料。這些超材料具有獨特的微波或光學特性，這些特性超越了傳統光學或電子材料所能實現的。

在這項研究中，塔夫茨大學納米實驗室的研究人員描述了一種采用3D打印、金屬涂覆與蝕刻的混合制造方案，創造出波長處于微波范圍、具有復雜幾何結構和新功能的超材料。

例如，他們創造出微型蘑菇狀結構陣列，每一個結構在莖的頂部都具有一個小型圖案化的金屬諧振器，這種特殊的排列能使處于特定頻率的微波被吸收。

該研究對醫療診斷傳感器、通信天線、成像探測器等應用都有著重要的價值。