3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀和前景85129

1、3D打印技術(shù)一、3D打印的概念我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C(jī)可以打印電腦設(shè)計的平面物品，而所謂的 3D 打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙，而 3D 打印機(jī)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物。3D 打印技術(shù)，是以計算機(jī)三維設(shè)計模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銃等機(jī)

2、械加工方式對原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，3D 打印將三維實體變?yōu)槿舾蓚€二維平面，通過對材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了制造的復(fù)雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、不需要龐大的機(jī)床、不需要眾多的人力，直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群圍延伸。二、3D打印的原理3D 打印并非是新鮮的技術(shù)，這個思想起源于 19 世紀(jì)末的美國，并在 20 世紀(jì) 80 年代得以發(fā)展和推廣。中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟把它稱作“上上個世紀(jì)的思想，上個世紀(jì)的技術(shù)，這個世紀(jì)的市場”。三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀(jì)以來就已

3、經(jīng)得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。使用打印機(jī)就像打印一封信：輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在 3D 打印時，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到 3D 打印機(jī)上，后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型。3D 打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。三、3D打印的過程1）三維設(shè)計階段：先通過計算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。設(shè)計軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是

4、STL 文件格式。一個 STL 文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY 是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的 VRML 或者 WRL 文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。2）打印過程：打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。打印機(jī)打出的截面的厚度（即 Z 方向）以及平面方向即 X-Y 方向的分辨率是以 dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為 100 微米，即 0.1 毫米。而平面方向則可以打印出

5、跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為 50 到 100個微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。3）完成：三維打印機(jī)的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通

6、過如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技術(shù)可以同時使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。四、3D打印的技術(shù)許多相互競爭的技術(shù)是可用的。它們的不同之處在于以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件，并且以可用的材料的方式。一些方法利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”，例如：選 擇 性 激 光 燒 結(jié) （ selectivelasersintering,SLS ） 和 混 合 沉 積 建 模（fuseddepositionmo

7、deling,FDM） ,還有一些技術(shù)是用液體材料作為打印的“墨水”的， 例如：立體平板印刷（stereolithography,SLA）、分層實體制造（laminatedobjectmanufacturing,LOM）。3D 打印的技術(shù)主要包括 SLA、FDM、SLS、LOM 等工藝，簡單介紹三種主流技術(shù)：1）立體光刻造型技術(shù)（SLA）:可以想象一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟件把 3D 的數(shù)字模型，“切”成若干個平面，這就形成了很多個剖面，在工作的時候，有一個可以舉開的平臺，這個平臺周圍有一個液體槽，槽里面充滿了可以紫外線照射固化的液體， 紫外線激光會從底層做起， 固化最底

8、層的， 然后平臺下移， 固化下一層，如此往復(fù)，直到最終成型。其優(yōu)點是精度高，可以表現(xiàn)準(zhǔn)確的表面和平滑的效果，精度可以達(dá)到每層厚度 0.05毫米到 0.15 毫米。缺點則為可以使用的材料有限，并且不能多色成型。2）熔融沉積成型技術(shù)：同樣是需要把 3D 的模型薄片化，但是成型的原理不一樣。熔融沉積成型技術(shù)，就是把材料用高溫熔化成液態(tài)，然后通過噴嘴擠壓出一個個很小的球狀顆粒，這些顆粒在噴出后立即固化，通過這些顆粒在立體空間的排列組合形成實物。這種技術(shù)成型精度更高、成型實物強(qiáng)度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。3）選擇性激光燒結(jié)（簡稱 SLS）不同材料的粉末為原料：SLS 工藝又稱為選擇性激光燒

9、結(jié)。SLS 工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的 CO2 激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面； 材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。選擇性激光燒結(jié)白特點：發(fā)明于 1989 年；比 SLA 要結(jié)實的多，通?？梢杂脕碇谱鹘Y(jié)構(gòu)功能件；激光束選擇性地熔合粉末材料：尼龍、彈性體、未來還有金屬；優(yōu)于 SLA 的地方：材料多樣且性能接近普通工程塑料材料；無碾壓步驟因此 Z 向的精度不容易保證好；工藝簡單，不需要碾壓和掩模步驟； 使用熱塑性塑料材料可以制作

10、活動較鏈之類的零件； 成型件表面多粉多孔， 使用密封劑可以改善并強(qiáng)化零件； 使用刷或吹的方法可以輕易地除去原型件上未燒結(jié)的粉末材料。五、3D打印的材料（一）工程塑料指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。1）PC 材料：是真正的熱塑性材料，具備工程塑料的所有特性。高強(qiáng)度，耐高溫，抗沖擊，抗彎曲，可以作為最終零部件使用，應(yīng)用于交通工具及家電行業(yè)。2）PC-ISO 材料：是一種通過醫(yī)學(xué)衛(wèi)生認(rèn)證的熱塑性材料，廣泛應(yīng)用于藥品及醫(yī)療器械行業(yè)，可以用于手術(shù)模擬，顱骨修復(fù)，牙科等專業(yè)領(lǐng)域。3）PC-ABS 材料：是一種應(yīng)用最廣泛的熱塑性工程塑料，應(yīng)用于汽車

11、，家電及通信行業(yè)。（二）光敏樹脂即是 UV 樹脂，由聚合物單體與預(yù)聚體組成，其中加有光（紫外光）引發(fā)劑（或稱為光敏劑）。在一定波長的紫外光（250-300 納米）照射下立刻引起聚合反應(yīng)完成固化。一般為液態(tài)，一般用于制作高強(qiáng)度、耐高溫、防水等的材料。1）Somos19120 材料為粉紅色材質(zhì)， 鑄造專用材料。 成型后直接代替精密鑄造的蠟?zāi)ぴ停苊忾_模具的風(fēng)險，大大縮短周期。擁有低留灰燼和高精度等特點。2）Somos11122 材料為半透明材質(zhì)，類 ABS 材料。拋光后能做到近似透明的藝術(shù)效果。此種材料廣泛用于醫(yī)學(xué)研究、工藝品制作和工業(yè)設(shè)計等行業(yè)。3）SomosNext 材料為白色材質(zhì)，類 PC

12、 新材料，材料韌性較好，精度和表面質(zhì)量更佳，制作的部件擁有最先進(jìn)的剛性和韌性結(jié)合。（三）全彩色石膏材料材料本身是石膏基粉末，是用粘接劑結(jié)合在一起，同時用噴墨頭嵌入。使用該材料打印出來的產(chǎn)品堅硬，稍脆，但它是唯一一個可以打印全彩色的材料，打印出來的樣品色彩亮麗，栩栩如生。適用設(shè)備：Zprinter 彩色立體打印機(jī)。（四）尼龍材料通過激光粉末燒結(jié)技術(shù)，一層層的通過紅外激光將燒結(jié)成型。適用于 EOSP 塑料尼龍粉末燒結(jié)成型設(shè)備。（五）鋁材料尼龍鋁模型是由一種灰色鋁粉及月青綸混合物制作而成。尼龍鋁是一種高強(qiáng)度并且硬挺的材料，做成的樣件能夠承受較小的沖擊力，并能在彎曲狀態(tài)下抵抗一些壓力。它的表面是一種沙

13、沙的、粉末的質(zhì)感，也略微有些疏松。（六）鈦合金生產(chǎn)最終使用的金屬樣件，質(zhì)量可媲美開模加工的模型。鈦合金模型的強(qiáng)度非常高，尺寸精密，能制作的最小細(xì)節(jié)的尺寸為 0.1mm。（七）不銹鋼不銹鋼模型是用一種加入了銅成分的不銹鋼粉打印而成。不銹鋼打印在金屬打印上來講算是最便宜的一種打印形式，既具有高強(qiáng)度，又適合打印大物品。（八）生物材料：既是細(xì)胞，用于各種生物支架的制作。六、3D打印成果1）航模飛機(jī)：據(jù)國外媒體報道，3D 打印機(jī)曾用于制造一些機(jī)械零部件和小玩具，但是在2012 年，美國弗吉尼亞大學(xué)工程系的研究人員采用最新的 3D 打印技術(shù)制造了一架無人飛機(jī)，機(jī)翼寬 6.5 英尺（約合 1.9 米），由打

14、印零件裝配構(gòu)成，巡航時速達(dá)到 45 英里（約合 72 千米）。研究人員稱，2007 年為了設(shè)計建造一個塑料渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)需要兩年時間，成本大約 25 萬美元。但是使用 3D 技術(shù)，設(shè)計和建造這架 3D 飛機(jī)僅用 4 個月時間，成本大約 2000美元。這將創(chuàng)建一個前所未有的飛行教學(xué)平臺。2)神奇的超級 3D 打印機(jī)：科學(xué)家研制了一款神奇的 3D 打印機(jī)，可用于未來行星登陸時建造基地的任務(wù)中。比如，未來在月球基地中生活的宇航員可以使用這款 3D 打印機(jī)，將月球上巖石或者特殊材料“打印”成所需要的工具。至 2012 年為止，其應(yīng)用圍幾乎可以將任何固體材料制造成所需的工具，可以允許未來的探險家建設(shè)外星

15、球基地。3)骨骼 3D 打印技術(shù)：美國研究人員利用 3D 打印機(jī)開發(fā)骨骼打印技術(shù)，造出類似骨骼的材料。研究人員說，它可被用于骨科、牙科治療或開發(fā)治療骨質(zhì)疏松癥藥物。磷酸鈣生物陶瓷材料是整形外科領(lǐng)域一類重要的骨修復(fù)材料， 可模擬人體自然骨結(jié)構(gòu)， 適宜細(xì)胞和骨組織的長入。研究發(fā)現(xiàn)，在生物陶瓷粉主要成分磷酸鈣中添加硅和氧化鋅可以使其強(qiáng)度提升一倍。研究人員使用一部先前用于打印金屬材料的 3D 打印機(jī)制造類骨骼物質(zhì)。它在粉末層上噴出塑料黏合劑，粉末層厚度僅為一根頭發(fā)絲寬度的一半。粉末層層疊加，干燥后達(dá)到要求的支架厚度，然后在 1250 攝氏度下烘烤 2 小時。實驗室環(huán)境下的未成熟骨細(xì)胞生長測試顯示， 支

16、架上的骨細(xì)胞在移植一周開始生長。 在兔子和老鼠身上的活體實驗同樣得到可喜效果。研究人員說，這種類骨骼物質(zhì)可被添加到受損自然骨上，當(dāng)作支架材料，促使細(xì)胞和骨組織生長，而且這種類骨骼物質(zhì)可最終降解，沒有“明顯負(fù)面效果”。他們說，數(shù)年后，醫(yī)生可利用這一技術(shù)定做更換骨組織。2009 年，瑞士研究人員復(fù)制出一名男子的拇指骨骼。德國夫瑯禾費界面工程與生物工程研究所研究人員把立體打印技術(shù)與雙光子聚合技術(shù)相結(jié)合，于 2009 年開發(fā)出血管打印技術(shù)。打印時，打印機(jī)發(fā)出兩束強(qiáng)激光，焦點對準(zhǔn)同一分子。這個分子同時吸收兩個光子，即所謂的雙光子聚合。 經(jīng)過雙光子聚合的分子變成一個有彈性的固體， 研究人員用它來制造高精度

17、的彈性結(jié)構(gòu)，也就是血管。4) 3D 打印建筑：荷蘭阿姆斯特丹建筑大學(xué)的建筑設(shè)計師簡加普魯基森納斯(JanjaapRuijssenaars)設(shè)計了全球第一座 3D 打印建筑物“LandscapeHouse，而且特別模擬了奇特的莫比烏斯環(huán)。莫比烏斯環(huán)(Mbiusstrip/Mbiusband),是一種拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)，只有一個面(表面)和一個邊界，由德國數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家莫比烏斯和約翰斯丁 1858 年獨立發(fā)現(xiàn)。它可以用一個紙帶旋轉(zhuǎn)半圈再把兩端粘上之后輕而易舉地制作出來，本身具有很多奇妙的性質(zhì)。魯基森納斯和數(shù)學(xué)家、藝術(shù)家里努斯羅洛夫斯(RinusRoelofs)共同設(shè)計了這個項目，將會利用 3D 打印機(jī)逐

18、塊打印出來，每一塊的尺寸都達(dá)到了 6X9 米，然后拼接成一個整體建筑，預(yù)計需要耗時一年半才能完成。和打印一般小東西不同，這次需要用到的 3D 打印機(jī)也十分龐大，是由意大利發(fā)明家恩里科迪尼(EnricoDini)設(shè)計出來的“D-Shape，可以使用砂礫層、無機(jī)粘結(jié)劑打印出一幢兩層小樓。盡管如此強(qiáng)大，讓它打印一座龐大的建筑也太難了，迪尼因此建議只用它打印整體結(jié)構(gòu)，外部則使用鋼纖維混凝土來填充。魯基森納斯打算帶著這個項目參加歐洲大賽。這項賽事在歐洲十五個國家每兩年舉辦一次，主要面向年輕的立體設(shè)計師，并為他們準(zhǔn)備 50 個真實的場地來實現(xiàn)構(gòu)想。5) 3D 打印胚胎干細(xì)胞：據(jù)英國媒體報道，英國研究人員首

19、次用 3D 打印機(jī)打印出胚胎干細(xì)胞，干細(xì)胞鮮活且保有發(fā)展為其他類型細(xì)胞能力。研究人員說，這種技術(shù)或可制造人體組織以測試藥物，制造器官，乃至直接在人體打印細(xì)胞。研究人員表示，打印 24 小時后，95%以上細(xì)胞仍然存活，打印過程未殺死細(xì)胞；打印 3天后，超過 89%細(xì)胞存活，而且仍然維持多能性，即分化出多種細(xì)胞組織的潛能。胚胎干細(xì)胞 3D 打印機(jī)配備兩個“生物墨盒”，一個裝著浸在細(xì)胞培養(yǎng)基中的人體胚胎干細(xì)胞，另一個只有培養(yǎng)基。計算機(jī)控制微調(diào)閥噴出“墨水”，速度可通過改變噴口直徑實現(xiàn)精確控制。打印機(jī)上有顯微鏡顯示細(xì)胞打印情況。兩種“墨水”一層一層問隔噴灑，形成不同濃度細(xì)胞飛沫， 最小飛沫體積僅 2

20、納開， 包含大約 5 個細(xì)胞。 飛沫被噴入有諸多凹孔的培養(yǎng)皿中，翻轉(zhuǎn)培養(yǎng)皿，飛沫形成懸液，在各凹孔“抱成團(tuán)”。打印機(jī)可精確控制飛沫大小，使干細(xì)胞達(dá)到分化最佳狀態(tài)。6) 3D 打印房屋：據(jù)國外媒體報道，英國倫敦的一家建筑企業(yè) SoftkillDesign 率先提出了 3D 打印房屋的新概念一一原材料來自塑料，外觀像蜘蛛網(wǎng)。該企業(yè)表示，如果市場接受這種新概念 3D 打印房屋，今年夏天或可建造出首個實體房屋。設(shè)計成員之一的吉爾瑞特森表示，這項發(fā)明不僅對房屋建筑行業(yè)是一場革新，甚至還有望解決英國的住房危機(jī)。按照發(fā)明者的設(shè)計：將所有的組件制造好，需要三個星期的時間，裝配起來則僅需一天的功夫。 這種房屋將

21、用維可牢尼龍搭扣或類似按鈕的緊固件固定在一起， 而這些在傳統(tǒng)建筑技術(shù)中則不需要。據(jù)悉，這一構(gòu)想是 2012 年 10 月倫敦 3D 打印展上展出的一款打印房屋原型的延伸，原型以極具特色的纖維尼龍結(jié)構(gòu)作為骨架， 來代替實心的墻體。 房屋組件采用激光燒結(jié)的生物塑料，在 3D 印刷廠中制造，這將會比用沙子或混凝土印制的質(zhì)量更好。纖維結(jié)構(gòu)的厚度只有 0.7 毫米，用石頭打印是不可能的，因為沙子沒有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和完整性。而在工廠環(huán)境中，則可以用到像塑料或金屬之類更高強(qiáng)度的材料。至 2012 年為止，建造這樣一座 3D 房屋的成本并未向外透露。但瑞特森表示，3D 印刷業(yè)的蓬勃發(fā)展將會提升經(jīng)濟(jì)規(guī)模， 這意

22、味著在不久的將來， 這樣的房屋可能因其經(jīng)濟(jì)性而在市場競爭中取得優(yōu)勢。7) 3D 打印汽車、 地面和空中當(dāng)快車道： 來自世界各地的汽車愛好者們密切關(guān)注 MakerBot和 GrabCAD 公司的未來交通工具設(shè)計展，其中包括：汽車、摩托車、飛機(jī)和航天器。未來的運輸工具意味著一件事情一一任何人都能夠單獨駕駛。至 2013 年 2 月為止，這些交通工具模型都通過 3D 打印機(jī)打印制造出來，2040 年將制造出實體模型。美國總統(tǒng)奧巴馬的國情演講中宣布，計劃建立 3D 打印中心，3D 打印技術(shù)將逐步形成美國新興制造業(yè)。世界上第一款 3D 打印汽車面世，這次不是玩具，而是真正能開上馬路的汽車。據(jù)連線雜志報道

23、，Urbee2 是一款三輪的混合動力汽車，它的所有零部件都是 3D 打印出來的。正如 Makerbot 和 Form1 正在重新定義制造業(yè)，Urbee 正在致力于改變我們制造汽車的方式。這款汽車是 JimKor 和他的 KorEcologic 團(tuán)隊頭腦風(fēng)暴的產(chǎn)物，他們一直專注于研究未來的 3D 交通工具。他們在上展示了對于未來汽車的構(gòu)想：“用最少的能耗開最遠(yuǎn)的路程；把生產(chǎn)、使用、回收過程的污染降到最低；盡可能用汽車產(chǎn)地附近的原材料生產(chǎn)汽車”傳統(tǒng)的汽車制造是生產(chǎn)出各部分然后再組裝到一起，3D 打印機(jī)能打印出單個的、一體式的汽車車身，再將其他部件填充進(jìn)去。據(jù)稱，新版本 3D 汽車需要 50 個零部

24、件左右，而一輛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的汽車需要成百上千的零部件。Urbee 的原型使用了 asb 塑料的”熔融沉積建模(fuseddepositionmodelling)方法。車輛由大塊和許多個小塊組成。根據(jù) thewire 的報道，544 公斤的車輛花費了大約 2500 個小時來打印，原型車的造價約為 5 萬美金。8)打印人工耳：時間 2013 年 2 月 21 日報道，美國康奈爾大學(xué)和威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的研究人員合作，利用 3D 打印技術(shù)和含有牛耳活細(xì)胞的凝膠造出一種新型人工耳，無論在外觀還是功能上，均可與真耳相媲美。相關(guān)論文在線發(fā)表于 2 月 20 日出版的PLOSONE上。研究人員表示，通常的人工耳材

25、料密度和泡沫聚苯乙烯差不多，質(zhì)感與真耳相差較大；如果用病人的肋骨組織以手術(shù)方式重塑外耳，不僅難度大，還給病人帶來很大痛苦，因此很難制成既美觀又實用的人造耳。為造出這種生物工程耳，研究人員先用快速旋轉(zhuǎn) 3D 相機(jī)拍攝數(shù)名兒童耳朵信息，輸入計算機(jī)形成 3D 圖像， 然后按照圖像用 3D 打印機(jī)打出一個固體模子， 并在其中注入一種高密度膠原蛋白凝膠，其中含有能生成軟骨的牛耳細(xì)胞。此后數(shù)周，軟骨逐漸增多并取代凝膠，3 個月后軟骨會形成柔韌的外耳，替代最初用于塑形的膠原蛋白支架。9)打印頭骨：2013 年 2 月 9 日報道，美國的一家醫(yī)院完成了一項非常大膽的手術(shù)：使用 3D 打印出人的頭骨，來替代患者

26、原本高達(dá) 75%已受損骨骼。這次手術(shù)在本周早些時候順利完成，使用了康涅狄格州牛津性能材料公司提供的原材料，至 2013 年 2 月為止，患者的病情已穩(wěn)定。10)3D 打印類生物組織材料：英國研究人員 2013 年 4 月 4 日在科學(xué)雜志上發(fā)表報告說， 他們利用特制 3D 打印機(jī)打印出類似生物組織的材料， 這一成果將來有望應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域。這篇報告由英國牛津大學(xué)的黑根貝利教授及其同事聯(lián)名發(fā)表。據(jù)介紹，他們利用 3D 打印機(jī)分層次噴出大量被脂類薄膜包裹的液滴，這些液滴形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成特殊的新材料。研究人員說，這樣打印出來的材料其質(zhì)地與大腦和脂肪組織相似，可做出類似肌肉樣活動的折疊動作，且具備像神

27、經(jīng)元那樣工作的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可用于修復(fù)或增強(qiáng)衰竭的器官。由于這是合成材料，因此它還可避免一些用干細(xì)胞等方式制造活體組織而引發(fā)的問題。研究人員還說，常規(guī)的 3D 打印機(jī)無法打印這種新材料，實驗中他們使用的是一種特制 3D打印機(jī)， 至 2013 年 4 月為止， 這種打印機(jī)噴出的液滴直徑約 50 微米， 有 5 個活體細(xì)胞那么大，但相信將來能夠?qū)⒁旱纬叽缈s小。11）用 3D 打印珠寶：個性化，珠寶加工自是對此類需求最為迫切的行業(yè)之一，而 3D打印所具備的優(yōu)勢正好可以平衡消費者需求與加工成本之間的矛盾-加工成本與造型復(fù)雜程度完全無關(guān)。 事實上在 Shapeways 上就有大量的設(shè)計師們對珠寶類目情有

28、獨鐘 （事實上最早加入的成員就已開始利用 3D 打印制造首飾）。12）4D 打印技術(shù)：我們都知道，4D 就是在長、寬、高之外，另外加入了時間的維度，如果套用到打印技術(shù)上的話，指的就是你所打印出來的東西，可以依照你預(yù)先設(shè)定的程序，隨時間而改變形狀。七、3D打印的發(fā)展前景在 3D 打印技術(shù)可以打印假肢、汽車、飛機(jī)的今天，它還在創(chuàng)造無限的可能。首先3D打印技術(shù)可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。 過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用模具，把金屬和塑料融化灌進(jìn)去得到這樣的零件， 這樣對復(fù)雜的零部件來說加工起來非常困難。 立體打印技術(shù)對于復(fù)雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，

29、立體打印技術(shù)可以打印非常復(fù)雜的東西。其次實現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度，尤其適合一些高性的行業(yè)，如軍工、核電領(lǐng)域。再次由于制造準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得 3D 打印成為一種潮流，并且在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如今 3D 打印機(jī)已經(jīng)在建筑設(shè)計、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配件、動漫模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用。尤其在飛機(jī)、核電和火電等使用重型機(jī)械、高端精密機(jī)械的行業(yè)，3D 打印技術(shù)打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接的，結(jié)構(gòu)之間

30、的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。事實上，3D 打印技術(shù)要成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)還尚需時日。3D 打印機(jī) 21 世紀(jì)初的實際使用仍屬于快速成型疇， 即為企業(yè)在生產(chǎn)正式的產(chǎn)品前提供產(chǎn)品原型的制造，業(yè)也將這類原型稱作手板。據(jù)統(tǒng)計，3D 打印機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品中 80%依舊是產(chǎn)品原型， 僅有 20%是最終產(chǎn)品。 雖然 3D 打印機(jī)技術(shù)在 21 世紀(jì)初已取得不小的進(jìn)步， 比如材料增多、打印機(jī)和原材料價格逐漸下降，但在 2012 年左右，依舊是一項年輕的技術(shù)，在沒有變得更加成熟和廉價前，并不會被企業(yè)大規(guī)模采用。美國和歐洲在 3D 打印技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用方面處于領(lǐng)先地位。美國是全球 3D 打印技術(shù)和應(yīng)用的

31、領(lǐng)導(dǎo)者，歐洲十分重視對 3D 打印技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。除歐美外，其他國家也在不斷加強(qiáng) 3D 打印技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。澳大利亞在 2013 年制定了金屬 3D 打印技術(shù)路線；南非正在扶持基于激光的大型 3D 打印機(jī)器的開發(fā)；日本著力推動 3D 打印技術(shù)的推廣應(yīng)用；中國3D 打印設(shè)計服務(wù)市場快速增長，已有幾家企業(yè)利用 3D 打印制造技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備和提供服務(wù)。3D 打印在中國還處于初級階段，從整個產(chǎn)業(yè)角度來看，由于缺少龍頭企業(yè)的帶動作用，政府暫時缺少針對性的扶植措施， 整體產(chǎn)業(yè)體量還較??； 另一方面中國制造業(yè)還處于粗放形式，各個環(huán)節(jié)對 3D 打印技術(shù)帶來的沖擊認(rèn)識還不足，接受度較低。從發(fā)展情況來看， 3D

32、打印至 2013 年為止仍停留在“高級玩具”階段， 并沒有實現(xiàn)成熟的產(chǎn)業(yè)化。但是，各個區(qū)域都非常認(rèn)可 3D 打印技術(shù)可能帶來的改變，這些改變將如何影響現(xiàn)有生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、社會模式是值得關(guān)注的問題。國 3D 打印主要有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、航空航天大學(xué)等高校教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊。在他們的引領(lǐng)下，中國 3D 打印取得了一定的成效，不少 3D 打印聯(lián)盟相繼成立，3D 打印企業(yè)也層出不窮，3D 打印也能打印出無人駕駛小型飛機(jī)、文物、小零件、食物、自行車、小建筑等，令人耳目一新。參考資料1.2017年3D打印機(jī)將崛起市值有望50億美元.中國3D打印產(chǎn)業(yè)網(wǎng).2013-03-242.3D

33、技術(shù)打印小飛機(jī)國打印技術(shù)發(fā)展迅猛.飛行網(wǎng).3.3D打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心將在10個工業(yè)城市集中建設(shè).產(chǎn)業(yè)洞察網(wǎng).4.產(chǎn)業(yè)洞察研究.中國3D打印機(jī)市場銷售前景：產(chǎn)業(yè)洞察研究，2013.5.3D打印第一顆人類心臟心臟樣本由塑料制成.Autodesk中文站.6.大力扶持多地著重布局3D打印產(chǎn)業(yè).胖3D.7.3D打印技術(shù)、打印材料成發(fā)展難題.中國3D打印產(chǎn)業(yè)網(wǎng).2013-04-22.8.3D打印材料介紹.叁迪網(wǎng).9.百度圖片.硅酸凝膠1 簡介辿將過飽和的 H4SiO4H4SiO4 失去部分水分后，產(chǎn)生膠態(tài)粒子、沉淀物或凝膠形態(tài)，這種無定形的二氧化硅沉淀統(tǒng)稱硅酸凝膠。2 制取方法也硅酸鈉溶液和酸性物質(zhì)反應(yīng)制取

34、。1 1 .在 1010 毫升 2020 形硅酸鈉溶液中，逐滴加入 6N6N 鹽酸 1 1.5.5 毫升，2 2 .出現(xiàn)白色渾濁后，再滴加 0.50.5 毫升此鹽酸，邊滴邊振蕩，可得白色凝膠. .3 3 .在 5 5 毫升 2020 另硅酸鈉溶液中，通入二氧化碳?xì)饧s 5 5 分鐘，可以得到半透明硅酸凝膠。4 4 .在 1010 毫升 2020 拓硅酸鈉溶液中，逐滴加入飽和氯化按溶液 3 3 毫升，得到白色的硅酸凝膠。3 用途辿可用來作凝固劑、止血劑、干燥劑、催化劑，或用作其他催化劑的載體。C-S-H凝膠C-S-H的化學(xué)組成是不固定的，其Ca/Si比隨液相中Ca(OH)2濃度的提高而增加。當(dāng)溶液

35、中氧化鈣濃度約為220mol/L時，生成Ca/Si比為0.81.5的水化硅酸鈣稱C-S-H(I);當(dāng)液相中氧化鈣濃度飽和時，則生成Ca/Si比提高到1.52.0的C-S-H(口)。在常溫下，水固比增加，能使C-S-H的Ca/Si比下降。同時，H/Si比也相應(yīng)減少，而且比Ca/Si值都低0.5左右。因此，在正常水化的條件下，C-S-H的組成或可粗略地用CxSHx-0.5表示。多數(shù)研究者還認(rèn)為C-S-H的組成隨著水化進(jìn)程而改變，其Ca/Si比隨齡期的增長而下降，例如從水化1d的1.9,到2、3年后可減少至1.41.6左右。C-S-H呈無定形的膠體狀，粒子如以球形計，直徑可能小于10師。其結(jié)晶程度極差，而且即使經(jīng)過很長時間，結(jié)晶度仍然提高不多。水泥漿體中的C-S-H凝膠會呈現(xiàn)各種不同的形貌：纖維狀粒子，稱為I型C-S-H,為水化初期從水泥顆粒向外輻射生長的細(xì)長條物質(zhì)，長約0.52師，寬一般小于0.2gm,通常在尖端上有分叉現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)狀粒子，稱為口型C-S-H,呈互相聯(lián)鎖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其組成單元也是一種長條形粒子，截面積與I型相同，但每隔半vm左右就叉開，而且叉開角度相當(dāng)大。由于粒子間叉枝的交結(jié)，并在交結(jié)點相互生長，從而形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)。等大粒子，稱W型C-S-H,為小而不規(guī)則、三向尺寸近乎相等的球狀顆粒，也有扁平碟狀，一般不大于0.3gmo通常在水泥水化到