神奇的“打印”技術(shù)

雄偉龐大的建筑物，可以在工地“打印”建造；翱翔在藍(lán)天的飛機(jī)，能夠在流水線上“打印”生產(chǎn)；長在人身體上的器官，隨時(shí)在機(jī)器上“打印”復(fù)制；你說，這有多神奇!

打印建造新型建筑

2008年，國外一家高科技公司成功開發(fā)了專門用于建筑業(yè)的巨型3D立體噴繪打印機(jī)，可以將建筑設(shè)計(jì)師的作品按實(shí)際尺寸直接“打印”在工地上。

在打印過程中，事先要在預(yù)定區(qū)段的地上鋪好一層砂石材料。機(jī)頭的移動(dòng)和噴繪則由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件全程操縱，打印流程連續(xù)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)讀取的3D設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入到控制軟件之后，噴嘴就會(huì)將類似“墨水”的黏結(jié)劑澆灑到數(shù)據(jù)對應(yīng)的區(qū)域。粘上黏結(jié)劑的地方，砂石材料便在24小時(shí)內(nèi)完成黏結(jié)固化，形成堅(jiān)固的人造整體砂巖。測試表明，它的強(qiáng)度和牽拉力都優(yōu)于硅酸鹽水泥凝集。而且，固化過程不需要使用任何措施來增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。建筑物打印建造的施工過程，是從底部開始逐層往上，每次升高5～10毫米。每一層進(jìn)入固化階段后，就可以在其上添加新的一層，無須等到完全固化。

據(jù)報(bào)道，施工人員利用巨型3D打印機(jī)，現(xiàn)已完成了“放射蟲大帳篷”仿生形態(tài)建筑的縮小模型。這是一個(gè)長寬高各3米的獨(dú)立砂石結(jié)構(gòu)，而最終的帳篷式建筑物有10米高，將于2010年在意大利的彭特德拉建成。

建筑專用巨型3D打印機(jī)盡管尺寸龐大，整體結(jié)構(gòu)卻非常簡單。2名工人在幾小時(shí)內(nèi)便可以安裝或拆除完畢，進(jìn)行運(yùn)送和裝配十分方便。這種打印建筑新工藝的問世，使得將來更易出現(xiàn)更多的自由構(gòu)思和自然模擬建筑。

造飛機(jī)如同打印文稿

美國洛克希德馬丁公司生產(chǎn)的“臭鼬”無人駕駛飛機(jī)，制造流程一反常態(tài)。它并不是以傳統(tǒng)的方式組裝而成，而是在流水線上以“打印”的方式制造，堪稱世界上第一架“打印”飛機(jī)。

這架翼展為28米的“打印飛機(jī)”，整個(gè)制造過程就和我們在電腦中儲(chǔ)存文稿，然后連接打印機(jī)進(jìn)行打印一樣。飛機(jī)設(shè)計(jì)師首先在電腦里設(shè)計(jì)出稿樣，然后將高分子聚合物材料當(dāng)作“墨水”填入。這些高分子聚合物和加入的金屬成分，被一層一層地黏和、定型，形成整架飛機(jī)的結(jié)構(gòu)或零部件，并進(jìn)行最后組裝。

這種全新的飛機(jī)制造方法，流程大大簡化，90％以上的部分都可以采用自動(dòng)化操作。此外，采用這種新型設(shè)計(jì)制造方式，還可以為用戶定制不同要求的個(gè)性化飛機(jī)，或是根據(jù)需要改變飛機(jī)的局部設(shè)計(jì)，盡最大可能滿足各種需要。

在太空生產(chǎn)零部件

科學(xué)家發(fā)明的“電子束直接成型技術(shù)”，是一種“打印”生產(chǎn)金屬部件的新工藝。電子柬將金屬材料熔化，并按照要生成物件的詳盡圖紙使熔化的金屬逐層成型。這個(gè)過程持續(xù)進(jìn)行，從圖紙到可使用的零件一步完成。

美國宇航局的科學(xué)家認(rèn)為，未來在月球基地上，考察隊(duì)員如果需要零部件或工具，完全可以使用“電子束直接成型技術(shù)”在月球上自行生產(chǎn)，而不再從38萬千米外的地球訂貨，更無需用火箭或登月艙運(yùn)送。至于材料，可以將登月后廢棄的飛行器熔掉，也可以從月壤中挖礦取材。目前，在地面上試驗(yàn)使用的電子束直接成型設(shè)備體積比較龐大，運(yùn)送到太空困難很多。為此，美國宇航局的研究人員將按比例縮小，生產(chǎn)出一種能夠在太空使用的靈巧設(shè)備。并計(jì)劃在宇航局的噴氣式飛機(jī)上進(jìn)行無重力試驗(yàn)后，送到國際空間站測試。

新奇的“骨骼打印機(jī)”

加拿大科學(xué)家研發(fā)的“骨骼打印機(jī)”，利用類似噴墨打印機(jī)的原理，以人造骨粉及某種酸性液體為“油墨”，以一層類似陶瓷粉末的薄層為“紙張”，“打印”出與患者缺損骨骼相一致的立體人造骨骼。醫(yī)生在治療時(shí)，將這種人造骨植入患者體內(nèi)，可以起到替代作用。這種技術(shù)一經(jīng)推出，立即轟動(dòng)了國際醫(yī)學(xué)界。

在操作中，科學(xué)家通過掃描儀構(gòu)造出受損骨頭應(yīng)有的形狀，以3D影像傳送至特制的一臺(tái)與“骨骼打印機(jī)”相連的電腦上。電腦發(fā)出指令到“骨骼打印機(jī)”，將“墨盒”里儲(chǔ)存的“油墨”噴灑到“紙張”。因?yàn)閮烧甙l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致厚為0.01厘米的“紙張”自然變硬。在這樣往來重復(fù)的過程中，可以根據(jù)需要設(shè)定不同高度，將一層層紙進(jìn)行疊加，隨心所欲地制造出不同規(guī)格的立體人造骨骼。通常，“打印”出一塊與缺損骨骼一模一樣精密的立體人造骨骼僅需10分鐘左右的時(shí)間。

骨骼打印技術(shù)在骨科、腦系科、口腔科等多種治療中都有用武之地。不過，“骨骼打印機(jī)”打印出來的人造骨骼在人體內(nèi)是否會(huì)有排異性；可能會(huì)達(dá)到什么程度；能不能在人體內(nèi)完全無害的自然消解；如何能有效地刺激新骨骼和血管再生等等一些問題，需要更多翔實(shí)的資料和進(jìn)一步的醫(yī)學(xué)實(shí)踐來判斷，還要在動(dòng)物身上實(shí)驗(yàn)以及進(jìn)行人體臨床的研究。

“打印”復(fù)制皮膚

打印復(fù)制皮膚是科學(xué)家研究人類皮膚結(jié)構(gòu)所取得的重要進(jìn)展。這種方法能夠革新皮膚創(chuàng)傷的治療手段，即將應(yīng)用于臨床醫(yī)療。

在復(fù)制中，技術(shù)人員首先要把患者創(chuàng)傷的各項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入電腦。然后，從供給者的身體上取得皮膚細(xì)胞，在類似墨汁一樣的營養(yǎng)液中培育，再把培育出來的皮膚細(xì)胞通過“打印”方式復(fù)制在一個(gè)出來的皮膚支架上。這個(gè)支架不但會(huì)在新生皮膚的生長過程中為其定型，還能增加皮膚的穩(wěn)定性。在新生皮膚用于患者身體的創(chuàng)口時(shí)，這個(gè)支架也可以幫助新生皮膚與創(chuàng)口完美地契合，讓皮膚固定在創(chuàng)口處，直到它能夠穩(wěn)定下來。就像做外科手術(shù)時(shí)用的縫合線一樣，這個(gè)支架也會(huì)隨著時(shí)間的推移慢慢地自然溶解。與現(xiàn)在進(jìn)行皮膚移植手術(shù)的程序相比，患者不需要服用免疫抑制劑。