萬物皆可打印

文 張立文/整理

自第一臺3D打印機面世至今，3D打印技術(shù)已經(jīng)走過了30多年。從生物醫(yī)療到文物修復(fù)，從食品到工業(yè)產(chǎn)品，隨著3D打印技術(shù)日漸成熟，它可以為越來越多的行業(yè)助力，真正實現(xiàn)“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(zhuǎn)。

4月15日，以色列特拉維夫大學(xué)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(jié)構(gòu)，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(wǎng)膜組織，所以在移植器官時不會產(chǎn)生任何排異反應(yīng)。

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(yè)大學(xué)汪焰恩教授團隊的3D打印活性仿生骨技術(shù)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(jié)構(gòu)、力學(xué)性能高度一致。在動物活體試驗中，該技術(shù)制造的仿生骨可在生物體內(nèi)“發(fā)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(tǒng)的骨缺損修復(fù)重建會使用金屬、高分子材料，這些材料存在仿生結(jié)構(gòu)不可控、力學(xué)性能不匹配、生物相容性差、無發(fā)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(shù)取出，會對患者造成二次創(chuàng)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(nèi)后能很好地發(fā)育，并最終完全長成自體骨。也就是說，患者只需經(jīng)歷一次手術(shù)就可以完成修復(fù)。

打印文物

從2008年的韓國崇禮門大火到2018年的巴西國家博物館火災(zāi)，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(xiàn)在，我們可以利用3D打印、AI等技術(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，研究人員利用激光掃描技術(shù)，通過對巴黎圣母院內(nèi)外的50多個位置進行定點來收集數(shù)據(jù)。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(shù)，復(fù)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(fù)原和保護意義。他在故宮內(nèi)成立了一個“智能醫(yī)院”，配備了3D打印、物理冷熱性能等設(shè)備，為文物“做CT”，并與原有修復(fù)技術(shù)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(xù)流傳，多名科研人員利用神廟被毀前的2D照片創(chuàng)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(dāng)然，如果想要更進一步了解古老文明，AR/VR等技術(shù)還可以營造出一個虛擬世界，實現(xiàn)從畫面、聲音、互動等方面全方位游覽古建筑。

打印美食

早在2014年，好時巧克力就已經(jīng)和一家3D打印公司建立合作，生產(chǎn)各種3D打印糖果，用打印機代替人工，進一步精簡流程。而現(xiàn)在，越來越多的3D打印工作室開始承接小規(guī)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(huán)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(diào)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。

打印工業(yè)產(chǎn)品

惠普一臺名叫Metal Jet的噴射成型3D打印機讓工業(yè)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(yè)產(chǎn)品

每一年僅汽車工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)就能生產(chǎn)數(shù)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(chǎn)線完成，這需要企業(yè)進行巨大的前期投入。

惠普的Metal Jet可以幫助企業(yè)降低成本。相較于其他技術(shù)，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(chǎn)這個零件的成本要少于2美元，而且比注塑成型的產(chǎn)品更輕便。

打印超材料

超材料通常是指通過人工設(shè)計結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，具有天然材料無法具備的超常物理特性的復(fù)合材料。目前，超材料已經(jīng)成為一項非常熱門且應(yīng)用范圍極廣的前沿技術(shù)，其應(yīng)用的領(lǐng)域包括光纖、醫(yī)療設(shè)備、航空航天、微電子、全息技術(shù)等。

最近，美國塔夫茨大學(xué)的工程師團隊開發(fā)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(xué)特性，這些特性超越了傳統(tǒng)光學(xué)或電子材料所能實現(xiàn)的。

在這項研究中，塔夫茨大學(xué)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(chuàng)造出波長處于微波范圍、具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)和新功能的超材料。

例如，他們創(chuàng)造出微型蘑菇狀結(jié)構(gòu)陣列，每一個結(jié)構(gòu)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(yī)療診斷傳感器、通信天線、成像探測器等應(yīng)用都有著重要的價值。