新华社：3D打印，万物皆可
时间：2023-07-25 11:13 来源：新华社 作者：史佳庆 编辑陈 阅读：次
《瞭望东方周刊》记者史佳庆 编辑陈融雪
△上海，中国首家 3D 打印文化博物馆
2023年7月12日，西北工业大学本科录取通知书样式发布。除体现学校航空、航天、航海的特色外，该录取通知书还藏着一份“惊喜”。“凭录取通知书，2023年本科新生在报到现场可以抽取专属盲盒。”学校招办相关负责人介绍，盲盒内容包括：歼20Q·3D打印杨伟总师签名版模型、运-20Q·3D打印唐长红总师签名版模型、直20Q·3D打印邓景辉总师签名版模型等。备受学生“追捧”的3D打印，也称增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。打印食物、打印火箭、打印汽车……万物皆可3D打印。在数字经济方兴未艾、智能制造大行其道的背景下，3D打印产业的发展正悄然提速。
3D打印食品
近年来，在环保、健康、安全、效率的新型饮食理念指引下，创新食品3D打印迅速崛起。浙江省科技馆的参观者发现，科技馆内六台巧克力3D打印机给他们提供了更新潮的科普体验。“参观者有多种选择，可以打印出宇航员、飞碟、火箭或坦克等多种造型的巧克力。”作为设备的提供方，杭州时印科技有限公司CEO李景元告诉《瞭望东方周刊》，3D打印给食物带来更加丰富的造型、更富吸引力口感的同时，也让参观者更有兴趣了解科技知识。
据介绍，这款“盼打”自助式巧克力3D打印机从设计、支付到打印一气呵成，经营者无需值守，可广泛应用于科技教育、文旅和商业综合体等领域。在文旅类场景里，巧克力3D打印已十分常见。
中国国家版本馆杭州分馆文润阁的文创空间，就给参观者提供了3D打印“文物巧克力”的新选择。参观者通过微信扫码选择自己喜欢的模型进行现场打印，只需等待三至五分钟，就可以打印出版本馆建筑模型或者战国越王青铜剑等以馆藏文物为原型的精致巧克力。在苏州博物馆、南京博物院和云南省博物馆里，参观者可以打印出博物馆藏品造型的巧克力；在上海海洋水族馆里，则可以打印出海马、魔鬼鱼、鲸鱼、乌龟、海豚等海洋生物造型的巧克力。“在银泰、万达等商业综合体场景里，我们会结合时尚的IP内容，打造IP造型的3D食品；热门电影上映期间，我们还会做电影里的人物造型巧克力。”李景元说。
火箭、汽车皆可打印
“目前，3D打印技术已被广泛应用于许多领域，涉及我们日常生活中的衣食住行、航天、汽车制造、医疗、建筑等方面。”东南大学材料科学与工程学院教授张亚梅告诉《瞭望东方周刊》。2023年，当地时间3月22日，世界首枚3D打印火箭“人族一号”第三次尝试发射，但未能成功进入轨道。美联社报道称，“人族一号”火箭高33.5米，85%的组成部分由3D打印而成，连火箭的发动机也由3D打印技术制造。在新能源电池、文物修复、人类器官等领域，3D打印也在不断尝试和实践。
“我们的‘玲珑’系列超微型3D打印电池，是专为植入式医疗机器人开发的定制化电池。由于医疗机器人体积小，需要的电池体积更小，目前只有3D打印技术能够解决这种三维尺寸小于4毫米的电池一体化制造及封装难题。”高能数造（西安）技术有限公司首席运营官令旗告诉《瞭望东方周刊》。据介绍，该公司还制作过一款体积小、续航久、放电倍率高的微型电池。借助这种3D打印电池的帮助，胶囊机器人可对人体消化道内部细节进行视频观测，为医生诊断提供更加可靠细致的信息。
在安徽，合肥悠遥科技公司的轻型电动汽车——XEV-YOYO，是全球第一款车身内外饰件都使用3D打印技术量产的电动汽车；洛阳龙门石窟里，借助数字化3D打印技术，一尊流散百年的无量寿佛实现了“身首合璧”；为了让更多人了解山东省省级非物质文化遗产保护项目莱西木偶戏，莱西木偶戏第五代传承人姜玉涛运用3D打印制作木偶内部机关轴承，提升了木偶表演的难度和视觉效果……
2月13日，山东青岛城市传媒广场云冈石窟艺术馆，3D打印的云冈石窟第3窟，9.93米的主佛阿弥陀佛造像面部圆润丰满，神态超然
3D打印已经成为人们身边的高科技，进入寻常百姓家，改变人们的生活方式。
颠覆传统制造
在2023中关村论坛展览会的重庆展区内，一台3D打印设备引来群众纷纷驻足。
这台可实现2微米超高精度3D打印的精密设备，来自重庆摩方精密科技股份有限公司。
据了解，该款3D打印设备采用了面投影微立体光刻技术，使用了高精度紫外光刻投影系统——将需打印的模型分层投影至树脂液面，即可快速微立体成型，实现从数字模型加工成三维复杂的工业样件。
与传统打印技术相比， 3D打印因有立体构型，需事先用计算机辅助设计软件创建三维模型，然后把原料装入机身，通过计算机控制，用激光注射器将原料一层一层累积起来，把计算机上的蓝图变成实物。整个过程中，计算机会自动计算每个步骤的尺寸和位置，确保制造之物的精准。
“3D打印技术相对于传统的制造技术，其突出的优势是不需要模板，可以直接通过打印机进行逐层打印堆叠，从而实现制造。” 张亚梅告诉《瞭望东方周刊》，这种先进的工艺，对于各种异形构件或者器件的生产而言，优势尤为明显。
“首先是不需要模板，实现了设计的自由；其次是可以直接打印，既节省了模板材料，也节省了人工，提高了制造效率。” 张亚梅称，目前，全球范围都存在制造工人短缺的问题，而3D打印制造技术很好地解决了这一社会性难题。
“购入3D打印机后，以前需要六万元购买的机器配件，现在几百元就可以打印出来。”走进亿滋（苏州）食品有限公司的灯塔工厂，厂长李云龙对《瞭望东方周刊》说，以前论件买零件，现在按斤买塑料线，工厂已节省了数百万元（人民币）。
“传统的烘焙类产品，人们都是用手工制作。现在，我们可以通过数字化方式将其呈现。”李景元表示，一台食品3D打印机可以做20多种不同类型食品——把食材配方做成打印“墨水”，输入食谱，按下按钮，余下的烹制可以全交给程序。
据李景元介绍，食品3D打印机工作的原理是将原材料通过一定的温度融化，利用高通量3D打印喷嘴从底部开始一层层堆积成型，实现高立体效果。食品3D打印机可打印出消费者喜欢的不同形态产品，不仅方便快捷，还能实现自定义个性化操作。
3D打印技术为低成本、高效率地制造具有独特结构和高性能的电池，也开辟了新途径。“电极生产需要涂布、烘烤、锟压、分切、卷绕或叠片等五六个制造环节，生产环节多、能耗高、占地面积大，且不具备柔性产能。” 令旗告诉《瞭望东方周刊》，与传统技术相比，他们研发的全新一代电池3D打印设备，可实现10μm级高精度、高设计自由度的全固态电池一体化智造。
据介绍，该款设备具有广泛的材料适配性，无需特殊改性调整，即可直接使用不同材料实现电池的一体化制造，可为电动汽车、电动航空、智能穿戴设备等领域提供更优质的电池产品。
“和传统生产方式相比，3D 打印给电池制造带来的优势包括流程更加快速简单、成本更加低廉、可定制、更智能、更安全。尤其值得一提的是，通过3D 打印一体化完成复杂电极结构的制备，还能实现低污染和低能耗。”令旗说。
瓶颈亟待突破
我国高度重视3D打印技术发展。
2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》发布，明确发展增材制造在制造业核心竞争力提升与智能制造技术发展方面的重要性，将增材制造作为未来规划发展的重要领域。
在地方政策层面，广东、江苏、重庆、浙江、山东、上海、陕西等多地政府都在政策文件中明确了增材制造在整体高端制造业发展中的重要地位。
在政策的助推下，国产3D打印机不断涌现，推动相关产业应用迅速扩大。
中国增材制造产业联盟秘书处郭丹表示，尽管全球风投机构的投资动作不断放缓，但国内机构对于3D打印产业的投资仍保持平稳增长。
郭丹说，2022年，我国3D打印企业融资总额达到64亿元，相比2021年的48亿元增长了33%。
中国工程院院士、西安交通大学机械学院原院长卢秉恒教授被称为“中国3D打印之父”。他认为，中国3D打印技术的科研水平已居世界前列，但在工艺装备、工程应用方面还有很大的发展空间。为此，中国3D打印技术需要制定技术发展路线图，规划基础研究、产业化、工程应用的发展路线，从而使其真正产业化。
卢秉恒表示，3D打印技术为高端制造提供了新路径。万物皆可3D打印，要合理地运用不同的制造方式，发挥各自优势来进行产品生产。
3D打印的发展尚存在一些瓶颈。
“在一些领域，尚需加强增强工艺与3D打印工艺的协同。但实际上，协同并不容易，有些增强措施会干扰打印过程。” 张亚梅对《瞭望东方周刊》举例道，在3D打印建筑领域，钢筋增强3D打印混凝土就存在明显的问题，打印出的产品性能远不如传统方式生产的钢筋增强混凝土。
此外，由于3D打印采用的是层层堆叠的建造方式，界面问题成为一个普遍难题。
“虽然技术上有解决界面问题的策略，但大尺寸打印时，往往问题较为复杂，还需要从材料、工艺等方面系统解决。” 张亚梅说。
在应用过程中，3D打印技术如何做好知识产权保护，也备受关注。对此，北京三帝科技股份有限公司创始人、董事长宗贵升在2023中国经济传媒大会上提出了两个建议：一是通过融合区块链技术的方式进行保护；二是在法律上对原创的知识产权申请专利保护。
“随着3D打印技术成本的逐步下降，不少3D打印产品的价格已经接近甚至低于传统制造的价格。我相信，五年内，3D打印技术将覆盖大部分制造领域。” 李景元表示，未来， 3D打印技术将更好地造福人们的生活。
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