3D打印，又稱增材制造，是一種數(shù)字化制造過程，通過逐層堆積材料來創(chuàng)建三維物體。今天，3D打印以其獨(dú)特優(yōu)勢正向生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域廣泛滲透，醫(yī)療、建筑、航天、工業(yè)生產(chǎn)、教育、文物保護(hù)等場景都能看到這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用。
記者選取與日常生活較近的3個(gè)場景：蓋房子、看病就醫(yī)、陶藝DIY，一窺新技術(shù)如何進(jìn)入和改變我們的生活。
像搭積木一樣蓋房子—— 打印農(nóng)房成了“網(wǎng)紅”景點(diǎn)
這座民居由浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院智能建造團(tuán)隊(duì)聯(lián)合靈砼科技、冠力科技、山東基石增材公司產(chǎn)研協(xié)作共同完成。“院落采用一體化數(shù)字設(shè)計(jì)，整個(gè)房屋、院墻、廊柱等結(jié)構(gòu)部件，還有花壇、地磚、假山、雕塑等景觀裝飾均由混凝土3D打印而成，外部雕花紋理和內(nèi)部管線空腔都是在設(shè)計(jì)階段隨著結(jié)構(gòu)一起做好，三維建模，所見即所得。”浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院副教授孫曉燕介紹。
“設(shè)計(jì)完成后，打印過程就像擠奶油，3D打印機(jī)的噴嘴在設(shè)計(jì)好的軌道上來回運(yùn)行，同時(shí)‘吐’出混凝土，一層層堆疊起來，墻體模塊就造好了。”孫曉燕說。記者湊近仔細(xì)觀看，灰白色的混凝土墻體表層帶有一層層約1厘米厚的紋理，還利用墻面凹凸形成頗具藝術(shù)感的花紋。
顏值挺高，實(shí)用性如何？
“設(shè)計(jì)之初就充分考慮了如何利用墻體空腔解決保溫隔熱隔聲等功能和結(jié)構(gòu)抗震抗災(zāi)的配筋需求，保溫性能好，燒天然氣取暖，比住普通房屋更省，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也更高。”浙江大學(xué)智能建造與工程管理研究所所長王海龍教授說，“還用上了固廢低碳混凝土，更綠色環(huán)保。”
造價(jià)如何？“這座院子建設(shè)成本為30萬元左右，和農(nóng)村普通的磚混房建造成本接近，附近幾個(gè)村的農(nóng)戶也想著在自己家‘打印’一套。”故城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局副局長張延安表示，“現(xiàn)在農(nóng)村蓋房子經(jīng)常面臨用工短缺，3D打印為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)提供了新思路，我們計(jì)劃在更大范圍內(nèi)推廣。”
認(rèn)可背后，是科研團(tuán)隊(duì)板凳甘坐十年冷的艱辛與執(zhí)著。
“從2013年起就致力于數(shù)字建造技術(shù)研究，用2年時(shí)間摸清了打印混凝土的性能調(diào)控，又逐步攻克打印設(shè)備、配筋增強(qiáng)技術(shù)以及打印建造技術(shù)等，團(tuán)隊(duì)至今已取得3D打印材料、裝備、結(jié)構(gòu)、施工方法國內(nèi)外發(fā)明專利30余項(xiàng)，設(shè)備和技術(shù)也出口到了國外。”王海龍說。
從削足適履到量體裁“骨”—— 為提升健康福祉出份力
治療骨科疾病多半就是在和骨缺損戰(zhàn)斗。小的缺損人體可以自我修復(fù)，到一定程度只能借助人工解決，植入的骨填充塊就是解決方法之一。“世界上沒有兩片完全相同的樹葉，也沒有兩個(gè)人的關(guān)節(jié)或骨缺損的情況是完全一樣的。”郝永強(qiáng)說，“過去，同一款人工關(guān)節(jié)假體形態(tài)基本一致，僅有少數(shù)幾種尺寸差異，后來隨著設(shè)計(jì)改進(jìn)，組成假體的部件有多種規(guī)格，連接部有了更多的調(diào)節(jié)接口，但即便如此，效果仍不理想。”
3D打印的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了骨科手術(shù)由削足適履到量體裁“骨”的精準(zhǔn)化治療。搭載人體細(xì)胞、細(xì)胞因子的生物打印活性組織或器官，則代表了3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用的最高層次。
郝永強(qiáng)清楚地記得兩年前一位16歲女孩由母親陪同來向他求助。當(dāng)時(shí)，這名患者飽受左小腿疼痛困擾，連走路都成問題——臨床診斷為“左脛骨近端腫瘤”。
“切除腫瘤會引致骨缺損，傳統(tǒng)的治療方法采用自體骨或異體骨移植，都存在一定風(fēng)險(xiǎn)或缺陷，如二次手術(shù)創(chuàng)傷、疾病傳播、免疫排異、骨來源受限等。”郝永強(qiáng)說。
看著陳列室冷冰冰的模型，聽著讓人一頭霧水的術(shù)語，患者和家屬都有點(diǎn)蒙，但郝永強(qiáng)還是說服他們，同意采用一項(xiàng)新技術(shù)——那是中國科學(xué)家開創(chuàng)的“生物3D打印活性骨修復(fù)骨缺損”技術(shù)的首次應(yīng)用。
3D打印活性骨被植入缺損部位，慢慢降解并釋放出搭載的患者自身的干細(xì)胞及活性生長因子，與缺損區(qū)域周圍骨組織細(xì)胞相互作用，骨形態(tài)完全匹配，修復(fù)速度也大大加快。
效果出乎患者預(yù)料。術(shù)后一個(gè)多月，這名女孩就能活動自如了，不僅回到課堂，還能上體育課。
從醫(yī)35年，在郝永強(qiáng)幫助下，已有成百上千名患者感受到3D打印技術(shù)的溫度。“上世紀(jì)90年代，國內(nèi)醫(yī)生會優(yōu)先選擇國外的技術(shù)和產(chǎn)品。現(xiàn)在，從原材料到設(shè)備軟硬件再到實(shí)施手術(shù)，我們實(shí)現(xiàn)了3D打印骨科手術(shù)技術(shù)和產(chǎn)品的完全國產(chǎn)化，手術(shù)成果讓外國專家瞪大眼睛。”郝永強(qiáng)說。
在家也能燒瓷器—— 更便利地享受動手樂趣
在古代，選礦、煉泥、定樣、利坯、繪畫、施釉、入窯燒瓷，數(shù)十道程序下來，往往歷時(shí)數(shù)月才能制作完成。
今天，網(wǎng)購好原料，用陶瓷3D打印機(jī)，使用窯爐燒制，或者更簡單點(diǎn)，家用微波爐也能替代——劉文強(qiáng)測算出的平均時(shí)間是15分鐘。
10年前，出于個(gè)人興趣，山東大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)二年級學(xué)生劉文強(qiáng)研發(fā)了一款陶瓷3D打印機(jī)，在學(xué)校環(huán)保主題的創(chuàng)新比賽中拿了獎，后來代表學(xué)校參加全國比賽，又?jǐn)孬@一等獎，這些獎狀一直被他悉心珍藏。
10年間，這名獲獎大學(xué)生成了濟(jì)南辰坤智能科技有限公司創(chuàng)始人，一款產(chǎn)品衍生出適用于多種場景的系列產(chǎn)品。“既有適合普通消費(fèi)者的，也有的適合專業(yè)人士、公司。如用彩色釉料打印，也能實(shí)現(xiàn)上釉效果。”劉文強(qiáng)說。
劉文強(qiáng)的辦公室里擺滿了花瓶、水杯、擺件等大大小小顏色各異的陶瓷制品，這些都是他開發(fā)的陶瓷3D打印機(jī)制作的。與其說是辦公室，倒不如說更像一個(gè)陶藝DIY手工作坊。劉文強(qiáng)說：“陶瓷3D打印機(jī)大大降低了藝術(shù)創(chuàng)作、藝術(shù)體驗(yàn)的成本。”
打印出來的作品，稱得上藝術(shù)品嗎？這是劉文強(qiáng)經(jīng)常面對的質(zhì)疑。“有人說機(jī)器做出來的東西沒有靈魂。”他回憶。
最初，劉文強(qiáng)也不知道如何反駁，直到他從用戶樂此不疲的體驗(yàn)中找到了3D打印文創(chuàng)產(chǎn)品的價(jià)值。吉爾·泰勒是美國人，有60多歲，很喜歡陶藝，但隨著年齡增長，手經(jīng)常不聽使喚，陶藝制作讓她感到有些力不從心，直到發(fā)現(xiàn)這家公司的產(chǎn)品。
泰勒在社交平臺上“秀”出一件3D打印和手工配合完成的作品：那是一只站立的母獅，穿禮裙戴披肩，身姿優(yōu)雅，頭微微抬起，凝視遠(yuǎn)方，其中最難的裙裾就是3D打印而成的。“3D打印可以幫助用戶擺脫禁錮、突破傳統(tǒng)工藝的束縛，做出更加復(fù)雜多變的形態(tài)，帶來更大的創(chuàng)作自由度。”劉文強(qiáng)說。
可以打印的，不只是陶瓷。手辦、船模、建筑模型、雕像、玩具……在文化創(chuàng)意領(lǐng)域，3D打印的應(yīng)用越來越廣。劉文強(qiáng)感覺到，消費(fèi)級3D打印機(jī)市場增長速度很可觀。有數(shù)據(jù)佐證了這一點(diǎn)：2022年中國消費(fèi)級3D打印設(shè)備銷量為135.18萬臺，較2017年增長14.4倍。
打印速度慢、使用門檻高、產(chǎn)品價(jià)格高等因素一度“勸退”廣大普通消費(fèi)者。近年來在市場需求和技術(shù)進(jìn)步共同催化下，消費(fèi)級3D打印機(jī)銷售價(jià)格大幅下探，并叩開海外市場。
“我們的用戶主要來自海外，一些動手能力很強(qiáng)的人還會熱情地提出建議幫助改進(jìn)產(chǎn)品，很喜歡這種和用戶共創(chuàng)的氛圍。”劉文強(qiáng)說，“希望我們的產(chǎn)品能走進(jìn)更多家庭，讓人們更便利地享受動手樂趣。”
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