文 張立文/整理

自第一臺(tái)3D打印機(jī)面世至今，3D打印技術(shù)已經(jīng)走過(guò)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(lái)越多的行業(yè)助力，真正實(shí)現(xiàn)“打印萬(wàn)物”。

打印器官

在某些時(shí)刻，通過(guò)器官移植可以挽救一個(gè)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(huì)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(xì)胞制造出世界上首顆3D打印心臟。這顆心臟長(zhǎng)約2厘米，和兔子的心臟大小相仿，不僅有心臟細(xì)胞，還有血管和其他支撐結(jié)構(gòu)，甚至能像真實(shí)的心臟一樣跳動(dòng)。由于打印這顆心臟的原材料均來(lái)自患者本人的網(wǎng)膜組織，所以在移植器官時(shí)不會(huì)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(lái)了希望。

近日，西北工業(yè)大學(xué)汪焰恩教授團(tuán)隊(duì)的3D打印活性仿生骨技術(shù)有了突破性進(jìn)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(dòng)物活體試驗(yàn)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(xì)胞在人造骨中生長(zhǎng)，最終使人造骨與自然骨很好地生長(zhǎng)在一起，真正成為動(dòng)物身體的一部分。

傳統(tǒng)的骨缺損修復(fù)重建會(huì)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(wú)發(fā)育功能等缺點(diǎn)。最重要的是，這些材料無(wú)法與本體骨骼融合，往往需要二次手術(shù)取出，會(huì)對(duì)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(dòng)物受體體內(nèi)后能很好地發(fā)育，并最終完全長(zhǎng)成自體骨。也就是說(shuō)，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(guó)崇禮門(mén)大火到2018年的巴西國(guó)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(duì)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(guò)對(duì)巴黎圣母院內(nèi)外的50多個(gè)位置進(jìn)行定點(diǎn)來(lái)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(zhǎng)單霽翔曾用“AI重啟紫禁城”來(lái)表達(dá)科技對(duì)建筑及文物的復(fù)原和保護(hù)意義。他在故宮內(nèi)成立了一個(gè)“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(shí)施打印，最終高度還原了神廟的巨型拱門(mén)，還在倫敦和紐約進(jìn)行了展示。

當(dāng)然，如果想要更進(jìn)一步了解古老文明，AR/VR等技術(shù)還可以營(yíng)造出一個(gè)虛擬世界，實(shí)現(xiàn)從畫(huà)面、聲音、互動(dòng)等方面全方位游覽古建筑。

打印美食

早在2014年，好時(shí)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(jī)代替人工，進(jìn)一步精簡(jiǎn)流程。而現(xiàn)在，越來(lái)越多的3D打印工作室開(kāi)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(lái)了更好的食物體驗(yàn)。

眾所周知，在太空環(huán)境中，宇航員的食物都被嚴(yán)格限制，他們想吃到和地球上一樣的食物簡(jiǎn)直是天方夜譚。為解決這一問(wèn)題，美國(guó)航空航天局資助了一項(xiàng)3D打印食物的項(xiàng)目。這家公司通過(guò)多個(gè)料盒一起工作，用面團(tuán)、芝士、調(diào)料等原料打印出食物，將披薩這一美國(guó)人熱愛(ài)的食物送上太空，為宇航員帶來(lái)了新的飲食體驗(yàn)。

打印工業(yè)產(chǎn)品

惠普一臺(tái)名叫Metal Jet的噴射成型3D打印機(jī)讓工業(yè)邁進(jìn)新紀(jì)元，因?yàn)檫@次被噴射的不是塑料，而是熔點(diǎn)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(gè)金屬零件，而這些零件的制造往往需要通過(guò)定制的生產(chǎn)線完成，這需要企業(yè)進(jìn)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(dá)50倍。以汽車零件“指形從動(dòng)滾輪”為例，如果使用金屬注塑成型，單個(gè)零件的成本大概在2美元，而用Metal Jet生產(chǎn)這個(gè)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(guò)人工設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，具有天然材料無(wú)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(xiàng)非常熱門(mén)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(guó)塔夫茨大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一系列3D打印的超材料。這些超材料具有獨(dú)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(shí)現(xiàn)的。

在這項(xiàng)研究中，塔夫茨大學(xué)納米實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(gè)結(jié)構(gòu)在莖的頂部都具有一個(gè)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(duì)醫(yī)療診斷傳感器、通信天線、成像探測(cè)器等應(yīng)用都有著重要的價(jià)值。