新華社：3D打印，萬物皆可
時間：2023-07-25 11:13 來源：新華社 作者：史佳慶 編輯陳 閱讀：次
來源：新華社
《瞭望東方周刊》記者史佳慶 編輯陳融雪
備受學生“追捧”的3D打印，也稱增材制造，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。打印食物、打印火箭、打印汽車……萬物皆可3D打印。在數字經濟方興未艾、智能制造大行其道的背景下，3D打印產業的發展正悄然提速。
3D打印食品
近年來，在環保、健康、安全、效率的新型飲食理念指引下，創新食品3D打印迅速崛起。浙江省科技館的參觀者發現，科技館內六臺巧克力3D打印機給他們提供了更新潮的科普體驗。“參觀者有多種選擇，可以打印出宇航員、飛碟、火箭或坦克等多種造型的巧克力。”作為設備的提供方，杭州時印科技有限公司CEO李景元告訴《瞭望東方周刊》，3D打印給食物帶來更加豐富的造型、更富吸引力口感的同時，也讓參觀者更有興趣了解科技知識。
據介紹，這款“盼打”自助式巧克力3D打印機從設計、支付到打印一氣呵成，經營者無需值守，可廣泛應用于科技教育、文旅和商業綜合體等領域。在文旅類場景里，巧克力3D打印已十分常見。
中國國家版本館杭州分館文潤閣的文創空間，就給參觀者提供了3D打印“文物巧克力”的新選擇。參觀者通過微信掃碼選擇自己喜歡的模型進行現場打印，只需等待三至五分鐘，就可以打印出版本館建筑模型或者戰國越王青銅劍等以館藏文物為原型的精致巧克力。在蘇州博物館、南京博物院和云南省博物館里，參觀者可以打印出博物館藏品造型的巧克力；在上海海洋水族館里，則可以打印出海馬、魔鬼魚、鯨魚、烏龜、海豚等海洋生物造型的巧克力。“在銀泰、萬達等商業綜合體場景里，我們會結合時尚的IP內容，打造IP造型的3D食品；熱門電影上映期間，我們還會做電影里的人物造型巧克力。”李景元說。
火箭、汽車皆可打印
“目前，3D打印技術已被廣泛應用于許多領域，涉及我們日常生活中的衣食住行、航天、汽車制造、醫療、建筑等方面。”東南大學材料科學與工程學院教授張亞梅告訴《瞭望東方周刊》。2023年，當地時間3月22日，世界首枚3D打印火箭“人族一號”第三次嘗試發射，但未能成功進入軌道。美聯社報道稱，“人族一號”火箭高33.5米，85%的組成部分由3D打印而成，連火箭的發動機也由3D打印技術制造。在新能源電池、文物修復、人類器官等領域，3D打印也在不斷嘗試和實踐。
“我們的‘玲瓏’系列超微型3D打印電池，是專為植入式醫療機器人開發的定制化電池。由于醫療機器人體積小，需要的電池體積更小，目前只有3D打印技術能夠解決這種三維尺寸小于4毫米的電池一體化制造及封裝難題。”高能數造（西安）技術有限公司首席運營官令旗告訴《瞭望東方周刊》。據介紹，該公司還制作過一款體積小、續航久、放電倍率高的微型電池。借助這種3D打印電池的幫助，膠囊機器人可對人體消化道內部細節進行視頻觀測，為醫生診斷提供更加可靠細致的信息。
在安徽，合肥悠遙科技公司的輕型電動汽車——XEV-YOYO，是全球第一款車身內外飾件都使用3D打印技術量產的電動汽車；洛陽龍門石窟里，借助數字化3D打印技術，一尊流散百年的無量壽佛實現了“身首合璧”；為了讓更多人了解山東省省級非物質文化遺產保護項目萊西木偶戲，萊西木偶戲第五代傳承人姜玉濤運用3D打印制作木偶內部機關軸承，提升了木偶表演的難度和視覺效果……
2月13日，山東青島城市傳媒廣場云岡石窟藝術館，3D打印的云岡石窟第3窟，9.93米的主佛阿彌陀佛造像面部圓潤豐滿，神態超然
3D打印已經成為人們身邊的高科技，進入尋常百姓家，改變人們的生活方式。
顛覆傳統制造
在2023中關村論壇展覽會的重慶展區內，一臺3D打印設備引來群眾紛紛駐足。
這臺可實現2微米超高精度3D打印的精密設備，來自重慶摩方精密科技股份有限公司。
據了解，該款3D打印設備采用了面投影微立體光刻技術，使用了高精度紫外光刻投影系統——將需打印的模型分層投影至樹脂液面，即可快速微立體成型，實現從數字模型加工成三維復雜的工業樣件。
與傳統打印技術相比， 3D打印因有立體構型，需事先用計算機輔助設計軟件創建三維模型，然后把原料裝入機身，通過計算機控制，用激光注射器將原料一層一層累積起來，把計算機上的藍圖變成實物。整個過程中，計算機會自動計算每個步驟的尺寸和位置，確保制造之物的精準。
“3D打印技術相對于傳統的制造技術，其突出的優勢是不需要模板，可以直接通過打印機進行逐層打印堆疊，從而實現制造。” 張亞梅告訴《瞭望東方周刊》，這種先進的工藝，對于各種異形構件或者器件的生產而言，優勢尤為明顯。
“首先是不需要模板，實現了設計的自由；其次是可以直接打印，既節省了模板材料，也節省了人工，提高了制造效率。” 張亞梅稱，目前，全球范圍都存在制造工人短缺的問題，而3D打印制造技術很好地解決了這一社會性難題。
“購入3D打印機后，以前需要六萬元購買的機器配件，現在幾百元就可以打印出來。”走進億滋（蘇州）食品有限公司的燈塔工廠，廠長李云龍對《瞭望東方周刊》說，以前論件買零件，現在按斤買塑料線，工廠已節省了數百萬元（人民幣）。
“傳統的烘焙類產品，人們都是用手工制作。現在，我們可以通過數字化方式將其呈現。”李景元表示，一臺食品3D打印機可以做20多種不同類型食品——把食材配方做成打印“墨水”，輸入食譜，按下按鈕，余下的烹制可以全交給程序。
據李景元介紹，食品3D打印機工作的原理是將原材料通過一定的溫度融化，利用高通量3D打印噴嘴從底部開始一層層堆積成型，實現高立體效果。食品3D打印機可打印出消費者喜歡的不同形態產品，不僅方便快捷，還能實現自定義個性化操作。
3D打印技術為低成本、高效率地制造具有獨特結構和高性能的電池，也開辟了新途徑。“電極生產需要涂布、烘烤、錕壓、分切、卷繞或疊片等五六個制造環節，生產環節多、能耗高、占地面積大，且不具備柔性產能。” 令旗告訴《瞭望東方周刊》，與傳統技術相比，他們研發的全新一代電池3D打印設備，可實現10μm級高精度、高設計自由度的全固態電池一體化智造。
據介紹，該款設備具有廣泛的材料適配性，無需特殊改性調整，即可直接使用不同材料實現電池的一體化制造，可為電動汽車、電動航空、智能穿戴設備等領域提供更優質的電池產品。
“和傳統生產方式相比，3D 打印給電池制造帶來的優勢包括流程更加快速簡單、成本更加低廉、可定制、更智能、更安全。尤其值得一提的是，通過3D 打印一體化完成復雜電極結構的制備，還能實現低污染和低能耗。”令旗說。
瓶頸亟待突破
我國高度重視3D打印技術發展。
2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》發布，明確發展增材制造在制造業核心競爭力提升與智能制造技術發展方面的重要性，將增材制造作為未來規劃發展的重要領域。
在地方政策層面，廣東、江蘇、重慶、浙江、山東、上海、陜西等多地政府都在政策文件中明確了增材制造在整體高端制造業發展中的重要地位。
在政策的助推下，國產3D打印機不斷涌現，推動相關產業應用迅速擴大。
中國增材制造產業聯盟秘書處郭丹表示，盡管全球風投機構的投資動作不斷放緩，但國內機構對于3D打印產業的投資仍保持平穩增長。
郭丹說，2022年，我國3D打印企業融資總額達到64億元，相比2021年的48億元增長了33%。
中國工程院院士、西安交通大學機械學院原院長盧秉恒教授被稱為“中國3D打印之父”。他認為，中國3D打印技術的科研水平已居世界前列，但在工藝裝備、工程應用方面還有很大的發展空間。為此，中國3D打印技術需要制定技術發展路線圖，規劃基礎研究、產業化、工程應用的發展路線，從而使其真正產業化。
盧秉恒表示，3D打印技術為高端制造提供了新路徑。萬物皆可3D打印，要合理地運用不同的制造方式，發揮各自優勢來進行產品生產。
3D打印的發展尚存在一些瓶頸。
“在一些領域，尚需加強增強工藝與3D打印工藝的協同。但實際上，協同并不容易，有些增強措施會干擾打印過程。” 張亞梅對《瞭望東方周刊》舉例道，在3D打印建筑領域，鋼筋增強3D打印混凝土就存在明顯的問題，打印出的產品性能遠不如傳統方式生產的鋼筋增強混凝土。
此外，由于3D打印采用的是層層堆疊的建造方式，界面問題成為一個普遍難題。
“雖然技術上有解決界面問題的策略，但大尺寸打印時，往往問題較為復雜，還需要從材料、工藝等方面系統解決。” 張亞梅說。
在應用過程中，3D打印技術如何做好知識產權保護，也備受關注。對此，北京三帝科技股份有限公司創始人、董事長宗貴升在2023中國經濟傳媒大會上提出了兩個建議：一是通過融合區塊鏈技術的方式進行保護；二是在法律上對原創的知識產權申請專利保護。
“隨著3D打印技術成本的逐步下降，不少3D打印產品的價格已經接近甚至低于傳統制造的價格。我相信，五年內，3D打印技術將覆蓋大部分制造領域。” 李景元表示，未來， 3D打印技術將更好地造福人們的生活。
《瞭望東方周刊》記者史佳慶 編輯陳融雪
△上海，中國首家 3D 打印文化博物館
2023年7月12日，西北工業大學本科錄取通知書樣式發布。除體現學校航空、航天、航海的特色外，該錄取通知書還藏著一份“驚喜”。“憑錄取通知書，2023年本科新生在報到現場可以抽取專屬盲盒。”學校招辦相關負責人介紹，盲盒內容包括：殲20Q·3D打印楊偉總師簽名版模型、運-20Q·3D打印唐長紅總師簽名版模型、直20Q·3D打印鄧景輝總師簽名版模型等。備受學生“追捧”的3D打印，也稱增材制造，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。打印食物、打印火箭、打印汽車……萬物皆可3D打印。在數字經濟方興未艾、智能制造大行其道的背景下，3D打印產業的發展正悄然提速。
3D打印食品
近年來，在環保、健康、安全、效率的新型飲食理念指引下，創新食品3D打印迅速崛起。浙江省科技館的參觀者發現，科技館內六臺巧克力3D打印機給他們提供了更新潮的科普體驗。“參觀者有多種選擇，可以打印出宇航員、飛碟、火箭或坦克等多種造型的巧克力。”作為設備的提供方，杭州時印科技有限公司CEO李景元告訴《瞭望東方周刊》，3D打印給食物帶來更加豐富的造型、更富吸引力口感的同時，也讓參觀者更有興趣了解科技知識。
據介紹，這款“盼打”自助式巧克力3D打印機從設計、支付到打印一氣呵成，經營者無需值守，可廣泛應用于科技教育、文旅和商業綜合體等領域。在文旅類場景里，巧克力3D打印已十分常見。
中國國家版本館杭州分館文潤閣的文創空間，就給參觀者提供了3D打印“文物巧克力”的新選擇。參觀者通過微信掃碼選擇自己喜歡的模型進行現場打印，只需等待三至五分鐘，就可以打印出版本館建筑模型或者戰國越王青銅劍等以館藏文物為原型的精致巧克力。在蘇州博物館、南京博物院和云南省博物館里，參觀者可以打印出博物館藏品造型的巧克力；在上海海洋水族館里，則可以打印出海馬、魔鬼魚、鯨魚、烏龜、海豚等海洋生物造型的巧克力。“在銀泰、萬達等商業綜合體場景里，我們會結合時尚的IP內容，打造IP造型的3D食品；熱門電影上映期間，我們還會做電影里的人物造型巧克力。”李景元說。
火箭、汽車皆可打印
“目前，3D打印技術已被廣泛應用于許多領域，涉及我們日常生活中的衣食住行、航天、汽車制造、醫療、建筑等方面。”東南大學材料科學與工程學院教授張亞梅告訴《瞭望東方周刊》。2023年，當地時間3月22日，世界首枚3D打印火箭“人族一號”第三次嘗試發射，但未能成功進入軌道。美聯社報道稱，“人族一號”火箭高33.5米，85%的組成部分由3D打印而成，連火箭的發動機也由3D打印技術制造。在新能源電池、文物修復、人類器官等領域，3D打印也在不斷嘗試和實踐。
“我們的‘玲瓏’系列超微型3D打印電池，是專為植入式醫療機器人開發的定制化電池。由于醫療機器人體積小，需要的電池體積更小，目前只有3D打印技術能夠解決這種三維尺寸小于4毫米的電池一體化制造及封裝難題。”高能數造（西安）技術有限公司首席運營官令旗告訴《瞭望東方周刊》。據介紹，該公司還制作過一款體積小、續航久、放電倍率高的微型電池。借助這種3D打印電池的幫助，膠囊機器人可對人體消化道內部細節進行視頻觀測，為醫生診斷提供更加可靠細致的信息。
在安徽，合肥悠遙科技公司的輕型電動汽車——XEV-YOYO，是全球第一款車身內外飾件都使用3D打印技術量產的電動汽車；洛陽龍門石窟里，借助數字化3D打印技術，一尊流散百年的無量壽佛實現了“身首合璧”；為了讓更多人了解山東省省級非物質文化遺產保護項目萊西木偶戲，萊西木偶戲第五代傳承人姜玉濤運用3D打印制作木偶內部機關軸承，提升了木偶表演的難度和視覺效果……
2月13日，山東青島城市傳媒廣場云岡石窟藝術館，3D打印的云岡石窟第3窟，9.93米的主佛阿彌陀佛造像面部圓潤豐滿，神態超然
3D打印已經成為人們身邊的高科技，進入尋常百姓家，改變人們的生活方式。
顛覆傳統制造
在2023中關村論壇展覽會的重慶展區內，一臺3D打印設備引來群眾紛紛駐足。
這臺可實現2微米超高精度3D打印的精密設備，來自重慶摩方精密科技股份有限公司。
據了解，該款3D打印設備采用了面投影微立體光刻技術，使用了高精度紫外光刻投影系統——將需打印的模型分層投影至樹脂液面，即可快速微立體成型，實現從數字模型加工成三維復雜的工業樣件。
與傳統打印技術相比， 3D打印因有立體構型，需事先用計算機輔助設計軟件創建三維模型，然后把原料裝入機身，通過計算機控制，用激光注射器將原料一層一層累積起來，把計算機上的藍圖變成實物。整個過程中，計算機會自動計算每個步驟的尺寸和位置，確保制造之物的精準。
“3D打印技術相對于傳統的制造技術，其突出的優勢是不需要模板，可以直接通過打印機進行逐層打印堆疊，從而實現制造。” 張亞梅告訴《瞭望東方周刊》，這種先進的工藝，對于各種異形構件或者器件的生產而言，優勢尤為明顯。
“首先是不需要模板，實現了設計的自由；其次是可以直接打印，既節省了模板材料，也節省了人工，提高了制造效率。” 張亞梅稱，目前，全球范圍都存在制造工人短缺的問題，而3D打印制造技術很好地解決了這一社會性難題。
“購入3D打印機后，以前需要六萬元購買的機器配件，現在幾百元就可以打印出來。”走進億滋（蘇州）食品有限公司的燈塔工廠，廠長李云龍對《瞭望東方周刊》說，以前論件買零件，現在按斤買塑料線，工廠已節省了數百萬元（人民幣）。
“傳統的烘焙類產品，人們都是用手工制作。現在，我們可以通過數字化方式將其呈現。”李景元表示，一臺食品3D打印機可以做20多種不同類型食品——把食材配方做成打印“墨水”，輸入食譜，按下按鈕，余下的烹制可以全交給程序。
據李景元介紹，食品3D打印機工作的原理是將原材料通過一定的溫度融化，利用高通量3D打印噴嘴從底部開始一層層堆積成型，實現高立體效果。食品3D打印機可打印出消費者喜歡的不同形態產品，不僅方便快捷，還能實現自定義個性化操作。
3D打印技術為低成本、高效率地制造具有獨特結構和高性能的電池，也開辟了新途徑。“電極生產需要涂布、烘烤、錕壓、分切、卷繞或疊片等五六個制造環節，生產環節多、能耗高、占地面積大，且不具備柔性產能。” 令旗告訴《瞭望東方周刊》，與傳統技術相比，他們研發的全新一代電池3D打印設備，可實現10μm級高精度、高設計自由度的全固態電池一體化智造。
據介紹，該款設備具有廣泛的材料適配性，無需特殊改性調整，即可直接使用不同材料實現電池的一體化制造，可為電動汽車、電動航空、智能穿戴設備等領域提供更優質的電池產品。
“和傳統生產方式相比，3D 打印給電池制造帶來的優勢包括流程更加快速簡單、成本更加低廉、可定制、更智能、更安全。尤其值得一提的是，通過3D 打印一體化完成復雜電極結構的制備，還能實現低污染和低能耗。”令旗說。
瓶頸亟待突破
我國高度重視3D打印技術發展。
2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》發布，明確發展增材制造在制造業核心競爭力提升與智能制造技術發展方面的重要性，將增材制造作為未來規劃發展的重要領域。
在地方政策層面，廣東、江蘇、重慶、浙江、山東、上海、陜西等多地政府都在政策文件中明確了增材制造在整體高端制造業發展中的重要地位。
在政策的助推下，國產3D打印機不斷涌現，推動相關產業應用迅速擴大。
中國增材制造產業聯盟秘書處郭丹表示，盡管全球風投機構的投資動作不斷放緩，但國內機構對于3D打印產業的投資仍保持平穩增長。
郭丹說，2022年，我國3D打印企業融資總額達到64億元，相比2021年的48億元增長了33%。
中國工程院院士、西安交通大學機械學院原院長盧秉恒教授被稱為“中國3D打印之父”。他認為，中國3D打印技術的科研水平已居世界前列，但在工藝裝備、工程應用方面還有很大的發展空間。為此，中國3D打印技術需要制定技術發展路線圖，規劃基礎研究、產業化、工程應用的發展路線，從而使其真正產業化。
盧秉恒表示，3D打印技術為高端制造提供了新路徑。萬物皆可3D打印，要合理地運用不同的制造方式，發揮各自優勢來進行產品生產。
3D打印的發展尚存在一些瓶頸。
“在一些領域，尚需加強增強工藝與3D打印工藝的協同。但實際上，協同并不容易，有些增強措施會干擾打印過程。” 張亞梅對《瞭望東方周刊》舉例道，在3D打印建筑領域，鋼筋增強3D打印混凝土就存在明顯的問題，打印出的產品性能遠不如傳統方式生產的鋼筋增強混凝土。
此外，由于3D打印采用的是層層堆疊的建造方式，界面問題成為一個普遍難題。
“雖然技術上有解決界面問題的策略，但大尺寸打印時，往往問題較為復雜，還需要從材料、工藝等方面系統解決。” 張亞梅說。
在應用過程中，3D打印技術如何做好知識產權保護，也備受關注。對此，北京三帝科技股份有限公司創始人、董事長宗貴升在2023中國經濟傳媒大會上提出了兩個建議：一是通過融合區塊鏈技術的方式進行保護；二是在法律上對原創的知識產權申請專利保護。
“隨著3D打印技術成本的逐步下降，不少3D打印產品的價格已經接近甚至低于傳統制造的價格。我相信，五年內，3D打印技術將覆蓋大部分制造領域。” 李景元表示，未來， 3D打印技術將更好地造福人們的生活。
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