随着《中国制造2025》计划的推出，提高制造创新能力的呼声日益高涨。如何将信息化、数控化等前沿技术加入制造业已成为热点话题，而作为一项传统制造技术的颠覆性创新，3D打印技术自问世以来一直备受瞩目。

　　在过去十年里，3D打印主要应用于原型制造，而现在随着3D打印技术的发展，真正快速的原型制造、小批量生产、大规模定制等都正变为现实。有业内人士分析，3D打印产业将迎来巨大的发展机遇，预计未来一旦达到爆发点，将出现井喷式发展。

　　据了解，3D打印技术在艺术设计、航空航天、军工、医疗和消费电子产品等多个领域都大有用武之地。接下来我们将带你一一解读：

　　艺术家3D打印个性烛台展现不可思议的平衡状态

　　德国艺术家和设计师KaiBracher一直喜欢从平衡中探索出新的表现形式。他的作品不仅仅是把3D打印作为一种创作方式，更是将其作为一种媒介来展现作品的功能性以及美观性。之前，Bracher一直与金属打交道，他对3D打印所带来的巨大可能性有深刻地认识，这也使得他创作出来的作品都能与众不同。

　　在接受采访时，Bracher也热情地描述了他的做法："多年以来，我在我的速写本上记录了很多雕塑设想，如果利用传统技术生产是非常昂贵或者说是根本不可能实现的。不过，现如今得益于快速发展的3D打印技术和先进的雕刻软件及硬件，以前只能在梦里想一下的那些雕塑设想，现在我终于能够将它们一一实现了。"

　　他创作的一系列令人印象深刻的作品都充分展示出了他出色的操纵能力，在他的创作中还展现出了他活泼的天性。比如，他最新的创作就是一个被称为StridingMan（迈步的人）的烛台，这个烛台以一个细长的身影用一种几乎不可能的姿势达到了一种不可思议地平衡状态。

　　Bracher是这样描述他创作这件作品时的情况："我经常写生、涂鸦以及寻找有趣的形状。但我最感兴趣的是人的形态，尤其是那些处于极端运动、失去平衡的状态或者至少看起来这个姿态是不可能实现的。在这个时候，就会有各种各样的想法在我的脑海里浮现，而在这种特殊情况下，我完全处于一种十分放松的状态，思路也不会拘泥于常规的形状结构。"

　　这个烛台最令人印象深刻的部分是它的平衡，这是Bracher在多年的创作生涯中的一种本能。烛台有近20厘米高，但是其底座的直径仅有4厘米。但是Bracher非常精准地找到这件作品的中心点，使得烛台上的男子以一种不可能的姿态展现出来，给观赏者一种特殊的美感。

　　3D打印制造航空部件优势明显

　　"3D打印"，即增材制造，是基于离散--堆积原理，采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术。目前最适用于高复杂度结构、极小批量航空航天等产业，被国内外公认为是对飞机、发动机等重大工业装备研制与生产具有重要影响的核心关键制造技术之一。

　　据统计，采用切削加工技术，"减法"制造的大型航空零件材料利用率非常低，平均不超过10%，同时工装模具研制成本不断上升，传统制造方法越来越不能满足需求。以美国F-22飞机中尺寸最大的钛合金整体加强框为例，材料的利用率不到4.90%。不仅如此，传统方法对制造技术及装备的要求也十分高，通常需要大规格锻坯加工及大型锻造模具制造、万吨级以上的重型液压锻造装备，制造工艺复杂，生产周期长、制造成本高。

　　相较而言，"加法"制造更能满足航空装备研制需求，通过"3D打印"高能束流增量制造技术，不但可以节省材料三分之二以上，减少数控加工时间一半以上，将研制成本，尤其是首件、小批量的研制成本大大降低。"3D打印"可将材料利用率提升至85%。GE公司曾利用"3D打印"把飞机发动机喷嘴上的20个零件合成了1个零件，提高燃油效率15%，相当于推动发动机前进了一代，而以往每开发一代发动机需要上亿欧元。

　　更重要的是，对我国而言这种新型无模敏捷制造技术也让我们在保证研制速度、加快装备更新速度方面，有了缩小与发达国家差距的新机会。

　　中航工业近年来一直致力于"3D打印"技术的研究，重点针对高端的金属材料"3D打印"技术开展技术攻关，从金属粉末到激光熔融设备，实现不同材质零件的直接制造，不少已经装机使用交付客户。

　　"3D打印"的本质是材料的熔融再凝结。树脂高分子等普通材料的打印过程一般人都能理解，但金属材料的打印就不是一般人能想象，也不是一般企业能干的。

　　制备高纯净度、高球形度、尺寸粒度可控的高品质金属粉末是"3D打印技术"及其产业化发展的首要条件。中航工业航材院"3D打印技术"中心拥有多年高温合金雾化制粉和钛合金雾化制粉技术经验，掌握了纯洁熔炼、纯净液体金属保温与导流、负压雾化、高效粉气分离等核心关键技术，配备了先进的雾化制粉设备和粉末检测分析设备，研制出高纯、低氧、粒度可控的镍基、钴基、铁基、钛基和钛铝基合金球形粉末，产品已广泛应用于"3D打印技术"领域，成为国内金属粉末的主要供应商。特别值得一提的是，中航工业航材院采用3D打印技术制备出陶瓷颗粒增强金属基复合材料、可工程应用的TiAl/Ti梯度材料，材料硬度、强度均有显著提高;打印了材料、结构、功能一体化的耐热/控热结构，结构强度、刚度、完整性显著优于传统材料制件。

　　承力多少一定程度上决定了"3D打印"在航空结构件上的应用范围。针对复杂的结构，中航工业制造所依托高能束流加工技术国家重点实验室，在国际上率先实现了电子束熔丝成形飞机钛合金次承力结构件和激光选区熔化成形大尺寸金属复杂结构功能构件的装机应用。中航工业沈阳所联合北京航空航天大学合作研发的激光快速成型钛合金大型主承力结构在飞机上成功实现应用，技术水平居世界领先。中航飞机研发中心将全三维数字化设计技术与3D打印技术相结合，"打印"出包括主起落架支柱、支臂等主承力部件的多个飞机部件，并通过材料级、静力、落震、最大载荷工况等多项试验对试验件进行了全方位测试，结果显示试验件完全满足在飞机主承力部位应用。

　　利用"3D打印"快速实物化的特性，中航工业大幅改进调整了研制生产周期和流程。中航工业光电所应用"3D打印技术"完成了机载光电探测设备的新品原理样件，实现了机载光电探测设备数字模型的快速实物验证，形成了快速设计、性能评估优化、三维虚拟装配、样机快速试制一体化闭环设计验证环境。中航工业自控所运用3D打印导航产品零件，加工周期成倍缩短，总体工作量仅为传统方式的五分之一，为零件快速试制提供了新的生产模式。中航飞机西安飞机分公司将逆向工程技术、3D打印、精密铸造和数字化测量有机结合，打通了以三维技术为核心的数字化制造链条，成功将3D打印技术应用于C919大型客机、ARJ21新支线飞机、"新舟"系列飞机等十余个型号的精密熔模铸造生产中，进行了30余项精铸件制造，完成了近3000项工装毛坯的制造，大幅提高了工装研制效率，缩短了产品研制周期。

　　在3D打印的一个重要应用方向就是修复再制造。中航工业航材院采用激光3D打印技术修复飞机起落架磨损、腐蚀缺陷，经过1600余次起落飞行，状态良好。航材院还突破3D打印技术修复飞机发动机叶片研究，使我国跻身于能用3D打印技术修复航空发动机关键件的少数国家行列。

　　"未来战舰"激光和电磁武器可3D打印实现

　　一组为英国国防行业主要公司以及英国国防部工作的科学家和工程师，正在开展一项名为"星点"的工程，其目标是确保英国军方的海洋技术仍居于世界前列。

　　用丙烯酸制造船体，它可以变为半透明，提供全方位的视野。在船上借助3D打印机制造激光和电磁武器乃至无人机群也是一种可能性。

　　该工程的目的是激励英国国防行业内最顶尖的头脑，去探索英国皇家海军最先进的状况会是什么样子的。

　　你可能已经在科幻小说中见过其中的一些设计。但这个被"星点"工程称为"无畏舰2050"的项目，其背后的一些理念在现实中已经有根基了。

　　躲避雷达识别的隐形设计已在大部分现代战舰上得以应用。美国海军正在研发激光武器以及电磁轨道炮。3D打印机已经能生产出初级无人机。

　　但这些想法的一部分很可能只能停留在制图板上，主要是由于成本的原因。获得高科技武器系统并不便宜。

　　资料图片：英国"无畏舰2050"未来战舰设想图

　　3D打印人造血管获重大突破

　　德国弗朗霍夫激光技术研究所研究人员成功利用3D打印技术制造出人造血管，这一技术突破有望广泛应用在治愈皮肤创伤、人工皮肤再造和人造器官等医学领域。

　　重大事故受伤、大面积烧伤或肿瘤切除的病人经常需要对创面皮肤进行再造，目前的医疗技术只能对皮肤表层厚度（真皮和表皮）不超过200微米进行人工再造，而对包括皮下组织的几毫米厚完整皮肤系统还不能进行再造，因为涉及到血管组织，没有血管的养分供应，超过200微米的人造皮肤就没法存活。为此，弗朗霍夫激光技术研究所牵头的跨学科团队承担了欧盟项目"ArtiVasc3D"，开发出3D打印技术制造人造血管。

　　3D打印制造血管的关键是要找到合适的打印材料，其适合作为移植血管的物理特性和生物相容性，必须与内皮和毛细血管周围细胞组织相容，以及适合于3D打印的可加工特性。为了符合这些条件，研究人员采用了喷墨打印与立体光刻相结合的方法。利用这一组合方法，他们解决了打印只有20微米厚的多孔、多分叉人造血管的关键技术。

　　人造血管多分叉结构借助于计算机的模拟设计，完全按照真实的血管结构打印。打印血管所用的材料是丙烯酸酯基的合成聚合物。这种材料可以使血管表面分布许多直径数百微米的微孔。利用这种材料，研究人员首次成功地打印出了与真实血管功能类似的人造血管。

　　这项技术为大面积烧伤等皮肤严重损伤的病人，以及因手术创伤需进行皮肤再造或血管再造的病人带来了福音。研究人员表示，这项技术不仅限于打印人造血管，还可以作为一个工具箱，以选择不同的材料、几何体和大小，用于制造多种人体组织或人体器官，未来在医学上的应用前景非常广阔。

　　3D打印高效石墨烯电池

　　在人类科技突飞猛进的今天，我们的电池技术却没有跟上来，阻碍了很多行业的发展，比如智能手机用户抱怨最多的就是电池的使用寿命，因为电池续航能力差，我们不得不每隔一段时间就给手机充一次电，此外，由于缺乏可靠的电池，电动汽车产业在过去几十年里几乎没有实质性的进步。

　　智能手机用户抱怨最多的就是电池的续航能力差

　　不过高容量的电池也许很快就会消除这个痛点，来自英国曼彻斯特城市大学的电化学与纳米技术教授CraigBanks尤为引人注目，因为他正在使用的材料是神奇的石墨烯，而他采用的技术则是当下最为火热的3D打印。

　　Banks和他的团队凭着这个项目从英国工程物理科学研究理事会那里获得了50万英镑的资助。他们正在采取类似的方法使用石墨烯油墨打印复杂的3D结构。如果成功，这将有望他们创造的电池和超级电容器的容量。

　　3D打印石墨烯油墨有望创造超级电池

　　储能系统（ESS）对于人类应对气候变化至关重要，而且由于人们已经找到了各种方法产生清洁能源，而找到一种有效地方式将该清洁能源存储起来就成了当务之急。"Banks解释说，"锂/钠离子电池和超级电容器是实现这一目标有希望的方法。这个项目将充分利用石墨烯优势--它比金属更导电--并将其应用到ESS中。我们正在努力获得一种导电油墨，它既具有石墨烯的神奇特性，又能够被3D打印。这样我们就能够很方便地操纵它形成各种结构，开发出符合我们要求的电池和超级电容器。"

　　尽管之前也有几家公司和研究团队进行过石墨烯的3D打印，不过他们依靠的只是石墨烯的混合物，或者说是半石墨烯材料。这种石墨烯是石墨烯和碳黑或石墨的混合物，它们并不具有纯石墨烯身上的所有属性，说得通俗一点也就是性能较差，跟纯石墨烯根本不能比。另外，在将其用于3D打印时，时间问题也是一大挑战，因为在打印下一层之前，上一个打印层需要被固化。考虑到通常一个3D打印对象会包括很多层，显然这个过程相当耗时。

　　"我们想出办法让其直接固化，使用紫外光照射也许可行，因为微米级别以上的物体固化总是需要很长的时间。"Banks补充说。"最理想的情况应该是，插上打印机电源，你就能够在自己的书桌上使用石墨烯打印出任何形态的结构。"