顶流黑科技，跨圈进行时
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1892年，法国人Blanther首次在公开场合提出使用层叠成型方法制作地形图的构想，这就是增材制造的基本原理。1986年，美国科学家Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。2012年，英国《经济学人》发表专题文章，称3D打印将是第三次工业革命。3D打印开始在社会普通大众中传播开来。
从诞生到现在已经跨越了3个世纪的3D打印技术，也被称为：“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。游走于现实与虚幻之间的3D打印技术，跨越历史与时间的阻隔，冲破技术与伦理的限制，正在将许许多多的不可能化为可能！图1：3D打印的服装走秀
3D打印时，软件会通过电脑辅助设计技术完成一系列数字切片，并将切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。
3D打印机与传统打印机最大的区别在于：它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
#2
航天六院7103厂，我国的大型液体火箭发动机研制生产厂，助力我国航天完成探月工程、载人航天、北斗组网、火星探测等国家重大工程的实施。
2021年6月17日，长征二号F遥十二运载火箭托举着载有三名航天员的神舟十二号载人飞船冲向太空。7103厂生产制造了该火箭所用芯一级发动机、二级发动机、助推器发动机，并采用3D打印技术制造发动机推力室隔板加强肋。
通过3D打印技术替代熔模精密铸造工艺，加强肋的制造周期缩短了75%，合格率提升至98%，成本降低了30%，实现了航天液体动力工艺技术发展和制造能力的飞速提升。
#03：俄罗斯国家技术集团，3D打印批产飞机部件
俄罗斯国家技术集团增材技术中心是俄罗斯批准的第一家为航空业进行大规模3D打印的企业。借助3D打印技术，中心可以将单个部件的生产时间从6个月缩短到3周。
增材制造的部件特点是在保持功能特性的同时使重量更轻，增加航空器的有效载荷并改善其他性能。
#04：星辰大海的征途，离不开3D打印技术的保驾护航
特斯拉CEO马斯克作为一个“科技狂人”，一直热衷于火箭的研发和建立星际空间。他所成立的SpaceX公司自2002年成立以来一直在进行实验，并取得了太空旅行的里程碑成就。在SpaceX的星际探索中，3D打印技术起到了神助攻的作用。
图7：由SpaceX自主研发升空的火箭
2017年1月，SpaceX在加州范登堡空军基地成功发射了一枚猎鹰9号火箭，火箭上含有大量的3D打印零件，包括关键的氧化剂阀体，3D打印的阀体成功操作了高压液态氧在高震动情况下的正常运行。
2021年，波音公司的3D打印部门同样保持活跃，他们建立了一个完全控制的分布式3D打印网络，直接在EOS 3D打印机上远程安全地生产零件，为飞机制造部件。
未来，3D打印在航空航天领域的应用前景令人期待。
#3
7月22日，林志颖车祸事件引发社会舆论广泛关注。车祸事故造成林志颖颜面骨折、肱骨粉碎性骨折，可能面临“毁容”风险。事故发生数日后，有消息指出林志颖可能将会接受“3D打印技术进行脸部重建”。
林志颖的颜面重建方案可能是：将面部较大一部分骨骼通过钛合金植入，另一部分较精细的骨骼通过3D打印技术重建，重建后的骨骼与肌体接触后，骨细胞可以附着生长进去，将植入物与骨骼融为一体。
这项技术在国外已经得到了成熟的发展。2015年，澳洲男子Richard Stratton就接受了3D面部重建手术，成为了人类史上第一个拥有3D打印钛合金下巴的人。
图8：脸部3维扫描图像
相较于传统修复技术，3D打印技术可以将患者的照片、CT或是磁共振的数据导入系统，由计算机完成重建工作，用钛金属或是其他高分子材料打印出正常骨骼形态，让患者直观地看见修复性效果，辅助医生进行诊断。
这是世界首例应用3D生物打印技术成功将人耳安全移植到人体的案例，标志着组织工程学向前迈出了重要一步。
图10：3D打印的耳朵模型
今年的7月11日，发表于Science的论文《Recreating the heart’s helical structure-function relationship with focused rotary jet spinning》明确指出，应用聚焦旋转喷射纺丝（FRJS）技术可以快速制造具有3D几何形状可编程排列的微/纳米纤维支架。
早在2019年，全球首例3D打印的完整心脏就已经问世。但是，通过传统3D打印方式构建心脏组织架构，打印细胞外基质组件需要数小时到数天，以原生特征尺寸（1μm）打印一颗分辨率达到胶原蛋白水平的心脏可能需要数百年。
图11：聚焦旋转喷射纺丝增材制造方法
哈佛大学的Kevin Kit Parker教授领导的研究团队开发的这项全新3D打印技术FRJS，成功解决了上述问题。
FRJS被研究团认为是一种增材制造方法，它使用离心喷射纺丝快速形成聚合物微/纳米纤维，通过受控气流进行聚焦和空间图案化。这种方法允许快速制造在三个维度上具有可编程纤维排列的结构，以重建迄今为止通过当前生物制造技术无法获得的复杂解剖结构。
图12：利用FRJS构建的心脏图像
#04：药物3D打印技术，制药界的“工业革命”
3D打印技术的出现也给儿童给药系统的开发提供了新的方向。计算机 CAD 模型可以依据实体模型离散层面的数字信息控制粘合剂的量，让药物粉末层层叠加，根据不同儿童的年龄打印出不同剂量的药片。
目前全球约有三十家机构在研究3D打印制药技术，包括德国默克、美国默沙东等药企巨头，其中已经实现技术产业化的有两家公司——美国的Aprecia和中国的三迭纪。
3D打印技术在制药全链条的前景，未来可期！
图13：第一项通过FDA审批的3D打印药物
3D打印，赋能顶尖科技变革
这一技术的难度在于，它突破了传统飞秒激光的光衍射极限，把光雕刻铌酸锂三维结构的尺寸，从传统的1μm量级首次缩小到纳米级30nm，大大提高了加工精度。
这一重大发明未来或可开辟光电芯片制造新赛道，在5G/6G通讯、光计算、人工智能等领域有广泛的应用前景。
图15：中国科学家首次获得纳米级光雕刻三维结构
基于激光的纳米打印具有高达纳米尺度的高分辨率，但它通常依赖于光聚合，并且仅限于光固化树脂。聚合物以外的功能性纳米材料的3D打印仍然具有挑战性。解决这个问题的关键就是开发超越光聚合的打印机制。
清华大学孙洪波教授和林琳涵副教授等人合作在Science上发表的文章《3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding》，成功开发了光激发诱导化学键3D纳米打印技术，无需聚合物即可实现打印。
图16：多色显示和异构印刷
文章中，以半导体量子点（QD）为例提出了一种策略，即使用光激发生成的电子-空穴对来修改QD的表面化学，以光激发诱导化学键（PEB）。
#5
#01：科技助力，让文物“起死回生”！
三星堆遗址，20世纪人类最伟大的考古发现之一，被誉为“长江文明之源”。三星堆考古的每一次“上新”，都会引起人们的广泛关注。去年3月，“三星堆遗址考古重大发现”的新闻受到广泛关注，沉睡三千年，一醒惊天下，关于三星堆文明的神秘面纱正在一点一点被揭开。
3D打印技术是指使用3D扫描仪将文物及其周边的信息数据进行搜集，然后通过3D打印机打印出一模一样的石膏模型。再利用这个打印出的石膏模型制作贴合严密、保护性强的硅胶保护套，将保护套贴合在文物上后，使用套箱的方式提取文物，对文物起到最佳保护作用。
事实上，3D打印技术早已运用于文物保护，无论是新疆龟兹石窟的复原、兵马俑、还是叙利亚Palmyra古城文物和佛像，都是3D打印技术与文物保护结合最典型的案例。
2010年，在皇家艺术学院的毕业作品展上，叙利亚设计师Nabil El-Nayal将3D打印技术运用到了他的毕业设计作品中，成为世界上第一个使用3D打印技术的服装设计师，一举成为时装界3D打印领域的拓荒者。
在风起云涌的时尚圈，设计师Iris van Herpen同样是一个喜欢用3D打印机做衣服的硬核技术控。她设计的高定系列，喜欢从视觉上抓人眼球，使每件服装都像有生命的艺术品，雕塑般的夸张廓形，流畅自然的线条，让服饰在静止的状态下也富有动感。
波士顿的新晋网红咖啡厅Jonquils Cafe & Bakery是全美首家3D打印甜品店，店里的美味蛋糕均由3D打印技术制作而成。创始人Dinara Kasko在3D打印技术的加持下，将食物演绎出了极致美学。
3D打印食品的工作方式就像常规的FDM塑料3D打印机打印丝材一样，先在电脑上设计打印出3D模具，然后将制作蛋糕的材料倒入模具，就可以精准控制蛋糕每个细节的尺寸和比例。
当蛋糕像建筑一样，不管是外型、大小、结构、比例、颜色还是质地都讲究准确，3D打印出的几何形状蛋糕，每一道弧线和棱角都能衍生出一种纯粹的方圆之美。
3D打印技术与建筑美学相融合，究竟是美好幻想，还是兼顾住房需求与环境保护的有利举措？越来越多的3D建筑打印案例正在告诉我们，这一梦想已经不再遥不可及！
TOVA，西班牙首座用泥土和3D打印机建造的建筑，是当今最可持续和最环保的建筑形式之一。建筑耗时7周完成，使用了起重机、建筑3D打印机和零耗能材料。建筑材料取自方圆50米内，整个施工过程可以实现零浪费。
2021年3月，团队又在上海宝山智慧湾科技园设计建造了一座3D打印书屋。建筑外观采用曲面形态，以混凝土材料为主，由机器人3D打印设备逐层堆叠打印。书屋形似蓝牙耳机，外墙纹理富有质感，呈棕色混凝土颜色，周边铺设3D打印地砖，不到30平方米的圆形空间可以容纳15个人在里面活动，让人仿佛置身北极。
你对3D打印技术的印象，还停留在什么时候？是影视作品中如梦如幻却又不切实际的科幻片段，还是新闻报道中离我们遥不可及的高奢科技？
殊不知，随着时光流转，3D打印技术已经走进了我们的衣食住行，融入了平常生活的方方面面，甚至飞向了碧海蓝天！
造福人类社会，是每一项尖端科技的最终归属。科技的责任和科学的情怀，将推动3D打印技术不断前行！
●陈璞院士团队招聘简章（招生特辑）