听说3D打印了人造卵巢？还有什么是3D打印不能做的？(2)
3D打印为制造业带来的变革
那么，3D打印到底为制造业带来了怎样的变革呢？下面的几个例子可以提供一些参考。
铸造技术，作为有着上千年历史的古老技术，堪称制造业的基石之一。中国先民们在两千年前的商代就已经掌握了大型青铜器的铸造技术，也留下了司母戊大方鼎，四羊方尊等等无价之宝。铸造技术的优点是可以形成复杂的形状，也方便制造空心形态的产品，如发动机机箱等。
图4左：司母戊大方鼎（来源网络）图4中：四羊方尊（来源网络）；图4右：四羊方尊局部，体现出铸造便于形成复杂形状的特点（来源网络）
传统铸造的通常工序是，首先利用容易成型的材料，比如石蜡，木头等，加工出一个与产品有着类似外型的母模。然后，在这个母模的四周覆盖上具有一定粘度的型砂，用机器震实后再取出母模，型砂中就会自然形成母模也就是产品的形状，这样的铸模称为砂型。最后，通过预留的浇注孔把熔融的金属液灌入砂型中，冷却后去掉周围的砂型再进行一定程度的机械加工即可。图4左：司母戊大方鼎（来源网络）图4中：四羊方尊（来源网络）；图4右：四羊方尊局部，体现出铸造便于形成复杂形状的特点（来源网络）
图5：典型的铸件生产过程，木制母模取出后形成浇注空腔（来源网络）
3D打印的出现，首先给铸造行业带来了前所未有的变革。
图6左：传统木制母模（来源网络）图6右：利用3D打印技术制成的塑料母模（来源网络）
传统工艺中的母模不需要再特意去加工了，用3D打印技术可以轻松的调整设计并实时生成母模，极大的节省了制作母模的时间和效率。好比用活字印刷代替了雕版印刷，无需因为一个制版错误就废弃整块板，可以随时方便的进行调整。同时，3D打印生成的母模可以根据具体情况选择不同的材质，对耐久度要求高的场合可以采用金属材料，对成本要求高的场合可以采取树脂材料，无论是哪种情况都不存在传统木模对温度湿度敏感，易变形寿命低的缺陷。甚至制作母模的工序都可以略过，利用3D打印技术能够直接生成铸造砂型，当然这个时候所用的原料就是可以耐高温的陶瓷了。这种3D打印砂型可以最大限度的还原铸件原本的形态，极大的提高了成品的精度和良率。
生物相关的3D打印也是该项技术的亮点应用。
比如文初提到的3D打印人造卵巢。现在，医用钛合金人工骨，人工关节等已经广泛采用了3D打印技术。首先通过CT或者核磁共振等成像技术获知患者身体的精确三维结构，然后将数据利用计算机进行处理并完成个性化设计。之后利用3D打印生成独一无二的专属人工骨，极大的提升了患者的治疗质量。
图7左：利用3D打印技术制成的人工骨（白色部分）（来源网络）；图7右：利用3D打印技术制成的隐形牙套（来源网络）
又如，3D打印在口腔医学，尤其是口腔正畸医学界也呈现星火燎原之势。时下十分流行的隐形牙套，就无法缺少3D打印技术的支持。该技术利用功能强大的行业软件，精确分析患者经过佩戴正畸牙套后牙齿的移动情况，再配合3D打印技术生产出一系列适应于不同阶段的牙套。这样的隐形牙套不影响美观，对牙齿和口腔伤害很小，并且不影响进食，患者只需要遵照电脑计算的结果定期更换牙套即可。
最后的一个例子来自于较为前沿的一项研究。美国西北大学的一个课题组上周在国际顶级期刊上发表了关于3D打印的最新研究成果，他们利用3D打印技术将明胶打印成类似于卵巢组织的结构，然后将从小鼠体内提取出的卵泡和激素生成细胞植入这种明胶骨架，得到3D打印的人工卵巢组织。该人工卵巢在移植入摘除卵巢的小鼠体内后，表现出了功能健全卵巢的特性，可以正常排卵，在小鼠经过多代繁殖后也未见后代异常（图8）。虽然离人工制造组织或者器官这样的人类终极梦想仍然遥远，3D打印还是帮助我们迈出了开拓性的一步。
图8左：将明胶用3D打印技术制成与卵巢组织类似的结构（来源网络）；图8右：人工卵巢排出的卵子繁殖出的小鼠，利用基因编辑技术，处理植入人工卵巢的卵子，繁殖后的小鼠将通体呈现荧光。绿色荧光作为标记，以便于确定小鼠确实繁殖于该人工卵巢（来源网络）
3D打印绝非完美缺陷不少
3D打印虽然在特定的领域具有独到的应用价值，目前该技术本身仍然存在诸多缺陷。
首先，3D打印可以成型的材料虽然种类日渐广泛，离我们生活较近的消费级3D打印机却只能打印塑料。这是因为无论是陶瓷成型还是金属成型，都需要极高的温度和能耗，适用于上述两种材料的激光加热和电子束加热方式，很难出现在消费级产品上。
此外，一台几千人民币的消费级电子打印机可以给你带来什么呢？笔者个人除了打印一些劣质DIY手办以外基本想不出别的点子来。
拿笔者实验室的一台加热熔融式塑料电子打印机为例，起初购买的目的是为了能制造一些实验中可能用到的小型夹具，治具等等。后来打印了一个电镀用夹具后，发现了一个严重的问题，这个塑料小零件的致密度太低，低到漏水。这是因为3D打印机在工作时都是以层为单位向上堆积，为了实现最经济的堆积，并不是整个空间都会填充上塑料。
图9左：外弱中干，年少体虚的3D打印小兔子；图9右：3D打印的逐层扫描叠层堆积构造，可见致密度相当低
这就好比建筑房屋，想让房顶不塌下来只要有几道承重墙就好了。这个例子从一个侧面说明现阶段的消费级3D打印机在性能上的表现仍然不够出色，成本和价格方面尚存大量下行空间。
在传统的重工业领域，3D打印机虽然已有一定的高光表现，仍然不能作为主流技术看待，大型零件的首选加工方式在很长一段时间内仍然会是以铸造、锻造等为代表的传统技术。
比如，C919大型客机的机翼已经有部分钛合金构件采用了3D打印技术。这固然可喜可贺，不过要说3D打印已经全面进军大型零件制造这一领域，恐怕是言之过早。
首先，即便是最为大型的金属3D打印设备，也只能制造大概一个长沙发那么大的零件。而实际工业生产中的大型零件，却远远超过这一尺寸。比如包裹核电站堆芯的压力容器，就是直径数米，高度几十米的庞然大物，且在几十年的服役期间内，不能有任何的质量隐患，目前为止也只有传统的锻造方式可以加工（图10）。
又如三峡各个机组的水轮机，每片叶轮都高达十几米，因为形状特殊，目前只能采用铸造的方式加以生产，每片叶轮价格达到两百万元。所以，我们在听取媒体关于3D打印的报道时，一定要区分真正的技术进展和商业噱头。比如所谓的3D打印蛋糕，技术上毫无新意，不过是满足公众猎奇心理的营销手段罢了。
机械制造技术的江湖上风起云涌，门派众多，各大帮会瓜分天下，目前谁也没有能力鲸吞寰宇，今后也很难有某种技术可以雄霸武林。3D打印作为其中的新生力量，虽有蓬勃奋起之势，却终无改天换日之能。
同时，我们必须要注意到3D打印得以兴盛的时代背景，那就是计算机运算能力的稳步前进和相关软件的功能提升。
3D打印技术诞生以来的30多年里，相关的材料和机电等领域并未发生革命性的重大突破，然而计算机的运算能力却提高到了当年的上千倍，并最终彻底的改变了我们的生活和生产形态，也极大地促成了3D打印技术的大发展。
一言以蔽之，3D打印仅仅是数字化浪潮中的一朵浪花，与其说是英雄造时势，不如说是时势造英雄。
(责任编辑：admin)
3D打印黄金吊坠让人们铭记
令人惊艳的3D打印喷气飞行
全球PK 3D打印PPSU，SOLVA
看3D打印自动化单元如何在
大型高精度电子结构件产品
新型防伪技术：同一束光照
用于细胞3D打印的
