3D打印这样走进我们的生活

  在海外手工达人开设的陶艺课程上，陶艺爱好者体验济南辰坤智能公司研发的3D陶瓷打印机。

  3D打印，又称增材制造，是一种数字化制作的完整过程，通过逐层堆积材料来创建三维物体。今天，3D打印以其独特优势正向生产生活所有的领域广泛渗透，医疗、建筑、航天、工业生产、教育、文物保护等场景都能看到这项新技术的应用。

  记者选取与日常生活较近的3个场景：盖房子、看病就医、陶艺DIY，一窥新技术如何进入和改变我们的生活。

  这座约400平方米、由6间北房组成的农家院坐落在河北省故城县房庄镇宋庄村，采用“3D打印与模块化装配”的新型建造方式，在工厂将数字模型打印制作成一块块像积木一样的墙体模块，运到现场后，仅用7天就完成了整体的结构安装。

  新奇的盖房子方式在十里八乡传开了，附近村民纷纷赶来“打卡”，来自北京、上海、浙江、湖北等地和新加坡的专家也慕名而来。

  打印的房子有啥特别？记者走进这座农家小院一探究竟。在一片红砖砌体民房中，这座灰白色的院落格外出挑。面对一拨拨探访，张国烈总是热情地把来客迎进院中，“花开富贵”影壁、“祥云福鹿”雕塑、“喜鹊登梅”纹理门廊、“福寿山水”画面山墙都成了“打卡点”。

  这座民居由浙江大学建筑工程学院智能建造团队联合灵砼科技、冠力科技、山东基石增材公司产研协作共同完成。“院落采用一体化数字设计，整个房屋、院墙、廊柱等结构部件，还有花坛、地砖、假山、雕塑等景观装饰均由混凝土3D打印而成，外部雕花纹理和内部管线空腔都是在设计阶段随着结构一起做好，三维建模，所见即所得。”浙江大学建筑工程学院副教授孙晓燕介绍。

  “设计完成后，打印过程就像挤奶油，3D打印机的喷嘴在设计好的轨道上来回运行，同时‘吐’出混凝土，一层层堆叠起来，墙体模块就造好了。”孙晓燕说。记者凑近仔细观看，灰白色的混凝土墙体表层带有一层层约1厘米厚的纹理，还利用墙面凹凸形成颇具艺术感的花纹。

  “设计之初就最大限度地考虑了如何利用墙体空腔解决保温隔热隔声等功能和结构抗震抗灾的配筋需求，保温性能好，烧天然气取暖，比住普通房屋更省，结构强度也更高。”浙江大学智能建造与工程管理研究所所长王海龙教授说，“还用上了固废低碳混凝土，更绿色环保。”

  造价如何？“这座院子建设成本为30万元左右，和农村普通的砖混房建造成本接近，附近几个村的农户也想着在自己家‘打印’一套。”故城县农业农村局副局长张延安表示，“现在农村盖房子经常面临用工短缺，3D打印为美丽乡村建设提供了新思路，我们计划在更大范围内推广。”

  “从2013年起就致力于数字建造技术探讨研究，用2年时间摸清了打印混凝土的性能调控，又逐步攻克打印设备、配筋增强技术和打印建造技术等，团队至今已取得3D打印材料、装备、结构、施工方法国内外发明专利30余项，设备和技术也出口到了国外。”王海龙说。

  甘肃火星1号基地太空舱酒店、香港景观座椅、沙特阿拉伯大型别墅……该团队的3D打印建筑物已在多地亮相。“除了推进更多项目落地，我们正探索水下和太空等场景的3D打印技术，并取得积极进展。”孙晓燕说，“增材智能建造的国际标准不久前发布，这在某种程度上预示着替代传统建造的步伐将会加快。希望在不久的将来，能像科幻电影里那样，在海底和太空实现远程无人智能建造。”

  上海交通大学医学院附属第九人民医院10号楼5层，3D打印接诊中心的一个房间里，大大小小的人体骨骼和关节3D打印模型静置在陈列架上。有的模型上有醒目的绿色物体，那是特意标识的患者真实肿瘤形态。“就像开车看导航一样。”该院骨科主任医师郝永强说，“应用于手术设计的病变模型属于3D打印医学应用的第一个层次。有了这个模型，肿瘤多大、长在什么位置，与周围脏器、血管神经等之间是啥关系等等一目了然，既减少手术时间，也能帮助年轻医生更快成长。”

  治疗骨科疾病多半就是在和骨缺损战斗。小的缺损人体可以自我修复，到某些特定的程度只能借助人工解决，植入的骨填充块就是解决方法之一。“世界上没有两片完全相同的树叶，也没有两个人的关节或骨缺损的情况是完全一样的。”郝永强说，“过去，同一款人工关节假体形态基本一致，仅有少数几种尺寸差异，后来随着设计改进，组成假体的部件有多种规格，连接部有了更多的调节接口，但即便如此，效果仍不理想。”

  3D打印的应用，实现了骨科手术由削足适履到量体裁“骨”的精准化治疗。搭载人体细胞、细胞因子的生物打印活性组织或器官，则代表了3D打印医学应用的最高层次。

  郝永强清楚地记得两年前一位16岁女孩由母亲陪同来向他求助。当时，这名患者饱受左小腿疼痛困扰，连走路都成问题——临床诊断为“左胫骨近端肿瘤”。

  “切除肿瘤会引致骨缺损，传统的治疗方法采用自体骨或异体骨移植，都存在一定风险或缺陷，如二次手术创伤、疾病传播、免疫排异、骨来源受限等。”郝永强说。

  看着陈列室冷冰冰的模型，听着让人一头雾水的术语，患者和家属都有点蒙，但郝永强还是说服他们，同意采用一项新技术——那是中国科学家开创的“生物3D打印活性骨修复骨缺损”技术的首次应用。

  3D打印活性骨被植入缺损部位，慢慢降解并释放出搭载的患者自身的干细胞及活性生长因子，与缺损区域周围骨组织细胞相互作用，骨形态完全匹配，修复速度也大大加快。

  效果出乎患者预料。术后一个多月，这名女孩就能活动自如了，不仅回到课堂，还能上体育课。

  从医35年，在郝永强帮助下，已有成百上千名患者感受到3D打印技术的温度。“上世纪90年代，国内医生会优先选择国外的技术和产品。现在，从原材料到设备软硬件再到实施手术，我们实现了3D打印骨科手术技术和产品的完全国产化，手术成果让外国专家瞪大眼睛。”郝永强说。

  2016年上海交通大学医学3D打印创新研究中心成立，郝永强担任该中心主任。到现在，全国28个省份已成立约100家医学3D打印分中心。不仅如此，国外骨科医疗器械商抛出的橄榄枝也让郝永强意识到，应该到国外建设分中心：“我们的技术创新走到了全球前列，‘走出去’既是扩展自身影响力，也是为提升海外尤其是医疗欠发达地区患者的健康福祉出份力。”

  在古代，选矿、炼泥、定样、利坯、绘画、施釉、入窑烧瓷，数十道程序下来，往往历时数月才能制作完成。

  今天，网购好原料，用陶瓷3D打印机，使用窑炉烧制，或者更简单点，家用微波炉也能替代——刘测算出的平均时间是15分钟。

  10年前，出于个人兴趣，山东大学机械工程专业二年级学生刘研发了一款陶瓷3D打印机，在学校环保主题的创新比赛中拿了奖，后来代表学校参加全国比赛，又斩获一等奖，这些奖状一直被他悉心珍藏。

  10年间，这名获奖大学生成了济南辰坤智能科技有限公司创始人，一款产品衍生出适用于多种场景的系列新产品。“既有适合普通消费者的，也有的适合专业技术人员、公司。如用彩色釉料打印，也能实现上釉效果。”刘说。

  刘的办公室里摆满了花瓶、水杯、摆件等大大小小颜色各异的陶瓷制品，这些都是他开发的陶瓷3D打印机制作的。与其说是办公室，倒不如说更像一个陶艺DIY手工作坊。刘说：“陶瓷3D打印机大幅度的降低了艺术创作、艺术体验的成本。”

  打印出来的作品，称得上艺术品吗？这是刘经常面对的质疑。“有人说机器做出来的东西没有灵魂。”他回忆。

  最初，刘也不知道怎么反驳，直到他从用户乐此不疲的体验中找到了3D打印文创产品的价值。吉尔·泰勒是美国人，有60多岁，很喜欢陶艺，但随年纪增长，手经常不听使唤，陶艺制作让她感到有些力不从心，直到发现此公司的产品。

  泰勒在社交平台上“秀”出一件3D打印和手工配合完成的作品：那是一只站立的母狮，穿礼裙戴披肩，身姿优雅，头微微抬起，凝视远方，其中最难的裙裾就是3D打印而成的。“3D打印能够在一定程度上帮助用户摆脱禁锢、突破传统工艺的束缚，做出更加复杂多变的形态，带来更大的创作自由度。”刘说。

  可以打印的，不只是陶瓷。手办、船模、建筑模型、雕像、玩具……在文化创意领域，3D打印的应用越来越广。刘感觉到，消费级3D打印机市场上涨的速度很可观。有数据佐证了这一点：2022年中国消费级3D打印设备销量为135.18万台，较2017年增长14.4倍。

  打印速度慢、使用门槛高、产品价格高等因素一度“劝退”广大普通消费者。近年来在市场需求和技术进步共同催化下，消费级3D打印机销售价格大大下探，并叩开海外市场。

  “我们的用户大多数来源于海外，一些动手能力很强的人还会热情地提出建议帮助改进产品，很喜欢这种和用户共创的氛围。”刘说，“希望我们的产品能走进更多家庭，让人们更便利地享受动手乐趣。”

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