在不久前舉行的2013中關(guān)村論壇年會(huì)上，北京航空航天大學(xué)教授王華明表示，我國高性能大型金屬構(gòu)件增材制造/3D打印技術(shù)研究和應(yīng)用走在國際前列，這一技術(shù)對于提升我國重大高端裝備的研發(fā)、制造水平意義重大。未來，3D打印技術(shù)在高性能金屬材料關(guān)鍵構(gòu)件制造領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展空間。
3D打印作為一種新的制造技術(shù)，不僅是新產(chǎn)品研發(fā)的重要手段，更可提高裝備制造技術(shù)水平和性能。每種技術(shù)都有它的適用范圍。高性能金屬零件的3D打印，對重大高端裝備制造具有重要價(jià)值，因?yàn)樗芍苯由a(chǎn)裝備中的零件。
新材料和制造業(yè)密切結(jié)合，是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，其對未來的影響會(huì)越來越大。從大的領(lǐng)域說，高性能金屬構(gòu)件的增材制造，其核心就在于控制增材制造過程獲得高性能高品質(zhì)材料的構(gòu)件。基于3D打印技術(shù)的高性能金屬材料制造將為我國航空航天裝備制造業(yè)帶來比較大的價(jià)值。國家大飛機(jī)科技重大專項(xiàng)的實(shí)施，也為增材制造技術(shù)在航空工業(yè)的應(yīng)用提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。
3D打印進(jìn)入航空制造領(lǐng)域
據(jù)國資委網(wǎng)站最新消息，中國航天科工六院41所攜手國內(nèi)3D打印設(shè)備商，首次利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形點(diǎn)火藥盒殼體，并順利通過點(diǎn)火驗(yàn)證試驗(yàn)，標(biāo)志著41所已具備將3D打印技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形點(diǎn)火藥盒殼體生產(chǎn)的能力。
3D打印解決了點(diǎn)火裝置復(fù)雜三維造型“看得見、摸不著”的問題，極大縮減了研制與生產(chǎn)周期，降低了成本，減少了材料浪費(fèi)，最重要的是能夠制造出一些傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的點(diǎn)火裝置殼體外形，有效推進(jìn)了點(diǎn)火裝置設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。
就在今年7月美國航空航天局(NASA)成功試驗(yàn)了有史以來第一個(gè)3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件。用3D打印技術(shù)制造配件耗時(shí)縮短，成本降低，優(yōu)勢明顯。美國航空航天局表示，加利福尼亞州的航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)-洛克達(dá)因公司(AerojetRocketdyne)采用“選擇性激光熔化”技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一壯舉。首先，利用高能激光束將金屬粉末熔化，再根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的噴嘴三維模型將其“打印”出來。此次進(jìn)行試驗(yàn)的噴嘴尺寸要比實(shí)用的噴嘴略小，但已經(jīng)足夠進(jìn)行溫度和壓力的測試。
和傳統(tǒng)工藝相比，新技術(shù)耗時(shí)短，成本低。火箭噴嘴對尺寸的要求極為精確，過去需要一年才能完工。不過，采用“選擇型激光熔化”技術(shù)，耗時(shí)不到4個(gè)月就成功打印出噴嘴，生產(chǎn)成本也降低超過七成。美國航空航天局表示這項(xiàng)技術(shù)或可更有效的生產(chǎn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，為美國公司節(jié)省時(shí)間和金錢。3D打印技術(shù)能顯著降低零部件的生產(chǎn)時(shí)間和成本，可能帶來重大變革。
3D打印制造人體器官錢景無限
3D打印機(jī)可以用于制作人工氣管，因?yàn)?D打印機(jī)很容易生產(chǎn)可以組成器官管狀結(jié)構(gòu)的環(huán)。研究人員們使用了生物相容性塑料材料打印這種氣管，并且在小豬身上做了測試。
2012年的一月，英國外科醫(yī)生們在一名病人卡伊巴的肺部植入了一個(gè)3D打印的氣管，使他的呼吸道保持暢通。幾年之后，這個(gè)人造氣管會(huì)在體內(nèi)自行溶解，到那時(shí)候卡伊巴自身的支氣管就可以發(fā)育到能夠維持正常呼吸的水平。
密歇根大學(xué)的格倫·格林(GlennGreen)醫(yī)生和他的同事們認(rèn)為3D打印機(jī)可以用于制作人工氣管，因?yàn)?D打印機(jī)很容易生產(chǎn)可以組成器官管狀結(jié)構(gòu)的環(huán)。研究人員們使用了生物相容性塑料材料打印這種氣管，并且在小豬身上做了測試。
究團(tuán)隊(duì)先給卡伊巴的呼吸道做了CT掃描，用得到的數(shù)據(jù)打印出了一個(gè)模具。然后，他們利用這個(gè)模具制造了一個(gè)合適的、柔韌的套筒來固定呼吸道。最后一步就是將他的支氣管組織縫在這個(gè)套筒內(nèi)，該手術(shù)需要獲得美國食品及藥品管理局(U.S.FoodandDrugAdministration)的應(yīng)急使用許可。“裝上這個(gè)套筒之后，我們第一次看到他的肺動(dòng)了起來，”格林說。3D打印的醫(yī)療設(shè)備以及人體部件的應(yīng)用才剛剛起步，但是格林相信這項(xiàng)技術(shù)有著“巨大的潛力”。
用3D打印技術(shù)培育人體器官是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一大熱門，目前正不斷取得進(jìn)步。借助于這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家能夠培育出仿真度極高的人造耳朵和鼻子等面部器官。隨著研究的深入和技術(shù)的繼續(xù)進(jìn)步，他們將最終培育出可以進(jìn)行移植的人造肺以及其他器官。現(xiàn)在，維克森林大學(xué)的3D打印機(jī)已經(jīng)打印出腎臟原型。在其他一些實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家也在研究如何利用可降解支架培育人造心臟、肺部、肝臟和腎臟，讓“定制移植”成為一種可能。
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