万物皆可打印

文 张立文/整理

自第一台3D打印机面世至今，3D打印技术已经走过了30多年。从生物医疗到文物修复，从食品到工业产品，随着3D打印技术日渐成熟，它可以为越来越多的行业助力，真正实现“打印万物”。

打印器官

在某些时刻，通过器官移植可以挽救一个人的生命，但想要找到配适的器官源难度较大。这一情况或许会好转。

4月15日，以色列特拉维夫大学的研究人员宣布成功用人体细胞制造出世界上首颗3D打印心脏。这颗心脏长约2厘米，和兔子的心脏大小相仿，不仅有心脏细胞，还有血管和其他支撑结构，甚至能像真实的心脏一样跳动。由于打印这颗心脏的原材料均来自患者本人的网膜组织，所以在移植器官时不会产生任何排异反应。

3D打印的心脏

除了心脏，3D打印还为骨科患者带来了希望。

近日，西北工业大学汪焰恩教授团队的3D打印活性仿生骨技术有了突破性进展，他们研制的3D打印活性仿生骨与自然骨的成分、结构、力学性能高度一致。在动物活体试验中，该技术制造的仿生骨可在生物体内“发育”，还能让自体细胞在人造骨中生长，最终使人造骨与自然骨很好地生长在一起，真正成为动物身体的一部分。

传统的骨缺损修复重建会使用金属、高分子材料，这些材料存在仿生结构不可控、力学性能不匹配、生物相容性差、无发育功能等缺点。最重要的是，这些材料无法与本体骨骼融合，往往需要二次手术取出，会对患者造成二次创伤。

3D打印的仿生骨

而3D打印的仿生骨被植入动物受体体内后能很好地发育，并最终完全长成自体骨。也就是说，患者只需经历一次手术就可以完成修复。

打印文物

从2008年的韩国崇礼门大火到2018年的巴西国家博物馆火灾，再到今年巴黎圣母院的屋顶和塔尖被烧毁，古建筑在与“火魔”的对抗中每次都损失惨重。

现在，我们可以利用3D打印、AI等技术重建这些在大火中受到损坏的文物古迹。

此前，为精确了解巴黎圣母院的内部结构，研究人员利用激光扫描技术，通过对巴黎圣母院内外的50多个位置进行定点来收集数据。基于此以及此前留存的图片、影像资料，再利用AI、3D打印等技术，复原工作难度将大大降低。

以故宫为例，前院长单霁翔曾用“AI重启紫禁城”来表达科技对建筑及文物的复原和保护意义。他在故宫内成立了一个“智能医院”，配备了3D打印、物理冷热性能等设备，为文物“做CT”，并与原有修复技术叠加，大大提高了效率。

3D打印的故宫

2015年8月，叙利亚遗迹贝尔神庙被ISIS炸毁，为让贝尔神庙的文明继续流传，多名科研人员利用神庙被毁前的2D照片创建了3D模型并实施打印，最终高度还原了神庙的巨型拱门，还在伦敦和纽约进行了展示。

当然，如果想要更进一步了解古老文明，AR/VR等技术还可以营造出一个虚拟世界，实现从画面、声音、互动等方面全方位游览古建筑。

打印美食

早在2014年，好时巧克力就已经和一家3D打印公司建立合作，生产各种3D打印糖果，用打印机代替人工，进一步精简流程。而现在，越来越多的3D打印工作室开始承接小规模的糖果打印工作。

3D打印的食品

除了糖果，3D打印还为宇航员带来了更好的食物体验。

众所周知，在太空环境中，宇航员的食物都被严格限制，他们想吃到和地球上一样的食物简直是天方夜谭。为解决这一问题，美国航空航天局资助了一项3D打印食物的项目。这家公司通过多个料盒一起工作，用面团、芝士、调料等原料打印出食物，将披萨这一美国人热爱的食物送上太空，为宇航员带来了新的饮食体验。

打印工业产品

惠普一台名叫Metal Jet的喷射成型3D打印机让工业迈进新纪元，因为这次被喷射的不是塑料，而是熔点较高的金属。

3D打印的工业产品

每一年仅汽车工业和医疗行业就能生产数十亿个金属零件，而这些零件的制造往往需要通过定制的生产线完成，这需要企业进行巨大的前期投入。

惠普的Metal Jet可以帮助企业降低成本。相较于其他技术，Metal Jet可将工作效率提升高达50倍。以汽车零件“指形从动滚轮”为例，如果使用金属注塑成型，单个零件的成本大概在2美元，而用Metal Jet生产这个零件的成本要少于2美元，而且比注塑成型的产品更轻便。

打印超材料

超材料通常是指通过人工设计结构实现，具有天然材料无法具备的超常物理特性的复合材料。目前，超材料已经成为一项非常热门且应用范围极广的前沿技术，其应用的领域包括光纤、医疗设备、航空航天、微电子、全息技术等。

最近，美国塔夫茨大学的工程师团队开发出一系列3D打印的超材料。这些超材料具有独特的微波或光学特性，这些特性超越了传统光学或电子材料所能实现的。

在这项研究中，塔夫茨大学纳米实验室的研究人员描述了一种采用3D打印、金属涂覆与蚀刻的混合制造方案，创造出波长处于微波范围、具有复杂几何结构和新功能的超材料。

例如，他们创造出微型蘑菇状结构阵列，每一个结构在茎的顶部都具有一个小型图案化的金属谐振器，这种特殊的排列能使处于特定频率的微波被吸收。

该研究对医疗诊断传感器、通信天线、成像探测器等应用都有着重要的价值。