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3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)
3D打印從開(kāi)始運(yùn)用于汽車(chē)和航天等制造業(yè)，到近幾年應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，打印出組織器官，并且協(xié)助完成手術(shù)，3D打印可謂改變了生產(chǎn)觀念。在醫(yī)療行業(yè)，3D打印人造肝臟組織、3D打印人造耳、3D打印牙冠等出現(xiàn)在人們的視野里，3D打印為器官移植提供了多一種可能，給醫(yī)療行業(yè)帶來(lái)了新的希望。下面是小編為大家收集的3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)，歡迎大家借鑒與參考，希望對(duì)大家有所幫助。
Nature Biotechnology雜志在線發(fā)表一篇文章，文章中，研究人員揭示了一種新型的3D打印技術(shù)——Integrated Tissue and Organ Printing(集成式的組織和器官打印技術(shù))，該打印技術(shù)能夠構(gòu)建出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具備功能的人耳器官、骨骼和肌肉組織，更重要的是這些組織器官融入微通道，能夠維持其繼續(xù)生長(zhǎng)形成血管、軟骨等系統(tǒng)，從而發(fā)揮功能。
本文就3D打印的現(xiàn)狀及進(jìn)展做一整理，幫助大家梳理一下該技術(shù)的進(jìn)展情況。
【1】創(chuàng)客學(xué)生利用自制3D打印牙套矯形成功!
由于3D打印技術(shù)可以快速實(shí)現(xiàn)幾乎任意的形狀，所以它在牙科領(lǐng)域中的應(yīng)用正在快速增加，因?yàn)檠揽飘a(chǎn)品是最需要個(gè)性化的。但由于研發(fā)這種東西需要相當(dāng)專業(yè)的知識(shí)和設(shè)備(如高精度3D打印機(jī))，所以到目前為止，只有達(dá)到一定規(guī)模的企業(yè)才有實(shí)力將它們做出來(lái)。不過(guò)，這種情況可能很快就會(huì)改變，因?yàn)樽罱聺晌骼砉W(xué)院學(xué)生Amos Dudley成功利用3D打印自行制作出了一個(gè)可用的牙套!
在自己的博客上，Dudley解釋了他之所以想得到一個(gè)牙套是因?yàn)樗袔最w牙彎曲的很明顯，不夠美觀。不過(guò)由于自己恰好是一名創(chuàng)客，擁有“凡事自己動(dòng)手”的固執(zhí)天性，所以他沒(méi)有去看牙醫(yī)，而是決定嘗試自行解決問(wèn)題。稍加思考后，他便想到了可行的方案，就是3D掃描自己的牙齒，再3D打印出牙套。
【2】3D打印器官新突破
美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出了一款可以打印大尺寸“活”組織的3D打印機(jī)，這些組織移植到老鼠身上后能夠長(zhǎng)時(shí)間地存活，并逐漸“融入”到了周?chē)慕M織里。這項(xiàng)新的突破使科學(xué)家距離3D打印出真正的組織乃至器官，并將其用于臨床治療又近了一步。
1986年，美國(guó)人查爾斯·赫爾(Charles Hull)發(fā)明了3D打印技術(shù)。在隨后的30年間，尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等諸多領(lǐng)域的進(jìn)展，3D打印技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。如今，你能在網(wǎng)上下載到各式各樣的3D模型文件，用3D打印機(jī)為自己打印一個(gè)小擺件。但3D打印技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止局限在給人們的生活增添一抹亮色上：設(shè)計(jì)師可以用3D打印機(jī)把自己設(shè)計(jì)的作品的模型打印出來(lái)，讓客戶有更加直觀的體驗(yàn);在工業(yè)生產(chǎn)上，有越來(lái)越多的零部件的生產(chǎn)正在使用著3D打印技術(shù)，比如，空中客車(chē)公司就宣稱其生產(chǎn)的A350 XWB機(jī)型的飛機(jī)有超過(guò)1000種零部件是用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的;科學(xué)家和醫(yī)生能夠用3D打印機(jī)根據(jù)病人的體貌特征，“定制級(jí)”地打印出各類(lèi)植入物，為病人做移植手術(shù)。
【3】3D打印助力精準(zhǔn)醫(yī)療
現(xiàn)今3D打印技術(shù)正如火如荼的滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展可圈可點(diǎn)。最大的優(yōu)勢(shì)就是3D打印技術(shù)可以依據(jù)病患的特點(diǎn)和要求真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化制造，成為輔助精準(zhǔn)醫(yī)療的有力手段。
去年美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局 (FDA)己在全球批準(zhǔn)首款完全用3D打印制作的藥片。這款名為Spritam的藥物由美國(guó)Apprecia制藥公司研制，用于治療癲癇癥患者。該藥物獲得批準(zhǔn)意味著個(gè)性化定制藥物不再是夢(mèng)想。一則可以實(shí)現(xiàn)藥物活性成分的個(gè)性化定制。再則可以實(shí)現(xiàn)劑量的個(gè)性化定制。這種一層一層的打印方法，可以把不同的涂層彼此緊密地結(jié)合一起，因此可以把某種物質(zhì)的最大劑量 ( 據(jù)制藥廠稱，最多1000毫克)置入一粒藥片中。這樣病人可以吞服少量或較小的藥片。三則可以實(shí)現(xiàn)形狀的個(gè)性化定制。這對(duì)于不喜歡吃藥的兒童來(lái)講可謂是再好不過(guò)的辦法了，通過(guò)3D打印技術(shù)打印出各種有趣的形狀，來(lái)哄寶寶吃藥。四則還可通過(guò)3D打印技術(shù)使藥物擁有特殊的微觀結(jié)構(gòu)，改善藥物的釋放行為，從而提高療效并降低副作用。如Apprecia制藥公司應(yīng)用Zipdose技術(shù)推出的可在4秒多就溶解的藥丸。
【4】倫敦醫(yī)生借助3D打印成功完成前列腺腫瘤切除手術(shù)
日前，在London Clinic私立醫(yī)院，Urology Prokar Dasgupta教授成功地為一位來(lái)自倫敦的65歲患者Alexander Spyrou先生切除了前列腺腫瘤。在這個(gè)手術(shù)中，Dasgupta使用了患者帶腫瘤的前列腺的3D打印模型。據(jù)了解，這個(gè)3D打印的前列腺是London Clinic的放射科專家Clare Allen的杰作，它為前列腺手術(shù)帶來(lái)了前所未有的變化，尤其是這個(gè)腫瘤是在一個(gè)特別重要的位置上。
Dasgupta教授解釋說(shuō)：“在此之前我通常使用機(jī)器人來(lái)做前列腺手術(shù)，這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)就是缺乏觸感。盡管你能夠以3D的方式更清楚地看到目標(biāo)，甚至可以將其放大10倍，但是你失去了最終要的東西——對(duì)它的觸覺(jué)。而對(duì)于這個(gè)病人，我能在3D模型中感覺(jué)到腫瘤，并能感覺(jué)到腫瘤是多么接近表面。通常情況下，我們會(huì)在心里想象腫瘤的位置，但是在這里，當(dāng)我遠(yuǎn)遠(yuǎn)地坐在控制臺(tái)邊通過(guò)Da Vinci機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)時(shí)，這個(gè)模型就在我的手上。這個(gè)模型能夠幫你在癌癥手術(shù)獲得更好地準(zhǔn)確性�！�
【5】2019年全球3D打印醫(yī)療市場(chǎng)銷(xiāo)售將達(dá)9.66億美元
3D打印正在多個(gè)垂直行業(yè)顛覆制造過(guò)程，尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致了更多創(chuàng)新、高效的產(chǎn)品出現(xiàn)。日前，市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Transparency Market Research在其最新的研究報(bào)告中，分析了全球3D打印醫(yī)療垂直應(yīng)用市場(chǎng)，預(yù)測(cè)從2013年至2019年該市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)15.4%。而全球3D打印醫(yī)療市場(chǎng)的總銷(xiāo)售額也將從2012年3.545億美元增至9.655億美元。該報(bào)告的題目是《3D打印在醫(yī)療應(yīng)用市場(chǎng)——全球行業(yè)分析，大小、份額、增長(zhǎng)、趨勢(shì)和預(yù)測(cè)，2013年—2019年(3DPrinting in Medical Applications Market - Global Industry Analysis， Size， Share，Growth， Trends and Forecast， 2013 - 2019)》。
該報(bào)告稱，全球3D打印技術(shù)醫(yī)療應(yīng)用市場(chǎng)主要受到一下幾個(gè)因素的推動(dòng)：各種3D打印醫(yī)療應(yīng)用不斷增加、定制化3D打印醫(yī)療產(chǎn)品的增長(zhǎng)趨勢(shì)、來(lái)自私人和政府機(jī)構(gòu)的資金、能夠擴(kuò)大醫(yī)療應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)步，以及3D打印應(yīng)用所帶來(lái)的成本和時(shí)間的縮短以及相應(yīng)的病人護(hù)理的改善等。該報(bào)告同時(shí)顯示，3D設(shè)計(jì)軟件公司的并購(gòu)也將在該市場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展中占據(jù)重要地位。然而，缺乏訓(xùn)練有素的專業(yè)人員和材料相關(guān)的問(wèn)題有可能阻礙到3D打印在醫(yī)療應(yīng)用市場(chǎng)上的擴(kuò)展。
【6】Nat Biotech：3D打印革命性進(jìn)步!打印可移植器官
在最近一項(xiàng)發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Biotechnology上的研究中，科學(xué)家首次使用3D打印機(jī)以活細(xì)胞為“墨水”制造出人類(lèi)真實(shí)大小的器官和組織。這些打印出來(lái)的機(jī)體結(jié)構(gòu)不僅足夠大足夠結(jié)實(shí)，可以用于替換機(jī)體“原裝配件”，還可以進(jìn)行個(gè)性化定制同時(shí)具有功能性。
一位研究人員表示：“這項(xiàng)技術(shù)能夠制造出穩(wěn)定的符合人類(lèi)尺寸的任意形狀的組織。如果能夠得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，這項(xiàng)技術(shù)還有望用于打印活體組織器官并進(jìn)行手術(shù)移植�！�
在此之前，生物打印技術(shù)已經(jīng)可以用于打印一些小型的或者極度簡(jiǎn)化的器官?gòu)?fù)制品——比如腦和腎臟組織，因此科學(xué)家們就可以利用這些打印器官進(jìn)行研究，部分替代實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，但直到現(xiàn)在仍然沒(méi)有研究能夠打印出大型穩(wěn)定的可以用作器官移植的活體。最大障礙之一就是如何在打印過(guò)程中保證細(xì)胞存活以及如何將維持器官運(yùn)作的所有“配件”組裝到一起，比如維持氧氣供應(yīng)的血管結(jié)構(gòu)。
【7】2分鐘可打出10厘米3D打印生物血管“成都造”全球首創(chuàng)
3日的新聞發(fā)布會(huì)上，華西都市報(bào)記者羅琴提問(wèn)成都市委常委、高新區(qū)黨工委書(shū)記吳凱。談到成都高新區(qū)加快自主示范區(qū)建設(shè)的創(chuàng)新成果時(shí)，吳凱以全球首創(chuàng)的生物血管打印機(jī)為例，展示了成都國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)的全球領(lǐng)先實(shí)力。
3D生物血管打印技術(shù)使再造器官成可能，將打印機(jī)內(nèi)裝入液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物——這是大家熟悉的3D打印技術(shù)，但在成都高新區(qū)一家生物科技股份有限公司，科技人員居然可以打印生物血管。
吳凱介紹，該公司推出了全球首創(chuàng)3D生物血管打印機(jī)，使器官再造成為可能。該技術(shù)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不久前還在全國(guó)“大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新”活動(dòng)周上亮相，引發(fā)廣泛關(guān)注。
記者了解到，僅用2分鐘，該款“成都造”3D生物血管打印機(jī)便能打出10厘米長(zhǎng)的血管，甚至還包括血管獨(dú)有的中空結(jié)構(gòu)、多層不同種類(lèi)細(xì)胞。
【8】3D打印助力神經(jīng)元損傷修復(fù)
神經(jīng)系統(tǒng)疾病一直是困擾著醫(yī)學(xué)工作者的一個(gè)難題。而這其中神經(jīng)元的損傷則是導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的重要誘因。因此，如果要治療這些疾病，如何修復(fù)受損神經(jīng)元就成為了擺在科學(xué)家面前的頭號(hào)難題。一直以來(lái)，人們都在尋找有效方法來(lái)促使受損神經(jīng)元再生，如今來(lái)自明尼蘇達(dá)大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)或許將在這一問(wèn)題上發(fā)揮意想不到的作用。
科學(xué)家們?cè)谛∈髮?shí)驗(yàn)中證實(shí)了這一想法。他們首先利用3D掃描獲得了小鼠坐骨神經(jīng)的輪廓，然后再利用3D打印技術(shù)打造出了一個(gè)內(nèi)含能夠促進(jìn)神經(jīng)元再生化學(xué)成分的硅酮類(lèi)支架。研究人員通過(guò)手術(shù)將這種支架植入到小鼠的坐骨神經(jīng)的損傷處，經(jīng)過(guò)10-12周的培養(yǎng)，小鼠受損的行動(dòng)功能獲得了明顯改善。
參與這一研究的Michael McAlpine表示，這一結(jié)果表明3D打印技術(shù)將可以為促進(jìn)復(fù)雜神經(jīng)元功能的恢復(fù)起到重要作用。此前盡管有類(lèi)似研究證明3D打印技術(shù)可以幫助線性神經(jīng)元再生，但是利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)如坐骨神經(jīng)神經(jīng)元等復(fù)雜神經(jīng)元的感知和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)尚屬首次。
【9】如何實(shí)現(xiàn)3D打印人體組織?
Aspect Biosystems位于加拿大溫哥華，是一家屢獲殊榮的生物技術(shù)初創(chuàng)公司，專門(mén)從事3D生物打印和人體組織工程。該公司生產(chǎn)的一款3D打印機(jī)，可以通過(guò)3D打印制造出具有全面生物功能的人體組織，并可被用于危險(xiǎn)或?qū)嶒?yàn)性藥物的測(cè)試中，最終還可能制造出可移植的生物打印器官。
Aspect Biosystems是由加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的一群研究人員創(chuàng)建，啟動(dòng)資金是該校的導(dǎo)師創(chuàng)業(yè)組織entrepreneurship@UBC。其獨(dú)有的生物打印技術(shù)是將活細(xì)胞材料放入液化的水凝膠，再注入3D打印機(jī)中，逐層擠壓成特定的形狀。制作出的活生物結(jié)構(gòu)將被放置起來(lái)進(jìn)行孵化和培養(yǎng)，讓其可以開(kāi)始作用，創(chuàng)造出擁有生物學(xué)功能的活體組織。
近年來(lái)，為使動(dòng)物免于再受傷害，人們對(duì)藥物測(cè)試替代方法的需求變得日益迫切。而且，動(dòng)物試驗(yàn)對(duì)許多疾病和狀況會(huì)產(chǎn)生不一致或假陽(yáng)性反應(yīng)，使得其無(wú)法在人體試驗(yàn)中進(jìn)行模擬。利用生物打印的類(lèi)人體組織進(jìn)行藥物測(cè)試，能消除動(dòng)物試驗(yàn)固有的不可靠性，并節(jié)省藥物開(kāi)發(fā)的支出。
【10】Biomaterials：3D打印腦組織 可研究腦疾病
大腦是一個(gè)極其復(fù)雜的機(jī)體結(jié)構(gòu)，其擁有大約86億的神經(jīng)細(xì)胞，目前研究者所面臨的挑戰(zhàn)就是創(chuàng)建一種臺(tái)式腦組織，這樣研究者就可以對(duì)大腦的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化研究了。近日一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Biomaterials上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，來(lái)自國(guó)外的研究人員通過(guò)模擬腦組織的結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)出了一種摻入神經(jīng)細(xì)胞的新型3D打印層狀結(jié)構(gòu)。
臺(tái)式腦組織的價(jià)值非常巨大，許多醫(yī)藥公司都花費(fèi)了數(shù)百萬(wàn)美元來(lái)檢測(cè)治療性藥物對(duì)動(dòng)物模型的反應(yīng)，目的就是在臨床試驗(yàn)中來(lái)證實(shí)新型藥物的多種作用，但他們并不確定人類(lèi)的大腦和動(dòng)物大腦到底差異性有多大�？梢跃_反應(yīng)真實(shí)大腦組織的臺(tái)式腦組織或許不僅可以幫助研究藥物效應(yīng)，而且還能幫助研究大腦障礙的發(fā)病機(jī)制，比如精神分裂癥或神經(jīng)變性的腦部疾病等。
【11】這次3D打印技術(shù)要讓Ⅰ型糖尿病患者受益啦
對(duì)于Ⅰ型糖尿病患者來(lái)說(shuō)，“胰島移植”這種實(shí)驗(yàn)性手術(shù)也許可以幫助他們解決胰島素缺乏的問(wèn)題。這種手術(shù)將健康捐獻(xiàn)者的胰島細(xì)胞移植到Ⅰ型糖尿病患者體內(nèi)，但是帶來(lái)的副作用則是患者需要終身服用免疫抑制類(lèi)藥物以防止身體對(duì)外來(lái)植入細(xì)胞產(chǎn)生排斥反應(yīng)。最近，科學(xué)家找到了一種新的辦法–利用3D打印的支架對(duì)移植胰島細(xì)胞進(jìn)行保護(hù)。這種技術(shù)展示出了巨大潛力，有望幫助Ⅰ型糖尿病患者更輕松的管理自己的疾病。
1型糖尿病患者很害怕血糖過(guò)低，因?yàn)檫@會(huì)引發(fā)一系列并發(fā)癥(低血糖癥)，包括頭暈、出汗甚至是失去知覺(jué)和死亡等。Diabetes UK數(shù)據(jù)顯示，大約1/3的Ⅰ型糖尿病患者都被低血糖癥困擾著。
為了改善胰島移植手術(shù)的成功率和提高Ⅰ型糖尿病患者的生活質(zhì)量，荷蘭特文特大學(xué)的研究人員打造了特殊的支架設(shè)備保護(hù)胰島細(xì)胞。他們的想法是利用3D打印支架設(shè)備保護(hù)胰島細(xì)胞免受患者免疫系統(tǒng)的攻擊，為其更好地發(fā)揮功能創(chuàng)造條件。
【12】Nature：3D打印器官?gòu)?fù)活記
3D打印的出現(xiàn)引起了人們?cè)谌斯て鞴俜矫鏄O大的興趣，這意味著替換甚至是提高，人類(lèi)機(jī)械。
打印的器官，例如，由新澤西的普林斯頓大學(xué)和巴爾的摩的約翰霍普金斯大學(xué)的研究者們開(kāi)發(fā)的外耳的原型將在4月15-17號(hào)紐約召開(kāi)的3D打印會(huì)議上展出。這個(gè)外耳由多種材料打印而成：水凝膠形成一個(gè)耳朵樣的支架，細(xì)胞生長(zhǎng)以形成軟骨，銀質(zhì)納米顆粒以形成觸角。這個(gè)裝置僅僅是越來(lái)越多，各種各樣3D打印的一個(gè)例子。
紐約的這次會(huì)議，號(hào)稱是該行業(yè)最大的盛會(huì)，將有大量的小工具和新奇物品的展出。但同時(shí)它也將引起對(duì)正興起的器官打印市場(chǎng)的認(rèn)真的討論。
拓展：“3D打印”發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展
一、增材制造發(fā)展歷程
增材制造又稱“3D打印”，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過(guò)模具、車(chē)銑等機(jī)械加工方式對(duì)原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，3D打印將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚�(gè)二維平面，通過(guò)對(duì)材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了制造的復(fù)雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、不需要龐大的機(jī)床、不需要眾多的人力，直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。
增材制造技術(shù)于20世紀(jì)80年代末，實(shí)現(xiàn)了根本性發(fā)展。1986年，第一家3D公司成立，20世紀(jì)90年代，GE、波音增材起步，21世紀(jì)，空客增材起步。2009年—2012年，中國(guó)商飛增材起步。21世紀(jì)開(kāi)始，隨著工藝、材料和裝備的日益成熟，增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍由模型和原型制造進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段，在航空航天等高端制造領(lǐng)域得到規(guī)模應(yīng)用。
二、增材制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)
增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)的減材制造不一樣，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)后一層一層疊加制造。能滿足其重量輕、強(qiáng)度高、幾何復(fù)雜的要求
。其逐層制造的優(yōu)勢(shì)使極其復(fù)雜的互鎖零件無(wú)需組裝便可投入使用;其產(chǎn)品研發(fā)周期短且利于減小庫(kù)存;其易變和廣闊的創(chuàng)新設(shè)計(jì)空間使個(gè)性化需求設(shè)計(jì)門(mén)檻變低。
縮短制造周期：制造速度快，成形后的零件僅需少量后續(xù)機(jī)加工，可以顯著縮短零部件的生產(chǎn)周期，滿足快速響應(yīng)要求。
復(fù)雜結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)：能輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)單一零件中材料成分的實(shí)時(shí)連續(xù)變化，使零部件的不同部位具有不同的成分和性能，是制造異質(zhì)材料的最佳工藝，大幅提升了設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。
滿足輕量化需求，減少應(yīng)力集中，增加使用壽命：優(yōu)化復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)，在保證性能的前提下，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)經(jīng)變換重新設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，從而起到減輕重量的效果。而且通過(guò)優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，能使零件的應(yīng)力呈現(xiàn)出最合理化的分布，減少疲勞裂紋產(chǎn)生的危險(xiǎn)，從而增加使用壽命。
提升零部件的性能：金屬增材制造技術(shù)能方便地加工高熔點(diǎn)、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料。金屬零件直接成形時(shí)的快速凝固特征可提高零件的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。
具有較高的設(shè)計(jì)自由度：可以構(gòu)建出其它制造工藝所不能實(shí)現(xiàn)的形狀，可以從純粹考慮功能性的方面來(lái)設(shè)計(jì)部件，且無(wú)需考慮與制造相關(guān)的限制。
多品種、小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性高：無(wú)需生產(chǎn)或裝配硬模具，且裝夾過(guò)程用時(shí)較短，因此不存在需要通過(guò)大批量生產(chǎn)才能抵消的典型的生產(chǎn)成本，提高材料利用率。
能減少裝配次數(shù)：通過(guò)增材制造所構(gòu)建的復(fù)雜形狀可以一體成形，能省去投入到裝配工序的工作量、需涉及的堅(jiān)固件、釬焊或焊接工序，還節(jié)省了為裝配操作而添加的多余表面形狀和材料，大大提升了生產(chǎn)效率。
三、增材制造主要工藝
選區(qū)激光熔化技術(shù)(SLM)，以高能激光束為能量源，對(duì)切片分層后的零件模型進(jìn)行逐層選擇性掃描、熔化、成形，最終成形復(fù)雜金屬零件。主要開(kāi)展金屬SLM工藝研究與驗(yàn)證，形成面向增材制造金屬零件的“材料-工藝-設(shè)計(jì)-測(cè)試-評(píng)價(jià)”的全流程工藝體系，解決傳統(tǒng)中小尺寸復(fù)雜金屬零件制造常見(jiàn)的設(shè)計(jì)保守、機(jī)加量大、難加工等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)減重增效。
激光熔覆沉積（LMD）技術(shù)是一種基于送粉的激光增材制造技術(shù)，它的工藝特點(diǎn)是激光照射移動(dòng)的同時(shí)，向掃描區(qū)域輸送粉末材料。針對(duì)傳統(tǒng)鈦、鋁、等金屬零件制造常見(jiàn)的機(jī)加量大、材料利用率低、設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段開(kāi)模成本高、加工過(guò)量報(bào)廢等問(wèn)題，開(kāi)展金屬LMD工藝研究與驗(yàn)證，減少材料和成本的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)零件成形，同時(shí)實(shí)現(xiàn)零件的修復(fù)和表面改性。
熔融沉積成型(FDM)技術(shù)的基本原理是將數(shù)模數(shù)據(jù)薄片化，先利用高溫將打印耗材液化，然后通過(guò)噴嘴擠壓出一個(gè)個(gè)微型液態(tài)顆粒，被擠出后迅速固化，相互形成一條線，打印頭來(lái)回運(yùn)動(dòng)形成平面，層層堆積最終完成打印零件。
選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)采用激光器作能源，將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點(diǎn)的溫度，將粉末鋪平于工作臺(tái)，激光束在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)分層截面信息進(jìn)行有選擇地?zé)Y(jié)，層層燒結(jié)成形零件。
四、航空領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃斓男枨?/p>
創(chuàng)新設(shè)計(jì)需求：采用增量制造技術(shù)，可擺脫二維制造思想的束縛，直接面向零件的三維屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，從而促進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)更新與性能優(yōu)化。3D打印技術(shù)正在改變我們的設(shè)計(jì)思維，其在設(shè)計(jì)自主性和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，使其在飛機(jī)制造業(yè)中的地位日益重要。對(duì)于3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空領(lǐng)域，已經(jīng)不再是局限于是便宜還是快的討論層面，而是研究整體性能和經(jīng)濟(jì)效益的提升所帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。
快速制造需求：采用增量制造技術(shù)，可擺脫二維制造思想的束縛，直接面向零件的三維屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，從而促進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)更新與性能優(yōu)化。3D打印技術(shù)正在改變我們的設(shè)計(jì)思維，其在設(shè)計(jì)自主性和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，使其在飛機(jī)制造業(yè)中的地位日益重要。對(duì)于3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空領(lǐng)域，已經(jīng)不再是局限于是便宜還是快的討論層面，而是研究整體性能和經(jīng)濟(jì)效益的提升所帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。
快速設(shè)計(jì)驗(yàn)證需求：縮短設(shè)計(jì)周期。在工業(yè)設(shè)計(jì)階段，3D打印技術(shù)低成本快速成型的特點(diǎn)可彌補(bǔ)傳統(tǒng)工藝制作周期長(zhǎng)，成本高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)師可以隨時(shí)打印出設(shè)計(jì)模型驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果。簡(jiǎn)化加工過(guò)程�？芍苯蛹庸こ霾糠纸Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的非受力件或受力件、艙門(mén)裝飾件等，簡(jiǎn)化加工過(guò)程。降低成本。3D打印加工過(guò)程中對(duì)材料的利用相對(duì)充分，可以顯著降低制造成本。3D打印所特有的增材制造技術(shù)則能很好的利用原材料，利用率高達(dá)90%。
五、中國(guó)商飛公司的發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃
中國(guó)商飛增材制造產(chǎn)品實(shí)踐始于2009年，通過(guò)LMD技術(shù)實(shí)現(xiàn)了C919櫞條和窗框的快速研制，并在C919翼身組合體上安裝，通過(guò)了靜力試驗(yàn)。2012年起與飛而康合作開(kāi)始SLM工藝的研發(fā)與典型件裝機(jī)認(rèn)證工作，目前應(yīng)急和服務(wù)艙門(mén)37個(gè)件，其中29個(gè)件是取證構(gòu)型，正在認(rèn)證中；2018年起開(kāi)始在非金屬增材方面投入，目前主要集中在利用FDM和SLS工藝進(jìn)行生產(chǎn)輔助應(yīng)用支持，包括ARJ21通風(fēng)窗裝飾罩和防冰排氣口堵蓋等；在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，目前主要集中在于SLM的工藝協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)，前期也做了鉸鏈臂的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了打印驗(yàn)證，通過(guò)多輪迭代零件從3.5kg減重到2.2kg，實(shí)現(xiàn)減重37%。
六、增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)，增材制造技術(shù)將面向5個(gè)“任何”持續(xù)發(fā)展。即任何領(lǐng)域，任何場(chǎng)所，任何材料，打印出任何形狀、任何數(shù)量的輕量化產(chǎn)品。例如，將太空“空間站”變?yōu)椤爸圃旃S”，通過(guò)運(yùn)載火箭“快遞”原材料、增材制造設(shè)備和機(jī)器人到其他星球，首先實(shí)現(xiàn)增材制造設(shè)備的自我復(fù)制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)基地的打印建造，為外星移民提供條件。
增材制造技術(shù)的應(yīng)用將推動(dòng)高品質(zhì)鈦粉的不斷創(chuàng)新。未來(lái)鈦粉在航空航天及汽車(chē)等領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮�，鈦的粉末成型技術(shù)將走向個(gè)性化、精密化、大型化和輕量化。受技術(shù)提高的影響，打印機(jī)的成本和價(jià)格將大幅降低，使得民用級(jí)別增材制造打印機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。
科技創(chuàng)新。為新合金材料的研究提供科研平臺(tái)，加速中國(guó)制造，基于技術(shù)革新實(shí)現(xiàn)輕量化，從而使得航空航天用構(gòu)件的制造成本大大降低。探究“3D打印+傳統(tǒng)制造”的新模式。采取創(chuàng)新的的方法，加大研究力度，不斷進(jìn)行改進(jìn)與更新;使兩種制造方式并存、互補(bǔ)。
建立航空航天及汽車(chē)等方面的增材制造輕量化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，讓增材制造產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)范化運(yùn)行。
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