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      3D打印的應用領域

      發布日期:2023-10-24 瀏覽次數:27
      海軍艦艇

      2014年7月1日,美國海軍試驗了利用3D打印等先進制造技術快速制造艦艇零件,希望借此提升執行任務速度并降低成本。

      2014年6月24日至6月26日,美海軍在作戰指揮系統活動中舉辦了第一屆制匯節,開展了一系列“打印艦艇”研討會,并在此期間向水手及其他相關人員介紹了3D打印及增材制造技術。

      美國海軍致力于未來在這方面培訓水手。采用3D打印及其他先進制造方法,能夠顯著提升執行任務速度及預備狀態,降低成本,避免從世界各地采購艦船配件。

      美國海軍作戰艦隊后勤科副科長Phil Cullom表示,考慮到成本及海軍后勤及供應鏈現存的漏洞,以及面臨的資源約束,先進制造與3D打印的應用越來越廣,他們設想了一個由技術嫻熟的水手支持的先進制造商的全球網絡,找出問題并制造產品。

      航天科技

      2014年9月底,NASA預計將完成首臺成像望遠鏡,所有元件基本全部通過3D打印技術制造。NASA也因此成為首家嘗試使用3D打印技術制造整臺儀器的單位。

      這款太空望遠鏡功能齊全,其50.8毫米的攝像頭使其能夠放進立方體衛星(CubeSat,一款微型衛星)當中。據了解,這款太空望遠鏡的外管、外擋板及光學鏡架全部作為單獨的結構直接打印而成,只有鏡面和鏡頭尚未實現。該儀器將于2015年開展震動和熱真空測試。

      這款長50.8毫米的望遠鏡將全部由鋁和鈦制成,而且只需通過3D打印技術制造4個零件即可,相比而言,傳統制造方法所需的零件數是3D打印的5-10倍。此外,在3D打印的望遠鏡中,可將用來減少望遠鏡中雜散光的儀器擋板做成帶有角度的樣式,這是傳統制作方法在一個零件中所無法實現的。

      3D打印火箭噴射器的測試

      2014年8月31日,美國宇航局的工程師們剛剛完成了3D打印火箭噴射器的測試,本項研究在于提高火箭發動機某個組件的性能,由于噴射器內液態氧和氣態氫一起混合反應,這里的燃燒溫度可達到6000華氏度,大約為3315攝氏度,可產生2萬磅的推力,約為9噸左右,驗證了3D打印技術在火箭發動機制造上的可行性。本項測試工作位于阿拉巴馬亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心,這里擁有較為完善的火箭發動機測試條件,工程師可驗證3D打印部件在點火環境中的性能。

      制造火箭發動機的噴射器需要精度較高的加工技術,如果使用3D打印技術,就可以降低制造上的復雜程度,在計算機中建立噴射器的三維圖像,打印的材料為金屬粉末和激光,在較高的溫度下,金屬粉末可被重新塑造成我們需要的樣子?;鸺l動機中的噴射器內有數十個噴射元件,要建造大小相似的元件需要一定的加工精度,該技術測試成功后將用于制造RS-25發動機,其作為美國宇航局未來太空發射系統的主要動力,該火箭可運載宇航員超越近地軌道,進入更遙遠的深空。馬歇爾中心的工程部主任克里斯認為3D打印技術在火箭發動機噴油器上應用只是第一步,我們的目的在于測試3D打印部件如何能徹底改變火箭的設計與制造,并提高系統的性能,更重要的是可以節省時間和成本,不太容易出現故障。本次測試中,兩具火箭噴射器進行了點火,每次5秒,設計人員創建的復雜幾何流體模型允許氧氣和氫氣充分混合,壓力為每平方英寸1400磅。

      2014年10月11日,英國一個發燒友團隊用3D打印技術制出了一枚火箭,他們還準備讓這個世界上第一個打印出來的火箭升空。該團隊于當地時間在倫敦的辦公室向媒體介紹這個世界第一架用3D打印技術制造出的火箭。團隊隊長海恩斯說,有了3D打印技術,要制造出高度復雜的形狀并不困難。就算要修改設計原型,只要在計算機輔助設計的軟件上做出修改,打印機將會做出相對的調整。這比之前的傳統制造方式方便許多。既然美國宇航局已經在使用3D打印技術制造火箭的零件,3D打印技術的前景是十分光明的。

      據介紹,這個名為“低軌道氦輔助導航”的工程項目由一家德國數據分析公司贊助。打印出的這枚火箭重3公斤,高度相當于一般成年人身高,是該團隊用4年時間、花了6000英鎊制造出來的。等一筆1.5萬英鎊的資助確定之后,他們將于今年底在新墨西哥州的美國航天港發射該火箭。一個裝滿氦的巨型氣球將把火箭提升到20000米高空,裝置在火箭里的全球定位系統將啟動火箭引擎,火箭噴射速度將達到每小時1610公里。之后,火箭上的自動駕駛系統將引導火箭回返地球,而里頭的攝像機將把整個過程拍攝下來。

      美國國家航空航天局(NASA)官網2015年4月21日報道,NASA工程人員正通過利用增材制造技術制造首個全尺寸銅合金火箭發動機零件以節約成本,NASA空間技術任務部負責人表示,這是航空航天領域3D打印技術應用的新里程碑。

      2015年6月22日報道,國營企業俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機,重3.8公斤,翼展2.4米,飛行時速可達90至100公里,續航能力1至1.5小時。

      公司發言人弗拉基米爾·庫塔霍夫介紹,公司用兩個半月實現了從概念到原型機的飛躍,實際生產耗時僅為31小時,制造成本不到20萬盧布(約合3700美元)。[18]

      2016年4月19日,中科院重慶綠色智能技術研究院3D打印技術研究中心

      對外宣布,經過該院和中科院空間應用中心兩年多的努力,并在法國波爾多完成拋物線失重飛行試驗,國內首臺空間在軌3D打印機宣告研制成功。這臺3D打印機可打印最大零部件尺寸達200×130mm,它可以幫助宇航員在失重環境下自制所需的零件,大幅提高空間站實驗的靈活性,減少空間站備品備件的種類與數量和運營成本,降低空間站對地面補給的依賴性。

      醫學領域

      3D打印肝臟模型

      日本筑波大學和大日本印刷公司組成的科研團隊2015年7月8日宣布,已研發出用3D打印機低價制作可以看清血管等內部結構的肝臟立體模型的方法。據稱,該方法如果投入應用就可以為每位患者制作模型,有助于術前確認手術順序以及向患者說明治療方法。

      這種模型是根據CT等醫療檢查獲得患者數據用3D打印機制作的。模型按照表面外側線條呈現肝臟整體形狀,詳細地再現其內部的血管和腫瘤。

      由于肝臟模型內部基本是空洞,重要血管等的位置一目了然。據稱,制作模型需要少量價格不菲的樹脂材料,使原本約30萬至40萬日元(約合人民幣1.5萬至2萬元)的制作費降到原先的三分之一以下。

      利用3D打印技術制作的內臟器官模型主要用于研究,由于價格高昂,在臨床上沒有得到普及??蒲袌F隊表示,他們一方面爭取到2016年度實現肝臟模型的實際應用,另一方面將推進對胰臟等器官模型制作技術的研發[20]。

      3D打印頭蓋骨

      2014年8月28日,46歲的周至農民胡師傅在自家蓋房子時,從3層樓墜落后砸到一堆木頭上,左腦蓋被撞碎,在當地醫院手術后,胡師傅雖然性命無損,但左腦蓋凹陷,在別人眼里成了個“半頭人”。[21]

      除了面容異于常人,事故還傷了胡師傅的視力和語言功能。醫生為幫其恢復形象,采用3D打印技術輔助設計缺損顱骨外形,設計了鈦金屬網重建缺損顱眶骨,制作出缺損的左“腦蓋”,最終實現左右對稱。[21]

      醫生稱手術約需5至10小時,除了用鈦網支撐起左邊腦蓋外,還需要從腿部取肌肉進行填補。手術后,胡師傅的容貌將恢復,至于語言功能還得術后看恢復情況。[21]

      3D打印脊椎植入人體

      2014年8月,北京大學研究團隊成功地為一名12歲男孩植入了3D打印脊椎,這屬全球首例。據了解,這位小男孩的脊椎在一次足球受傷之后長出了一顆惡性腫瘤,醫生不得不選擇移除掉腫瘤所在的脊椎。不過,這次的手術比較特殊的是,醫生并未采用傳統的脊椎移植手術,而是嘗試先進的3D打印技術。[22]

      研究人員表示,這種植入物可以跟現有骨骼非常好地結合起來,而且還能縮短病人的康復時間。由于植入的3D脊椎可以很好地跟周圍的骨骼結合在一起,所以它并不需要太多的“錨定”。此外,研究人員還在上面設立了微孔洞,它能幫助骨骼在合金之間生長,換言之,植入進去的3D打印脊椎將跟原脊柱牢牢地生長在一起,這也意味著未來不會發生松動的情況。

      3D打印手掌

      3D打印手掌治療殘疾

      2014年10月,醫生和科學家們使用3D打印技術為英國蘇格蘭一名5歲女童裝上手掌。

      這名女童名為海莉·弗雷澤,出生時左臂就有殘疾,沒有手掌,只有手腕。在醫生和科學家的合作下,為她設計了專用假肢并成功安裝。[23]

      3D打印心臟救活2周大先心病嬰兒

      2014年10月13日,紐約長老會醫院的埃米爾·巴查博士(Dr.Emile Bacha)醫生就講述了他使用3D打印的心臟救活一名2周大嬰兒的故事。這名嬰兒患有先天性心臟缺陷,它會在心臟內部制造“大量的洞”。在過去,這種類型的手術需要停掉心臟,將其打開并進行觀察,然后在很短的時間內來決定接下來應該做什么。[24]

      但有了3D打印技術之后,巴查醫生就可以在手術之前制作出心臟的模型,從而使他的團隊可以對其進行檢查,然后決定在手術當中到底應該做什么。這名嬰兒原本需要進行3-4次手術,而現在一次就夠了,這名原本被認為壽命有限的嬰兒可以過上正常的生活。[24]

      巴查醫生說,他使用了嬰兒的MRI數據和3D打印技術制作了這個心臟模型。整個制作過程共花費了數千美元,不過他預計制作價格會在未來降低。[24]

      3D打印技術能夠讓醫生提前練習,從而減少病人在手術臺上的時間。3D模型有助于減少手術步驟,使手術變得更為安全。[25]

      2015年1月,在邁阿密兒童醫院,有一位患有“完全型肺靜脈畸形引流(TAPVC)”的4歲女孩Adanelie Gonzalez,由于疾病她的呼吸困難免疫系統薄弱,如果不實施矯正手術僅能存活數周甚至數日。

      心血管外科醫生借助3D心臟模型的幫助,通過對小女孩心臟的完全復制3D模型,成功地制定出了一個復雜的矯正手術方案。最終根據方案,成功地為小女孩實施了永久手術,現在小女孩的血液恢復正常流動,身體在治療中逐漸恢復正常。

      3D打印制藥

      2015年8月5日,首款由Aprecia制藥公司采用3D打印技術制備的SPRITAM(左乙拉西坦,levetiracetam)速溶片得到美國食品藥品監督管理局(FDA)上市批準,并將于2016年正式售賣。這意味著3D打印技術繼打印人體器官后進一步向制藥領域邁進,對未來實現精準性制藥、針對性制藥有重大的意義。該款獲批上市的“左乙拉西坦速溶片”采用了Aprecia公司自主知識產權的ZipDose3D打印技術。

      通過3D打印制藥生產出來的藥片內部具有豐富的孔洞,具有極高的內表面積,故能在短時間內迅速被少量的水融化。這樣的特性給某些具有吞咽性障礙的患者帶來了福音。

      這種設想主要針對病人對藥品數量的需求問題,可以有效地減少由于藥品庫存而引發的一系列藥品發潮變質、過期等問題。事實上,3D打印制藥最重要的突破是它能進一步實現為病人量身定做藥品的夢想。

      3D打印胸腔

      最近科學家們為傳統的3D打印身體部件增添了一種鈦制的胸骨和胸腔—3D打印胸腔。

      這些3D打印部件的幸運接受者是一位54歲的西班牙人,他患有一種胸壁肉瘤,這種腫瘤形成于骨骼、軟組織和軟骨當中。醫生不得不切除病人的胸骨和部分肋骨,以此阻止癌細胞擴散。

      這些切除的部位需要找到替代品,在正常情況下所使用的金屬盤會隨著時間變得不牢固,并容易引發并發癥。澳大利亞的CSIRO公司創造了一種鈦制的胸骨和肋骨,與患者的幾何學結構完全吻合。

      CSIRO公司根據病人的CT掃描設計并制造所需的身體部件。工作人員會借助CAD軟件設計身體部分,輸入到3D打印機中。手術完成兩周后,病人就被允許離開醫院了,而且一切狀況良好。

      3D血管打印機

      2015年10月,我國863計劃3D打印血管項目取得重大突破,世界首創的3D生物血管打印機由四川藍光英諾生物科技股份有限公司成功研制問世。

      該款血管打印機性能先進,僅僅2分鐘便打出10厘米長的血管。不同于市面上現有的3D生物打印機,3D生物血管打印機可以打印出血管獨有的中空結構、多層不同種類細胞,這是世界首創。

      房屋建筑

      2014年8月,10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區內交付使用,作為當地動遷工程的辦公用房。這些“打印”的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”,按照電腦設計的圖紙和方案,經一臺大型3D打印機層層疊加噴繪而成,10幢小屋的建筑過程僅花費24小時。

      2014年9月5日,世界各地的建筑師們正在為打造全球首款3D打印房屋而競賽。3D打印房屋在住房容納能力和房屋定制方面具有意義深遠的突破。在荷蘭首都阿姆斯特丹,一個建筑師團隊已經開始制造全球首棟3D打印房屋,而且采用的建筑材料是可再生的生物基材料。這棟建筑名為“運河住宅(Canal House)”,由13間房屋組成。這個項目位于阿姆斯特丹北部運河的一塊空地上,有望3年內完工。

      在建中的“運河住宅”已經成了公共博物館,美國總統奧巴馬曾經到那里參觀。荷蘭DUS建筑師漢斯·韋爾默朗(Hans Vermeulen)在接受BI采訪時表示,他們的主要目標是“能夠提供定制的房屋?!?br />
      2014年1月,數幢使用3D打印技術建造的建筑亮相蘇州工業園區。這批建筑包括一棟面積1100平方米的別墅和一棟6層居民樓。這些建筑的墻體由大型3D打印機層層疊加噴繪而成,而打印使用的“油墨”則由建筑垃圾制成。

      2015年7月17日上午,由3D打印的模塊新材料別墅現身西安,

      建造方在三個小時完成了別墅的搭建。據建造方介紹,這座三個小時建成的精裝別墅,只要擺上家具就能拎包入住。

      汽車行業

      2014年9月15日,世界上已經出現3D打印建筑、裙帽以及珠寶等,第一輛3D打印汽車也終于面世。這輛汽車車身上靠3D打印出的部件總數為40

      只有40個零部件,建造它花費了44個小時,最低售價1.1萬英鎊(約合人民幣11萬元)。

      世界第一臺3D打印車已經問世——這輛由美國Local Motors公司設計制造、名叫“Strati”的小巧兩座家用汽車開啟了汽車行業新篇章。這款創新產品在為期六天的2014美國芝加哥國際制造技術展覽會上公開亮相。

      謂十分簡潔。充滿曲線的車身由先由黑色塑料制造,再層層包裹碳纖維以增加強度,這一制造設計尚屬首創。汽車由電池提供動力,最高時速約64公里,車內電池可供行駛190至240公里。

      盡管汽車的座椅、輪胎等可更換部件仍以傳統方式制造,但用3D制造這些零件的計劃已經提上日程。制造該轎車的車間里有一架超大的3D打印機,能打印長3米、寬1.5米、高1米的大型零件,而普通的3D打印機只能打印25立方厘米大小的東西。

      2014年10月29日,在芝加哥舉行的國際制造技術展覽會上,美國亞利桑那州的Local Motors汽車公司現場演示世界上第一款3D打印電動汽車的制造過程。這款電動汽車名為“Strati”,整個制造過程僅用了45個小時。Strati采用一體成型車身,最大速度可達到每小時40英里(約合每小時64公里),一次充電可行駛120到150英里(約合190到240公里)。Strati只有49個零部件,動力傳動系統、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動馬達和擋風玻璃采用傳統技術制造,包括底盤、儀表板、座椅和車身在內的余下部件均由3D打印機打印,所用材料為碳纖維增強熱塑性塑料。Strati的車身一體成型,由3D打印機打印,共有212層碳纖維增強熱塑性塑料。辛辛那提公司負責提供制造Strati使用的大幅面增材制造3D打印機,能夠打印3英尺×5英尺×10英尺(約合90厘米×152厘米×305厘米)的零部件。

      最近來自美國舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒(Blade)”。該公司表示此款車由一系列鋁制“節點”和碳纖維管材拼插相連,輕松組裝成汽車底盤,因此更加環保。

      Blade搭載一臺可使用汽油或壓縮天然氣為燃料的雙燃料700馬力發動機。此外由于整車質量很輕,整車質量僅為1400磅(約合0.64噸),從靜止加速到每小時60英里(96公里)僅用時兩秒,輕松躋身頂尖超跑行列。

      2015年7月,美國舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒(Blade)”。

      電子行業

      2014年11月10日,全世界首款3D打印的筆記本電腦已開始預售了,它允許任何人在自己的客廳里打印自己的設備,價格僅為傳統產品的一半。

      這款筆記本電腦名為Pi-Top,將會到2015年五月才會正式推出。但是,通過口耳相傳,它現在已在兩周內累計獲得了7.6萬英鎊的預訂單。

      服裝服飾

      許多女人深知,遇到一件很合身的衣服是很不容易的事,用3D打印機制作的衣服,可謂是解決女人們挑選服裝時遇到困境的萬能鑰匙。一個設計工作室已經成功使用3D打印技術制作出服裝,使用此技術制作出的服裝不但

      外觀新穎,而且舒適合體。

      這件裙子價格為1.9萬人民幣,制作過程中使用了2,279個印刷板塊,由3316條鏈子連接。這種被稱作“4D裙”的服裝,就像編織的衣服一樣,很容易就可以從壓縮的狀態中舒展開來。創始人之一,并擔任創意總監的杰西卡回憶說這件衣服花費了大約48個小時來印制。

      這家位于美國馬薩諸塞州的公司還編寫了一個適用于智能手機和平板電腦的應用程序,這有助于用戶調整自己的衣服。使用這個應用程序,可以改變衣服的風格和舒適性。

      無影高跟鞋

      2015年8月27日,深圳美女創客SexyCyborg發明了“無影高跟鞋”。它里面是空的,可以裝進去一套安全滲透測試工具包。

      “無影高跟鞋”足以令一些美女級黑客輕松攻破某些企業或政府機構的防御,獲取到有價值的重要信息。每只鞋里面都有一個抽屜,使用者不用脫鞋就能把它拿下來。然后再把一套滲透測試套件裝進去,其中的部件都是黑客用的裝備。[40]

      私人定制內衣

      瑞士洛桑時尚設計團隊使用3d打印技術為客戶量身定制內衣,他們設計的內衣極具想象力。設計師使用3d打印筆,通過點,圓,線的完美結合,勾畫出一個個精美的圖案。

      使用3d打印技術制作內衣,與傳統服裝行業最大的不同,是能讓設計師隨心所欲的出完成自己的作品,而不用出顧忌傳統的流水線生產,每一件3d打印的內衣都是與眾不同的,這恰恰適合內衣行業,內衣不僅要漂亮,而且要合身,3d打印的內衣能完美的結合這些,這也是3d打印的一個契機。

      制作這樣的一件3d打印內衣耗費了設計師4天的時間,這也是3d打印的問題,成本上很難下降。
      海軍艦艇

      2014年7月1日,美國海軍試驗了利用3D打印等先進制造技術快速制造艦艇零件,希望借此提升執行任務速度并降低成本。

      2014年6月24日至6月26日,美海軍在作戰指揮系統活動中舉辦了第一屆制匯節,開展了一系列“打印艦艇”研討會,并在此期間向水手及其他相關人員介紹了3D打印及增材制造技術。

      美國海軍致力于未來在這方面培訓水手。采用3D打印及其他先進制造方法,能夠顯著提升執行任務速度及預備狀態,降低成本,避免從世界各地采購艦船配件。

      美國海軍作戰艦隊后勤科副科長Phil Cullom表示,考慮到成本及海軍后勤及供應鏈現存的漏洞,以及面臨的資源約束,先進制造與3D打印的應用越來越廣,他們設想了一個由技術嫻熟的水手支持的先進制造商的全球網絡,找出問題并制造產品。

      航天科技

      2014年9月底,NASA預計將完成首臺成像望遠鏡,所有元件基本全部通過3D打印技術制造。NASA也因此成為首家嘗試使用3D打印技術制造整臺儀器的單位。

      這款太空望遠鏡功能齊全,其50.8毫米的攝像頭使其能夠放進立方體衛星(CubeSat,一款微型衛星)當中。據了解,這款太空望遠鏡的外管、外擋板及光學鏡架全部作為單獨的結構直接打印而成,只有鏡面和鏡頭尚未實現。該儀器將于2015年開展震動和熱真空測試。

      這款長50.8毫米的望遠鏡將全部由鋁和鈦制成,而且只需通過3D打印技術制造4個零件即可,相比而言,傳統制造方法所需的零件數是3D打印的5-10倍。此外,在3D打印的望遠鏡中,可將用來減少望遠鏡中雜散光的儀器擋板做成帶有角度的樣式,這是傳統制作方法在一個零件中所無法實現的。

      3D打印火箭噴射器的測試

      2014年8月31日,美國宇航局的工程師們剛剛完成了3D打印火箭噴射器的測試,本項研究在于提高火箭發動機某個組件的性能,由于噴射器內液態氧和氣態氫一起混合反應,這里的燃燒溫度可達到6000華氏度,大約為3315攝氏度,可產生2萬磅的推力,約為9噸左右,驗證了3D打印技術在火箭發動機制造上的可行性。本項測試工作位于阿拉巴馬亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心,這里擁有較為完善的火箭發動機測試條件,工程師可驗證3D打印部件在點火環境中的性能。

      制造火箭發動機的噴射器需要精度較高的加工技術,如果使用3D打印技術,就可以降低制造上的復雜程度,在計算機中建立噴射器的三維圖像,打印的材料為金屬粉末和激光,在較高的溫度下,金屬粉末可被重新塑造成我們需要的樣子?;鸺l動機中的噴射器內有數十個噴射元件,要建造大小相似的元件需要一定的加工精度,該技術測試成功后將用于制造RS-25發動機,其作為美國宇航局未來太空發射系統的主要動力,該火箭可運載宇航員超越近地軌道,進入更遙遠的深空。馬歇爾中心的工程部主任克里斯認為3D打印技術在火箭發動機噴油器上應用只是第一步,我們的目的在于測試3D打印部件如何能徹底改變火箭的設計與制造,并提高系統的性能,更重要的是可以節省時間和成本,不太容易出現故障。本次測試中,兩具火箭噴射器進行了點火,每次5秒,設計人員創建的復雜幾何流體模型允許氧氣和氫氣充分混合,壓力為每平方英寸1400磅。

      2014年10月11日,英國一個發燒友團隊用3D打印技術制出了一枚火箭,他們還準備讓這個世界上第一個打印出來的火箭升空。該團隊于當地時間在倫敦的辦公室向媒體介紹這個世界第一架用3D打印技術制造出的火箭。團隊隊長海恩斯說,有了3D打印技術,要制造出高度復雜的形狀并不困難。就算要修改設計原型,只要在計算機輔助設計的軟件上做出修改,打印機將會做出相對的調整。這比之前的傳統制造方式方便許多。既然美國宇航局已經在使用3D打印技術制造火箭的零件,3D打印技術的前景是十分光明的。

      據介紹,這個名為“低軌道氦輔助導航”的工程項目由一家德國數據分析公司贊助。打印出的這枚火箭重3公斤,高度相當于一般成年人身高,是該團隊用4年時間、花了6000英鎊制造出來的。等一筆1.5萬英鎊的資助確定之后,他們將于今年底在新墨西哥州的美國航天港發射該火箭。一個裝滿氦的巨型氣球將把火箭提升到20000米高空,裝置在火箭里的全球定位系統將啟動火箭引擎,火箭噴射速度將達到每小時1610公里。之后,火箭上的自動駕駛系統將引導火箭回返地球,而里頭的攝像機將把整個過程拍攝下來。

      美國國家航空航天局(NASA)官網2015年4月21日報道,NASA工程人員正通過利用增材制造技術制造首個全尺寸銅合金火箭發動機零件以節約成本,NASA空間技術任務部負責人表示,這是航空航天領域3D打印技術應用的新里程碑。

      2015年6月22日報道,國營企業俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機,重3.8公斤,翼展2.4米,飛行時速可達90至100公里,續航能力1至1.5小時。

      公司發言人弗拉基米爾·庫塔霍夫介紹,公司用兩個半月實現了從概念到原型機的飛躍,實際生產耗時僅為31小時,制造成本不到20萬盧布(約合3700美元)。[18]

      2016年4月19日,中科院重慶綠色智能技術研究院3D打印技術研究中心

      對外宣布,經過該院和中科院空間應用中心兩年多的努力,并在法國波爾多完成拋物線失重飛行試驗,國內首臺空間在軌3D打印機宣告研制成功。這臺3D打印機可打印最大零部件尺寸達200×130mm,它可以幫助宇航員在失重環境下自制所需的零件,大幅提高空間站實驗的靈活性,減少空間站備品備件的種類與數量和運營成本,降低空間站對地面補給的依賴性。

      醫學領域

      3D打印肝臟模型

      日本筑波大學和大日本印刷公司組成的科研團隊2015年7月8日宣布,已研發出用3D打印機低價制作可以看清血管等內部結構的肝臟立體模型的方法。據稱,該方法如果投入應用就可以為每位患者制作模型,有助于術前確認手術順序以及向患者說明治療方法。

      這種模型是根據CT等醫療檢查獲得患者數據用3D打印機制作的。模型按照表面外側線條呈現肝臟整體形狀,詳細地再現其內部的血管和腫瘤。

      由于肝臟模型內部基本是空洞,重要血管等的位置一目了然。據稱,制作模型需要少量價格不菲的樹脂材料,使原本約30萬至40萬日元(約合人民幣1.5萬至2萬元)的制作費降到原先的三分之一以下。

      利用3D打印技術制作的內臟器官模型主要用于研究,由于價格高昂,在臨床上沒有得到普及??蒲袌F隊表示,他們一方面爭取到2016年度實現肝臟模型的實際應用,另一方面將推進對胰臟等器官模型制作技術的研發[20]。

      3D打印頭蓋骨

      2014年8月28日,46歲的周至農民胡師傅在自家蓋房子時,從3層樓墜落后砸到一堆木頭上,左腦蓋被撞碎,在當地醫院手術后,胡師傅雖然性命無損,但左腦蓋凹陷,在別人眼里成了個“半頭人”。[21]

      除了面容異于常人,事故還傷了胡師傅的視力和語言功能。醫生為幫其恢復形象,采用3D打印技術輔助設計缺損顱骨外形,設計了鈦金屬網重建缺損顱眶骨,制作出缺損的左“腦蓋”,最終實現左右對稱。[21]

      醫生稱手術約需5至10小時,除了用鈦網支撐起左邊腦蓋外,還需要從腿部取肌肉進行填補。手術后,胡師傅的容貌將恢復,至于語言功能還得術后看恢復情況。[21]

      3D打印脊椎植入人體

      2014年8月,北京大學研究團隊成功地為一名12歲男孩植入了3D打印脊椎,這屬全球首例。據了解,這位小男孩的脊椎在一次足球受傷之后長出了一顆惡性腫瘤,醫生不得不選擇移除掉腫瘤所在的脊椎。不過,這次的手術比較特殊的是,醫生并未采用傳統的脊椎移植手術,而是嘗試先進的3D打印技術。[22]

      研究人員表示,這種植入物可以跟現有骨骼非常好地結合起來,而且還能縮短病人的康復時間。由于植入的3D脊椎可以很好地跟周圍的骨骼結合在一起,所以它并不需要太多的“錨定”。此外,研究人員還在上面設立了微孔洞,它能幫助骨骼在合金之間生長,換言之,植入進去的3D打印脊椎將跟原脊柱牢牢地生長在一起,這也意味著未來不會發生松動的情況。

      3D打印手掌

      3D打印手掌治療殘疾

      2014年10月,醫生和科學家們使用3D打印技術為英國蘇格蘭一名5歲女童裝上手掌。

      這名女童名為海莉·弗雷澤,出生時左臂就有殘疾,沒有手掌,只有手腕。在醫生和科學家的合作下,為她設計了專用假肢并成功安裝。[23]

      3D打印心臟救活2周大先心病嬰兒

      2014年10月13日,紐約長老會醫院的埃米爾·巴查博士(Dr.Emile Bacha)醫生就講述了他使用3D打印的心臟救活一名2周大嬰兒的故事。這名嬰兒患有先天性心臟缺陷,它會在心臟內部制造“大量的洞”。在過去,這種類型的手術需要停掉心臟,將其打開并進行觀察,然后在很短的時間內來決定接下來應該做什么。[24]

      但有了3D打印技術之后,巴查醫生就可以在手術之前制作出心臟的模型,從而使他的團隊可以對其進行檢查,然后決定在手術當中到底應該做什么。這名嬰兒原本需要進行3-4次手術,而現在一次就夠了,這名原本被認為壽命有限的嬰兒可以過上正常的生活。[24]

      巴查醫生說,他使用了嬰兒的MRI數據和3D打印技術制作了這個心臟模型。整個制作過程共花費了數千美元,不過他預計制作價格會在未來降低。[24]

      3D打印技術能夠讓醫生提前練習,從而減少病人在手術臺上的時間。3D模型有助于減少手術步驟,使手術變得更為安全。[25]

      2015年1月,在邁阿密兒童醫院,有一位患有“完全型肺靜脈畸形引流(TAPVC)”的4歲女孩Adanelie Gonzalez,由于疾病她的呼吸困難免疫系統薄弱,如果不實施矯正手術僅能存活數周甚至數日。

      心血管外科醫生借助3D心臟模型的幫助,通過對小女孩心臟的完全復制3D模型,成功地制定出了一個復雜的矯正手術方案。最終根據方案,成功地為小女孩實施了永久手術,現在小女孩的血液恢復正常流動,身體在治療中逐漸恢復正常。

      3D打印制藥

      2015年8月5日,首款由Aprecia制藥公司采用3D打印技術制備的SPRITAM(左乙拉西坦,levetiracetam)速溶片得到美國食品藥品監督管理局(FDA)上市批準,并將于2016年正式售賣。這意味著3D打印技術繼打印人體器官后進一步向制藥領域邁進,對未來實現精準性制藥、針對性制藥有重大的意義。該款獲批上市的“左乙拉西坦速溶片”采用了Aprecia公司自主知識產權的ZipDose3D打印技術。

      通過3D打印制藥生產出來的藥片內部具有豐富的孔洞,具有極高的內表面積,故能在短時間內迅速被少量的水融化。這樣的特性給某些具有吞咽性障礙的患者帶來了福音。

      這種設想主要針對病人對藥品數量的需求問題,可以有效地減少由于藥品庫存而引發的一系列藥品發潮變質、過期等問題。事實上,3D打印制藥最重要的突破是它能進一步實現為病人量身定做藥品的夢想。

      3D打印胸腔

      最近科學家們為傳統的3D打印身體部件增添了一種鈦制的胸骨和胸腔—3D打印胸腔。

      這些3D打印部件的幸運接受者是一位54歲的西班牙人,他患有一種胸壁肉瘤,這種腫瘤形成于骨骼、軟組織和軟骨當中。醫生不得不切除病人的胸骨和部分肋骨,以此阻止癌細胞擴散。

      這些切除的部位需要找到替代品,在正常情況下所使用的金屬盤會隨著時間變得不牢固,并容易引發并發癥。澳大利亞的CSIRO公司創造了一種鈦制的胸骨和肋骨,與患者的幾何學結構完全吻合。

      CSIRO公司根據病人的CT掃描設計并制造所需的身體部件。工作人員會借助CAD軟件設計身體部分,輸入到3D打印機中。手術完成兩周后,病人就被允許離開醫院了,而且一切狀況良好。

      3D血管打印機

      2015年10月,我國863計劃3D打印血管項目取得重大突破,世界首創的3D生物血管打印機由四川藍光英諾生物科技股份有限公司成功研制問世。

      該款血管打印機性能先進,僅僅2分鐘便打出10厘米長的血管。不同于市面上現有的3D生物打印機,3D生物血管打印機可以打印出血管獨有的中空結構、多層不同種類細胞,這是世界首創。

      房屋建筑

      2014年8月,10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區內交付使用,作為當地動遷工程的辦公用房。這些“打印”的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”,按照電腦設計的圖紙和方案,經一臺大型3D打印機層層疊加噴繪而成,10幢小屋的建筑過程僅花費24小時。

      2014年9月5日,世界各地的建筑師們正在為打造全球首款3D打印房屋而競賽。3D打印房屋在住房容納能力和房屋定制方面具有意義深遠的突破。在荷蘭首都阿姆斯特丹,一個建筑師團隊已經開始制造全球首棟3D打印房屋,而且采用的建筑材料是可再生的生物基材料。這棟建筑名為“運河住宅(Canal House)”,由13間房屋組成。這個項目位于阿姆斯特丹北部運河的一塊空地上,有望3年內完工。

      在建中的“運河住宅”已經成了公共博物館,美國總統奧巴馬曾經到那里參觀。荷蘭DUS建筑師漢斯·韋爾默朗(Hans Vermeulen)在接受BI采訪時表示,他們的主要目標是“能夠提供定制的房屋?!?br />
      2014年1月,數幢使用3D打印技術建造的建筑亮相蘇州工業園區。這批建筑包括一棟面積1100平方米的別墅和一棟6層居民樓。這些建筑的墻體由大型3D打印機層層疊加噴繪而成,而打印使用的“油墨”則由建筑垃圾制成。

      2015年7月17日上午,由3D打印的模塊新材料別墅現身西安,

      建造方在三個小時完成了別墅的搭建。據建造方介紹,這座三個小時建成的精裝別墅,只要擺上家具就能拎包入住。

      汽車行業

      2014年9月15日,世界上已經出現3D打印建筑、裙帽以及珠寶等,第一輛3D打印汽車也終于面世。這輛汽車車身上靠3D打印出的部件總數為40

      只有40個零部件,建造它花費了44個小時,最低售價1.1萬英鎊(約合人民幣11萬元)。

      世界第一臺3D打印車已經問世——這輛由美國Local Motors公司設計制造、名叫“Strati”的小巧兩座家用汽車開啟了汽車行業新篇章。這款創新產品在為期六天的2014美國芝加哥國際制造技術展覽會上公開亮相。

      謂十分簡潔。充滿曲線的車身由先由黑色塑料制造,再層層包裹碳纖維以增加強度,這一制造設計尚屬首創。汽車由電池提供動力,最高時速約64公里,車內電池可供行駛190至240公里。

      盡管汽車的座椅、輪胎等可更換部件仍以傳統方式制造,但用3D制造這些零件的計劃已經提上日程。制造該轎車的車間里有一架超大的3D打印機,能打印長3米、寬1.5米、高1米的大型零件,而普通的3D打印機只能打印25立方厘米大小的東西。

      2014年10月29日,在芝加哥舉行的國際制造技術展覽會上,美國亞利桑那州的Local Motors汽車公司現場演示世界上第一款3D打印電動汽車的制造過程。這款電動汽車名為“Strati”,整個制造過程僅用了45個小時。Strati采用一體成型車身,最大速度可達到每小時40英里(約合每小時64公里),一次充電可行駛120到150英里(約合190到240公里)。Strati只有49個零部件,動力傳動系統、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動馬達和擋風玻璃采用傳統技術制造,包括底盤、儀表板、座椅和車身在內的余下部件均由3D打印機打印,所用材料為碳纖維增強熱塑性塑料。Strati的車身一體成型,由3D打印機打印,共有212層碳纖維增強熱塑性塑料。辛辛那提公司負責提供制造Strati使用的大幅面增材制造3D打印機,能夠打印3英尺×5英尺×10英尺(約合90厘米×152厘米×305厘米)的零部件。

      最近來自美國舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒(Blade)”。該公司表示此款車由一系列鋁制“節點”和碳纖維管材拼插相連,輕松組裝成汽車底盤,因此更加環保。

      Blade搭載一臺可使用汽油或壓縮天然氣為燃料的雙燃料700馬力發動機。此外由于整車質量很輕,整車質量僅為1400磅(約合0.64噸),從靜止加速到每小時60英里(96公里)僅用時兩秒,輕松躋身頂尖超跑行列。

      2015年7月,美國舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒(Blade)”。

      電子行業

      2014年11月10日,全世界首款3D打印的筆記本電腦已開始預售了,它允許任何人在自己的客廳里打印自己的設備,價格僅為傳統產品的一半。

      這款筆記本電腦名為Pi-Top,將會到2015年五月才會正式推出。但是,通過口耳相傳,它現在已在兩周內累計獲得了7.6萬英鎊的預訂單。

      服裝服飾

      許多女人深知,遇到一件很合身的衣服是很不容易的事,用3D打印機制作的衣服,可謂是解決女人們挑選服裝時遇到困境的萬能鑰匙。一個設計工作室已經成功使用3D打印技術制作出服裝,使用此技術制作出的服裝不但

      外觀新穎,而且舒適合體。

      這件裙子價格為1.9萬人民幣,制作過程中使用了2,279個印刷板塊,由3316條鏈子連接。這種被稱作“4D裙”的服裝,就像編織的衣服一樣,很容易就可以從壓縮的狀態中舒展開來。創始人之一,并擔任創意總監的杰西卡回憶說這件衣服花費了大約48個小時來印制。

      這家位于美國馬薩諸塞州的公司還編寫了一個適用于智能手機和平板電腦的應用程序,這有助于用戶調整自己的衣服。使用這個應用程序,可以改變衣服的風格和舒適性。

      無影高跟鞋

      2015年8月27日,深圳美女創客SexyCyborg發明了“無影高跟鞋”。它里面是空的,可以裝進去一套安全滲透測試工具包。

      “無影高跟鞋”足以令一些美女級黑客輕松攻破某些企業或政府機構的防御,獲取到有價值的重要信息。每只鞋里面都有一個抽屜,使用者不用脫鞋就能把它拿下來。然后再把一套滲透測試套件裝進去,其中的部件都是黑客用的裝備。[40]

      私人定制內衣

      瑞士洛桑時尚設計團隊使用3d打印技術為客戶量身定制內衣,他們設計的內衣極具想象力。設計師使用3d打印筆,通過點,圓,線的完美結合,勾畫出一個個精美的圖案。

      使用3d打印技術制作內衣,與傳統服裝行業最大的不同,是能讓設計師隨心所欲的出完成自己的作品,而不用出顧忌傳統的流水線生產,每一件3d打印的內衣都是與眾不同的,這恰恰適合內衣行業,內衣不僅要漂亮,而且要合身,3d打印的內衣能完美的結合這些,這也是3d打印的一個契機。

      制作這樣的一件3d打印內衣耗費了設計師4天的時間,這也是3d打印的問題,成本上很難下降。
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