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3D列印復制腿骨，她擁有了一個新的生命
上周末浙江衛視的《智造將來》欄目，請到了中國工程院戴尅戎院士，為我們介紹3D列印。
戴院士首先向大家介紹了一個頭部模型，打開上面蓋子之後，呈現給我們的是一個「摘除大腦」的血管和腫瘤模型。這是某一個特定病人的腫瘤，使用3D列印技術可以使我們排除不必要的干擾，直接將視角定位至病灶。
僅僅是便於觀察，還遠遠不夠，在第二個模型中，腫瘤的位置位於盆骨處，手術除了要將腫瘤摘除，還需要設計一個假體，將切掉的部分填補起來。最具實用性的是，所有的過程，從最開始做骨骼和腫瘤模型，到設計合適的假體，到列印出假體，到反復的手術，都可以在這個3D列印的平台上完成。
面對這樣神奇的技術，戴院士飽含熱情地對觀眾說：「作為一個外科醫生，一旦用上3D列印之後，就再也不願意和它說拜拜了。」（有癮，很大）
你以為到這里就結束了嗎？其實才剛剛開始。
前方高能
請問各位，誰能夠將腿擺出這樣的姿勢呢？而這，卻是一位不幸的女孩，整個前半生的痛苦。一歲左右，腿部就長了腫瘤。良性腫瘤雖然沒有奪去她的生命，但是發育異常的骨骼卻給予了她持續的痛苦。她頑強地像一般孩子那樣學習走路，然而卻只能用一條腿，一只腳，去跳，而這一跳就是十八年。蹦蹦跳跳本是孩子童真的標籤，那時卻成了她不得不時時觸碰的痛苦。
戴院士告訴她，最嚴重的是從膝蓋往下的這一段，膝蓋轉了60度。要想轉回來，需要切除所有的肌肉和全部的韌帶。但是切掉容易接上難，一旦切掉的韌帶和肌腱不能得到有效地修補，雖然腿不再扭曲，卻也無法支撐起來，如同風中搖曳的葦草。
這幾乎是一條絕路，而另一條絕路則是截肢。印象中，這是只有受到嚴重的外傷或者內在病變，才會考慮採取的非常手段。截肢後安上義肢，也可以部分恢復正常的行動能力，甚至可以騎自行車。但是身體發膚，誰又忍心輕易捨棄？如果小時候截肢，這些年來的痛苦會小很多，但是這麼多年都堅持下來了，這樣的希望就更是如同暗夜里的星星之火，彌足珍貴。
手術當然是有風險的，這個風險就是撲滅這保持十幾年的希望之火。制約式的人工膝關節，這個星球上僅剩的唯一可能，她和母親決定勇敢地去接受嘗試，就像當初決定不截肢，用生命去守候生活的希望時那樣堅強。
手術以後
沒有相信就沒有奇跡，雖然大家都能想到手術會成功，但是在看過之前的腿部圖片後，你或許真的不能想像，這驚世駭俗的成果。
當她還是個小女孩，生活給予她不得不勇往直前的境遇，直到9年以前，她跨過了那道「天塹」，從此一馬平川。就像主持人說的，她從小到大不選擇截肢，是因為希望有第二次生命。也像她自己說的，母親給了自己生命，而戴伯伯給生命注入了新的靈魂。「他們都是我的父母，都是給我生命的人。」
母親一直堅持，希望等到科學產生奇跡的那一天，而這辛勤的播種，最終也開出了屬於自己的花朵。
面對風險
雖然科學技術給她獻上了一株玫瑰，但是這玫瑰亦是渾身布滿尖刺。她害怕嗎？當然，但害怕不會讓她怯懦。因為比害怕更大的，是期待，期待在別人眼里平常而於她卻完全沒有體驗的人生。之前她常常「歧視」自己異常的腿，以至於洗澡之後塗抹潤膚露，都會無視它。而在手術的前一天，她一遍一遍地擦，是在補償這麼多年的虧欠，也是在寄托同樣長時間的希望。又好似荊軻刺秦前的送別，此去生死未卜，僅以杯酒相祝，何其壯烈。
3D列印技術，給了她一個無法想到的人生。
走兩步
（主人公來之前在家中意外摔倒，其實平時生活中是可以丟掉拐杖的）
了解3D列印
3D列印，是根據所設計的3D模型，通過3D列印設備逐層增加材料來製造三維產品的技術。它綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多領域的前沿技術，是快速成型技術的一種，被譽為「第三次工業革命」的核心技術。
從最早的光固化技術開始，3D列印的核心理念就是將材料一層層堆疊，最終把物體的數字建模文件轉化為真實存在的產品。這種技術極大地變革了人類的製造業，將人們從銑床這種相對傳統的機器中解放出來，無需切割和挖空金屬和塑膠等，就能得到想要的任一形狀的產品。
3D列印與傳統製造技術之間的關係
優勢1：製造複雜物品不增加成本
就傳統製造而言，物體形狀越複雜，製造成本越高。對3D列印機而言，製造形狀複雜的物品成本不增加，製造一個華麗的形狀複雜的物品並不比列印一個簡單的方塊消耗更多的時間、技能或成本。製造複雜物品而不增加成本將打破傳統的定價模式，並改變我們計算製造成本的方式。
優勢2：產品多樣化不增加成本
一台3D列印機可以列印許多形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。傳統的製造設備功能較少，做出的形狀種類有限。3D列印省去了培訓機械師或購置新設備的成本，一台3D列印機只需要不同的數字設計藍圖和一批新的原材料。
優勢3：無須組裝
3D列印能使部件一體化成型。傳統的大規模生產建立在組裝線基礎上，在現代工廠，機器生產出相同的零部件，然後由機器人或工人（甚至跨洲）組裝。產品組成部件越多，組裝耗費的時間和成本就越多。3D列印機通過分層製造可以同時列印一扇門及上面的配套鉸鏈，不需要組裝。省略組裝就縮短了供應鏈，節省在勞力力和運輸方面的花費。供應鏈越短，污染也越少。
優勢4：零時間交付
3D列印機可以按需列印。即時生產減少了企業的實物庫存，企業可以根據客戶訂單使用3D列印機製造出特別的或定制的產品滿足客戶需求，所以新的商業模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產，零時間交付式生產能最大限度地減少長途運輸的成本。
優勢5：設計空間無限
傳統製造技術和工匠製造的產品形狀有限，製造形狀的能力受制於所使用的工具。例如，傳統的木制車床只能製造圓形物品，軋機只能加工用銑刀組裝的部件，制模機僅能製造模鑄形狀。3D列印機可以突破這些局限，開辟巨大的設計空間，甚至可以製作目前可能只存在於自然界的形狀。
優勢6：零技能製造
傳統工匠需要當幾年學徒才能掌握所需要的技能。批量生產和計算機控制的製造機器降低了對技能的要求，然而傳統的製造機器仍然需要熟練的專業人員進行機器調整和校準。3D列印機從設計文件里獲得各種指示，做同樣複雜的物品，3D列印機所需要的操作技能比註塑機少。非技能製造開辟了新的商業模式，並能在遠程環境或極端情況下為人們提供新的生產方式。
優勢7：不占空間、便攜製造
就單位生產空間而言，與傳統製造機器相比，3D列印機的製造能力更強。例如，註塑機只能製造比自身小很多的物品，與此相反，3D列印機可以製造和其列印台一樣大的物品。3D列印機調試好後，列印設備可以自由移動，列印機可以製造比自身還要大的物品。較高的單位空間生產能力使得3D列印機適合家用或辦公使用，因為它們所需的物理空間小。
優勢8：減少廢棄副產品
與傳統的金屬製造技術相比，3D列印機製造金屬時產生較少的副產品。傳統金屬加工的浪費量驚人，90％的金屬原材料被丟棄在工廠車間里。3D列印製造金屬時浪費量減少。隨著列印材料的進步，「淨成形」製造可能成為更環保的加工方式。
優勢9：材料無限組合
對當今的製造機器而言，將不同原材料結合成單一產品是件難事，因為傳統的製造機器在切割或模具成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。隨著多材料3D列印技術的發展，我們有能力將不同原材料融合在一起。以前無法混合的原料混合後將形成新的材料，這些材料色調種類繁多，具有獨特的屬性或功能。
優勢10：精確的實體復制
數位音樂文件可以被無休止地復制，音頻質量並不會下降。未來，3D列印將數字精度擴展到實體世界。掃描技術和3D列印技術將共同提高實體世界和數字世界之間形態轉換的分辨率，我們可以掃描、編輯和復制實體對象，創建精確的副本或優化原件。
劣勢1：總體成本高、工時長
3D列印仍是比較昂貴的技術。由於用於增材製造的材料研發難度大、而使用量不大等原因，導致3D列印製造成本較高，而製造效率不高。目前，3D列印技術在大陸主要應用於新產品研發，且製造成本高，製造效率低，製造精度尚不能令人滿意。3D列印目前並不能取代傳統製造業。在未來製造業發展中，「減材製造法仍是主流」。
劣勢2：在規模化生產方面尚不具備優勢
3D列印技術既然具有分布式生產的優點，那麼相反，在規模化生產方面就不具備優勢。目前，3D列印技術尚不具備取代傳統製造業的條件，在大批量、規模化製造等方面，高效、低成本的傳統減材製造法更勝一籌。現在看來，想用3D列印作為生產方式來取代大規模生產不太可能。且不說3D列印技術目前尚且不具備直接生產像汽車這樣複雜的混合材料產品，即使該技術在未來取得長足進步，完全列印一輛車只怕要耗時好幾個月，在成本上遠遠高於大規模生產汽車時均攤到每輛汽車上的成本。
所以，對於生產有大量剛性需求的產品來說，具有規模經濟優勢的大規模生產仍比重點放在「個性化、定制化」的3D列印生產方式更加經濟。
劣勢3：列印材料受到限制
3D列印技術的局限和瓶頸主要體現在材料上。目前，列印材料主要是塑膠、樹脂、石膏、陶瓷、砂和金屬等，能用於3D列印的材料非常有限。盡管已經開發了許多應用於3D列印的同質和異質材料，但是開發新材料的需求仍然存在，一些新的材料正在研發中。這種需求包含兩個層面，一是不僅需要對已經得到應用的材料—工藝—結構—特性關係進行深入研究，以明確其優點和限制；二是需要開發新的測試工藝和方法，以擴展可用材料的範圍。
劣勢4：精度和質量問題
由於3D列印技術固有的成型原理及發展還不完善，其列印成型零件的精度（包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度）、物理性能（如強度、剛度、耐疲勞性等）及化學性能等大多不能滿足工程實際的使用要求，不能作為功能性零件，只能做原型件使用，從而其應用將大打折扣。
而且，由於3D列印採用「分層製造，層層疊加」的增材製造工藝，層與層之間的結合再緊密，也無法和傳統模具整體澆鑄而成的零件相媲美，而零件材料的微觀組織和結構決定了零件的使用性能。
3D列印在各行業的應用
海軍艦艇
2014年7月1日美海軍採用3D列印技術製造艦艇的零件，用以提升執行航行維修任務，還能大大降低零件的成本。
太空科技
2014年9月底，首台成像望遠鏡中的全部元件都通過3D列印技術進行生產製造，這是NASA設計完成的，而且NASA是第一家採用3D列印技術製造望遠鏡的單位。
醫學領域
2014年8月，全球首例3D列印脊椎成功植入12歲男孩身上，這是由北京大學研究團隊3D列印出來的。
2016年4月17日，上海，國內第一例3D列印遺體獲得成功修復。
汽車行業
2015年7月，全球第一款3D列印超級跑車「刀鋒(Blade)」成功推出。
服裝行業
3D列印的衣服、鞋子已經問世，讓設計師的靈感有了更大的用武之地。
建築工程
2019年1月11日下午，國內第一座運用3D列印技術一次成型多維曲面的高分子材料景觀橋，正式在上海桃浦中央綠地亮相。該橋梁長15.25米、寬3.8米、高1.2米，相比在工廠里完成時，橋面進行了藝術塗裝，整座橋身呈香檳金色。
未來前景
智能製造行業是21世紀最具前景的行業之一，通過多年的發展逐漸走向成熟。隨著新的控制技術、信息技術、材料技術等不斷被廣泛應用，3D列印技術也將站上更高的層次，做到更大的價值。
未來，3D列印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等。
熱點之一：提升3D列印的速度、效率和精度，開拓並行列印、連續列印、大件列印、多材料列印的工藝方法
熱點之二：提高成品的表面質量、力學和物理性能，以做到直接面向產品的製造
熱點之三：開發更多樣的3D列印材料，如智能材料、功能梯度材料、奈米材料、非均質材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術。
3D列印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應分布化生產、設計與製造一體化的需求以及家庭日常應用的需求；軟件集成化，做到CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產控制軟件能夠無縫對接，做到設計者直接聯網控制的遠程在線製造；拓展3D列印技術在生物醫學、建築、車輛、服裝等更多行業領域的創造性應用。
Tips 如有任何合作意向或建議，請聯繫【材料+】小助手微信：13521056123。
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