从接到设计图纸，到按下“打印”按钮，一个扳手很快便制造完成了——你能想象这是航天员在零重力环境下完成的操作吗？事实上，这是太空3D打印机的首次亮相。据悉,美国国家航空航天局与美国太空制造公司已签署合同，联合开发太空3D打印系统。在不久前结束的天津第二届世界智能大会上，有研究人员表示，未来太空3D打印技术在航天智能制造领域的应用潜力巨大。

　　轰隆隆的“太空制造厂”

　　在人类探索太空过程中，设备和材料的“补给线问题”，一直阻碍着人们飞向更远空间。随着3D打印技术快速发展，实现航天器零部件的“自给自足”正在成为可能。

　　从2010年开始，美国国家航空航天局与美国太空制造公司合作，先后进行了数百次微重力环境下的试验。为支持3D打印技术的发展，美国还于2012年8月专门成立了“国家增材制造创新联盟”。2014年，世界上首台太空3D打印机搭载“龙”飞船抵达国际空间站，先后打印出一系列太空专用零部件，揭开了人类“太空制造”的序幕。

　　其实，开一家“太空制造厂”并不复杂。理念与传统打印相一致，3D打印就是以模型文件为基础，运用粉末状金属和塑料等可黏合材料，通过逐层打印来构造物体的快速成型技术。传统的3D打印技术包括分层加工、叠加成型、逐层加热等工艺流程。

　　不过，太空3D打印也不是简单的“搭积木”。每一台发射升空的3D打印机，都有一颗聪慧澎湃的“芯”。航天员通过天地通信接收地面上传的零部件数字化三维模型，经过3D打印机后期软件处理后，才能自动生成具体控制数据和打印操作代码。因此，只要天地之间不断“网”，理论上任何工具都可以由地面设计好，然后交由3D打印机完成“太空制造”。

　　近年来，太空3D打印技术得到世界各国高度重视。2016年3月，美国国家航空航天局将升级版的3D打印机运往国际空间站，在太空环境中实现了更大体积和更高分辨率的打印作业；英国伯明翰大学研制出一台能在零重力下运行的金属3D打印机；德国某研究机构也于今年在零重力环境下“打印”出了金属工具。

　　太空遨游的“得力助手”

　　上个世纪末，汇聚人类智慧的哈勃太空望远镜发射升空。由于镜面制造出现微小误差，哈勃望远镜直接沦为了“近视眼”。在当时的航天技术条件下，人们只能再进行一次航天发射，专门为哈勃望远镜安装“近视眼镜”。整个修复过程需要完成地面制造、空地运输和空间装配等操作，最终耗费4年时间和数亿美元，才使这台精密设备恢复正常。

　　如今，有了太空3D打印，哈勃望远镜遇到的“眼疾”就可以在太空就地进行“手术”。太空3D打印能将功能各异的零部件直接在外太空完成打印。众所周知，空间航天器的大小主要受限于运载器，利用太空3D打印就能搭建太空零部件制造厂，实现“太空制造”。

　　3D打印技术在航空航天领域体现出极强的应用价值和发展潜力，不仅缩短了航天产品的生产周期，降低了成本，更进一步提高了产品性能。作为一种全新的生产方式，太空3D打印制造的产品可以胜任一些传统制造工艺难以完成的工作。诸如某个部件一侧需要耐受高温、另一侧需要具备较高强度等“苛刻要求”，3D打印都可以大显身手。

　　时下人们讲究“轻装出行”，太空飞行更是如此。携带一台3D打印机进入太空，就可以省去携带数以万计零部件的巨大麻烦，只需携带几公斤重的3D打印“墨盒”就足够了。

　　此外，太空3D打印技术更可大幅度降低太空飞行对地面的依赖程度。相比于半年一次的太空补给，3D打印只需数小时就能生产出需要更换的零部件，将大幅度提升空间站操控的灵活性和维修效率，降低空间站对地面系统的依赖。

　　目前，人们已经开始设计太空制造系统，将在太空中直接打印出天线、电池板等零部件和工作生活的必需品。美国国家航空航天局喷气推进实验室正在研制标准的太空3D打印工序，旨在通过新技术兼容不同金属原料，制造出更能适应太空应用环境的零部件。未来，太空3D打印机将具备小规模生产各种工具、零部件和日常用品的能力，是载人空间飞行和宇宙考察的标配装备。

　　将太空垃圾“变废为宝”

　　为帮助正在太空遨游的航天员正常饮水，人们还曾利用水的表面张力设计了一款零重力水杯，巧妙地解决了太空失重条件下水到处漂浮的问题。然而，这样别出心裁的产品经由地面制造，再搭乘“空天快递”升空无疑成本巨大。

　　太空3D打印的出现，将在人类太空之旅中发挥重要作用。

　　美国国家航空航天局曾设想在太空中直接打印出整枚卫星，由“太空制造厂”生产组装后投放到运行轨道。太空3D打印技术还能为人类登上其他行星制造所需的住所和工具，欧洲航天局正着手探索利用3D打印技术建造月球基地，美国国家航空航天局曾专门开展3D打印火星栖息地竞赛活动。

　　太空3D打印更加神奇之处，是能像魔术师一般“化腐朽为神奇”。一旦太空中制造的产品出现损坏，只需将其融化成原材料就可再次重复利用。美国太空制造公司正在开展可重复使用的太空3D打印材料研究。美国国防部高级研究计划局开展的“凤凰”研究项目，旨在通过拆解老旧卫星来清理空间垃圾，并用老旧卫星的零部件重新组装成一个全新的空间设备。未来，太空3D打印还可利用地球轨道上的报废卫星，或直接到行星上就地取材进行“太空制造”。

　　太空3D打印不仅能打印各类元器件，还可以打印美食。利用太空3D打印机能将各类可食用原材料打印成丰富多样的营养套餐，航天员也可以在太空体验当“厨师”的感觉。

　　当然，3D打印真正走向太空，还必须解决一系列技术难题，其中最大的障碍是“失重”。在太空环境下，材料和胶水会“飞起来”，这就需要在打印机结构上进行专门设计。此外，如何解决太空打印产生的废气扩散等问题，尚待进一步研究完善。

除了制造相关产业外，近年来3D打印技术也时常受到医疗产业的关注；其原因在于，每一位病患的体型、生理状况不同，该技术的弹性生产模式相当适合医疗这个高度需要个人化应用的产业。

　　DIGITIMES专案组分析师周延以假牙制造为例，举出为什么过去一颗假牙会这么贵？其原因在于每一个人的牙齿构造皆不尽相同。以往制作一颗假牙需要开模，但是开模之后又仅能给一个人使用，因而使得一颗假牙的成本皆需要破万元。

　　若是采用3D打印技术，仅需要牙科医生利用3D扫描功能获得该病患的牙齿结构，即可利用3D打印技术将假牙制造出来；而在免除了开模的程序后，相对地假牙的成本即可大幅下降。

　　周延以德国3D打印机制造商EnvisionTEC为例，利用该公司3D打印技术所制造出来的假牙，目前成本制造已降到台币约3,000~5,000元，而若是采用传统的假牙制造模式，其成本将高达台币1万~2万元。由此可知，未来3D打印技术在医疗领域中将占有一定的优势。

　　除了假牙等应用外，即便是“药物”未来也可利用此一技术所生产。事实上，现今有许多医生或医疗院所皆强调“精准医疗”的重要性，而精准医疗的概念，即是透过各项病患信息，以提供每位个体最合适的治疗方式。

　　因为每一个人体重、身高等生理条件都不同，因此需要的药物剂量势必也会不一样；但是因为现今的药丸、锭等都是规模化的生产制造模式，因此在医生配给相同药物的状况下，每一个人获得的剂量都一样，而会造成有些人所服用的剂量偏多，部分人的剂量却又偏少，未来若是利用3D打印每一个人的药物，即能达到“精准打印”之效。

　　就目前为止，3D打印仍是以服务重量轻且须特规化制造等的利基型产业为主，象是太空梭与国防产业的制造，这一类应用项目制造出来的数量不需要太多，但是其所能产生的价值偏高。

　　周延解释，诸如太空梭与飞机等应用皆相当需要空孔化的设计。其原因在于，死机体本身重量越重，就意味著需要更多能量才能让其飞上天际，且会限制其飞行条件；相反地，如果采用空孔化的结构，在同样能耗条件下势必能将飞机推得更高更远。

　　如此的概念也能应用于汽车产业中，因为更轻盈的车体将能有效节省能耗；再加上近期油价不断飙涨，以让许多驾驶相当“有感”，倘若未来油价再持续上升，汽车行业对于3D打印的需求应会再更上一层楼。

　　周延认为，未来若是想让3D打印产业更加普及化，那么就得先透过这些利基领域培养，而后中长期目标即可朝向快速、平价打印技术发展。

西门子近日宣布推出“增材制造网络”，致力于为全球制造业提供工业化3D打印设计及工程专门技术、知识、数字化工具和生产能力的在线协同平台。该网络最早于2017年汉诺威博览会上提出概念，当时计划于2018年年中推出，近日则正式发布并推出了一项早期用户方案，以便设计人员和工程师、制造服务提供商、3D打印设备OEM厂商、材料提供商和软件提供商加入这个全新的生态系统。通过加快传播知识，流畅简练的网络商业流程、可追溯性高，并确保高质量功能样件以及批量化产品零件的采购交易，西门子的增材制造网络旨在降低增材制造的总体应用风险，为全球制造业创造全新商机。

　　增材制造网络合作伙伴EOS公司首席数字官Güng?r Kara表示：“如果我们的工程师、设计人员和机器操作人员能够直接使用价值极高的服务、覆盖全球的增材制造系统和关键知识，增材制造的巨大潜力将得到充分释放。西门子的增材制造网络可以帮助建立这些连接，整个市场都能访问这些连接，从而更容易制造创新型增材制造零件，同时也能够在一个全数字化工厂内创建高性能增材制造生产单元。作为增材制造网络的合作伙伴，EOS及其咨询部门Additive Minds与西门子携手将增材制造推向更高水平。”

　　西门子股份公司数字化工厂集团首席执行官Jan Mrosik指出：“随着创新周期逐渐缩短，企业需要不断回顾产品构思，重构制造流程，重新探索业务模式。增材制造网络增强了我们的‘数字化企业’组合，将现实世界与虚拟世界结合起来，从产品制造商、工程公司、自动化技术供应商一直到服务提供商，为增材制造行业提供了一个共同创造、共同创新的场所和全新的商业务模式。”

　　西门子的增材制造网络创建了一个开放的生态系统，即时连接高品质成员进行共同创造，帮助他们用最新的增材制造软件工具和打印技术以及材料来实现新产品。零件买家和制造服务提供商可以从简化后的协同、报价、采购和订单监测流程中受益。这有助于使用增材制造进行创新产品设计，用数字化库存替换实物库存，并且按需扩大或缩小3D打印生产规模。以数字化方式实现全球制造行业变革，用工业化增材制造加快已改进产品的交付速度，这正是西门子的愿景中的下一步。

　　3D 打印和增材解决方案、材料及服务商Stratasys公司的制造解决方案副总裁Scott Sevcik说：“Stratasys和西门子共享同一个增材制造产业化的愿景，这将为客户带来独一无二的优势，帮助他们更加高效、更加经济地创建更好的产品。Stratasys热切希望成为西门子增材制造网络的早期合作伙伴。该网络将是一个非常出色的平台，可以连接生态系统，提高增材制造的可访问性，促进增材制造的应用。我们很高兴以Stratasys行业领先的增材制造技术和专业技术来支持西门子的增材制造网络，将其与我们的世界级服务事业部‘Stratasys 直接制造’相连接。”

　　通过增材制造网络这一全新途径，西门子将帮助客户获取最新知识和技术从而更便捷地实施工业化增材制造，帮助客户以数字化的方式实现业务变革。

　　Siemens PLM Software制造工程软件高级副总裁Zvi Feuer指出：“一年前我们做出了承诺，如今我们按计划推出了增材制造网络。为了积累知识、加快推广创新性解决方案，我们必须与一个由行业领导者和初创企业组成的充满活力的生态系统进行协同。我们的网络平台为来自各个领域的用户提供共享的知识，且为用户提供积累、储存和重用这些知识的独特能力。”

　　惠普公司3D打印商业扩展与开发全球主管Michelle Bockman认为：“惠普致力于实现设计人员、制造商和技术提供商之间的协同和无缝集成，以真正释放3D打印的力量。西门子增材制造网络的推出是整个行业朝这个方向迈出的重要一步。通过该网络平台，用户能够访问惠普Multi Jet Fusion 3D打印技术的提供商、专家和工具，从而成功地帮助他们采用增材制造技术。”

　　现今科技与医疗的结合，3D打印义肢确实能为漫威英雄解决“断手梗”。首先，医疗领域始终显示着最先进的科学技术，3D打印骨骼模型、3D打印器官骨骼模型、3D打印人工关节、3D打印颈椎等等，这些技术产品都表明了3D打印已在医疗应用领域获得很多突破，但在大部分人眼里，这种炫酷又神秘的3D打印技术距离日常生活还很远。如今随着技术的进步，3D打印已经开始有了更多的应用，尤其是在医疗行业的应用，已经成为一项受到广泛关注的技术，尤其是打印假肢、打印各科支具的技术，成为很多残疾人患者福音。

　　在义肢定制方面，3D打印技术凭借“复制再造能力”拥有不俗的表现。3D打印技术基于数字化制造模式，以1:1复制患者截肢部分，为截肢患者定制完美契合的假肢。目前，国内3D打印人体的骨骼模型、人工关节都已有先例。

　　以往传统义肢制作过程中，义肢制作师先用石膏制作患者残肢模型，再用刻刀等雕刻工具，尽量还原病人成被截掉的部分;随后，将被修好的“石膏腿”被用于树脂成型;倒模成型的“树脂腿”再与关节、连接件等组装、对线、调整，真正成为肢体残疾者身体的一部分。

　　有业内专家专业表示，传统假期制造主要依赖手工完成取型、修型、倒模等工序，因尺寸误差、工艺不到位等因素导致的返工或者报废是假肢制作过程中不可回避的问题。相比之下，3D打印制造工艺优化义肢定制工序，而且自动化生产模式精度更高，误差更小，同时节省以提前几周就能交付测试和原型产品。

　　传统义肢定制生产工序复杂，不支持批量生产，而且造价高昂，成人购买义肢费用在2-6万元之间不等。与成人不同的是，儿童义肢因无法随身体发育而变换，高频次替换成本更高。而3D打印定制作假肢的成本更为低廉，未来随着儿童身体成长所需更换新假肢的费用也大大降低。

　　3D打印应用创新传统医疗器材制作模式，或将引领医疗器材智造发展新趋势。

3D打印在万众瞩目的奥运会赛场上出现，专供于运动员比赛的用具也应用上了3D打印。在2018年的平昌冬奥会上，美国队在男子单人比赛中赢得首枚奥运奖牌。

美国夺冠

　　克里斯·马兹泽尔赢得了一枚银牌——相当于美国奥林匹克雪橇队最佳成绩。过去，美国奥运选手赢得过女子单滑和男子双滑的铜牌和银牌。多年来，德国队和奥地利队一直主导着这项运动。雪橇比赛中，选手平躺着，脚先放在小雪橇上，他们可以以每小时140公里的速度在冰冷的赛道上滑行，骑手通过改变脚的位置或移动肩膀来控制雪橇的速度。

　　高超的技术水平也要配合着高超的比赛器材，美国团队运用3D打印技术。在3D打印中，3D模型首先作为文件或文档在计算机上创建，打印机使用塑料或金属等物质来创建物理对象。该过程包括一次制作一层材料，直到对象制作完整。美国雪橇团队与一家名为斯川塔斯的美国公司合作开发雪橇的设计和制造流程。

　　首先对雪橇队每个成员的身体进行扫描。然后，3D打印技术被用于制造用于雪橇顶部奥林匹克人形状的模具的工具。设计和加工雪橇零件的过程非常复杂，可能需要几周的时间。3D打印可以大大简化工艺流程，在几小时内便能生产出零件，而且3D打印非常适合追求精确的最后一刻更改。

　　当研究人员更多了解空气动力学和优化设计时，能够很好地迅速做出这些改变。使用3D打印技术使团队更具竞争力，有助团队不断调整设计并在赛道上更快地运行它们。3D打印使每个骑手都能够完美地适应雪橇，同时减少生产时间和成本。

　　这不是第一次3D打印技术溶于奥运会，在2018年冬季奥运会时，体育运动已经使用3D打印技术来改善他们的设备。滑雪板制造商CAPiTA使用3D打印机为其滑雪板打造更强的侧壁，这个过程称为FUS3D，它将塑料侧壁连接到木板的木制中心，该技术赢得国际体育组织颁发的年度产品奖，它使用人脚扫描在几分钟内完成适合的引导插入。

　　2016年里约夏季奥运会，耐克为“女飞人”AllysonFelix在本届奥运会开始前，就量身定制一款3D打印高性能钉鞋ZoomSuperflyFlyknit，在200米和400米短跑上取得突破，而这双鞋是通过精密的设计和高超的缝合技术开发而成。在制作过程中，Felix可以亲自进行穿着测试并提供反馈。

　　工程师借此获得有相关数据并进行及时调整，从而实现了鞋子与Felix强大身体机能的完美契合。耐克也正在计划为百米女将Fraser-Pryce设计一双量身定做的鞋子，因为长时间锻炼带来的疲劳感会影响爆发力，耐克设计人员用3D扫描技术对海洋生物进行研究，最终开发出一种网格的鞋底结构，希望帮助Fraser-Pryce通过刚度合适的轻质材料来减缓短期疲劳。

　　除了田径，在游泳项目上3D打印也不遗余力。在美国游泳队备战奥运会的过程中，宝马为其提供了一套名为“尾灯”的全新训练解决方案，其中包含宝马开发的LED组。这些LED灯组能够在水下发光，通过将微型的LED灯片贴附到运动员的腕、肩、臀、膝、踝、趾这几个部位，可以标记出运动员的游泳轨迹，方便教练们更有效率地评估运动员的每一个动作，而这些LED贴片正由3D打印而成。

中国也运用此技术

　　作为全能型选手，在自行车项目中也少不了3D打印的身影。七名法国运动员自行车上就装有3D打印把手。都是量身定制的，由法国自行车协会、Erpro&Sprint和S2A共同开发的。这些把手的结构提供了非常高的刚性，同时也大大减轻了自行车的重量。

　　3D打印在奥运会中带来的效益不言而喻，3D打印已经渗透进人们日常生活的衣食住行，给人们的生活提供了许多便利与高效。

众所周知，将3D打印与智能技术相结合，会带来一些令人意想不到的结果，如可追踪机器性能的金属部件，可让您的汽车在阳光下保持凉爽的窗户，以及可改变颜色和形状的墨水。现在，来自新不伦瑞克省罗格斯大学的研究人员开发出了一种3D打印智能凝胶，能够抓住物体，移动物体，甚至在水下行走。

　　很明显，这种来自Rutgers的新颖创新且具有独特经验的水凝胶在软机器人和生物医学领域中有各种各样的应用。例如，3D打印的智能凝胶可能是创造人造心脏、胃和其他肌肉的第一步，以及应用在疾病诊断设备和药物检测、递送。甚至有一天它可以通过创建模仿海洋生物的软机器人，以在水下进行检查。

　　“我们的3D打印智能凝胶在生物医学工程中具有巨大的潜力，因为它类似于人体内也含有大量水分并且非常柔软的组织。它可以用于许多不同类型的模拟像章鱼一样的水生生物的水下设备，”该大学机械和航空航天工程系助理教授Howon Lee说。

　　最近，Lee还在ACS应用材料和接口杂志上发布了一项名为“用3D打印的电活性水凝胶进行软机器人操作和运动”的新研究，并在文章中描述了这项新型智能技术。

　　大韩民国研究生院机械和航空航天工程博士生Daehoon Han是该论文的主要作者，合着者包括前罗格斯大学生Cindy Farino、罗格斯的机械和航天工程博士生Chen Yang、前罗格斯博士后Tracy Scott、罗格斯的生物医学工程博士生Daniel Browe、韩国高丽大学机械工程学院副教授Wonjoon Choi、罗格斯生物医学工程系副教授Joseph W. Freeman和Lee。

　　摘要写道：“作为柔性机器人和人造肌肉的潜在致动材料，表现出响应于电场的大变形的电活性水凝胶（EAH）受到高度关注。然而，由于使用传统的二维（2D）制造方法，其应用受到限制。在这里，我们展示柔软的机器人操纵和3D打印EAH微观结构。通过基于数字光处理（DLP）的微型3D打印技术实现3D设计和精确的尺寸控制，实现了EAH的复杂3D动作。我们展示柔软机器人的驱动，包括夹持和运输物体以及双向移动。”

　　像新型智能凝胶这样的软质材料具有灵活性，能够小型化，并且通常比硬质材料便宜。与由硬质材料制成的复杂设备相比，使用软质材料制造的设备通常更容易设计和控制。

　　罗格斯研究中心围绕着研究团队的3D打印水凝胶，通过电力激活后，可以移动甚至改变形状。

　　Lee解释说：“这项研究展示了我们的3D打印技术如何扩展这种智能凝胶的设计、尺寸和多功能性。我们的微型3D打印技术使我们能够创造前所未有的动作。”

　　水凝胶可以在各种场所找到，比如尿布、隐形眼镜、果冻糖，以及人体。这些独特的材料，即使其水含量超过70％，仍将保持稳定。

　　在DLP 3D打印过程中，光线投射到对光敏感的溶液上，然后变成水凝胶。然后将凝胶放入称为电解质的咸水溶液中，之后运动由两根施加电的细线触发。

　　其结果是一英寸高且类似于人类行走的水凝胶。Lee说，其可以前进、逆向过程、抓住和移动物体。Lee还解释说，水凝胶由于其含水量高、材料柔和，以及对电力的响应等因素，类似于收缩肌肉。研究人员可以通过改变尺寸来控制智能水凝胶的移动速度。例如，薄凝胶移动速度快于厚的凝胶。电场和盐水溶液的强度决定了凝胶的弯曲运动和形状变化。