人类对于长生不老、起死回生总是充满了美好的憧憬。


3D打印虽然现在不能帮你实现这些具有科幻意味的梦想，但是3D打印器官却能够实实在在地拯救数以万计的生命。


日前，瑞典科学家们成功在小白鼠身上植入了3D打印的人体软骨细胞，让3D生物打印又向成功迈进了一步。
 





瑞典科学家们成功在小白鼠身上植入了3D打印的人体软骨细胞


来自瑞典查尔姆斯理工大学和Sahlgrenska学院的研究从人类软骨细胞中提取凝胶，并使用CELLINK 3D打印机复制了凝胶，将它们植入6周龄的小白鼠的体内。


一旦植入，3D打印凝胶开始在小白鼠体内生长并增殖； 60天之后，凝胶材料开始变得更加类似于“人类软骨”，进一步刺激了干细胞的添加，最终形成血管。





3D打印凝胶开始在小白鼠体内生长并增殖


“通过添加干细胞以刺激软骨细胞的生长，水凝胶成功地导致人软骨组织甚至形成血管。” 


研究团队主管Paul Gatenholm教授说道。


Gatenholm教授认为，3D打印这项技术会对医疗保健产生重大、深远的影响。他认为3D打印的第一个突破口是皮肤打印，然后是软骨，再然后是骨骼。最后，这项技术可以用于更复杂的人体器官的打印。


Gatenholm教授还引用了一篇来自再生医学教授Anthony Atala等研究人员使用3D生物打印来构建骨骼和肌肉的文章，认为可以使用计算机成像技术将模型转换为控制打印机喷嘴运动的程序，从而将细胞分配到离散位置。


而目前软骨打印实验的成功虽然不能算作是革命性的成功，但至少证明研究已经迈出了一大步。






瑞典科学家们软骨组织实验的过程图


研究人员希望最终他们可以使用3D生物打印来为需要它们的患者创建身体器官。


虽然他们远远没有实现这一目标，但他们已经开始探索3D生物打印的各种可能性：他们与瑞典当地的整形外科医生合作，为他们提供3D打印的植入材料。这可以为不幸因意外或疾病失去耳朵、鼻子或膝盖等部位的患者提供更多天然的植入器官。



3D打印机可以使用CAD（计算机辅助设计）形式的3D建模来创建比普通整形外科更好的模件，从而提高植入器官的质量，更大程度地方便患者的生活 。


Paul Gatenholm博士还说到：“目前还没有关于耳朵的3D打印技术”。


现在关于耳朵的植入都是用塑料和硅胶植入物，手术过程对患者来说也非常痛苦，效果也不是很理想。“ 如果我们可以使用来自鼻子的细胞，并用来自患者骨髓或脂肪的干细胞来加强细胞，我们将能够打印出完整的3D结构。”这就可以极大地提升植入的成功率，降低病患的痛苦。


3D生物打印的技术也已经被热议很久，除了打印出软骨细胞，科学家们也进行了其他各种各样的尝试：2010年3D生物打印公司Organovo成功实现3D血管打印。







Organovo公司的实验室


加拿大的3D打印公司Aspect Biosystems则开发了一种可以利用不同的细胞、生物材料和生长因子打印3D组织的生物打印机，提升打印速度。







俄亥俄州辛辛那提儿童医院医疗中心的研究人员曾经打印出与真实情况非常接近的肠组织，并首次将它成功地嫁接到小白鼠的身上，发现组织在动物体内存活良好，而且即使科学家没有为组织供血，小白鼠甚至可以自行生成所需的血液和免疫细胞……







3D生物打印是一个潜在的庞大市场。


据ID TechEx估计，2025年，全球3D打印的市场需求约为70亿美元，其中一半都将来自3D生物打印领域，但是3D生物打印的植入所需的监管批准机制还在起步阶段。


不过，技术的不断成熟显然会推动法律措施的不断完善，让我们期待3D生物打印真正改善病患健康的那一天的到来吧！
 
 
 
 
 
 
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来源：36氪  谭菲君  查看全部

 当我们在执行外太空任务的时候，满足了食物，氧气之外，还有个重要的需求就是医疗。当我们伤了手，怎么办？，我们需要药。那如果伤了胳膊，除了需要药，还需要医疗设备。这是个很需要解决的问题。
 这时就是3D打印大显身手的时候了。





这是外太空打印的手指套。
 现在科学家们在研究太阳能3D打印设备，以及更多的打印材料，以备不时之需。 查看全部

日本一贵金属厂商接到一笔订单，那就是打造一副纯金的老虎面具。高约18厘米，宽约16厘米，重量约6公斤。预计向市场的售价将达到6千万日元（约合人民币307.2万元）。

制作工艺方面借助了3D打印。用3D打印生成器物模型，然后在外包裹上石膏，在加热融化器物模型，随后向空了的石膏外模内浇注金液，形成产品。





 
 
 
伺服电机使用了一段时间后断轴了，如何分析原因，分析方法？
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  目前3D打印可以打印出汽车，食物，皮肤。但是为什么不能打印头发和汗毛呢，或者打印其他的排列整齐的密集而又细的物体呢？因为这需要大量的时间去计算，去设计，去打印。
 不过目前有新的方法突破这一障碍。比如用压接的方式。




用这种方式接6000根头发只用几个小时。





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未来的战争中，一台其貌不扬的打印机也可能成为重点轰炸目标。






军工和国防是最能从3D打印技术中受益的领域之一。3D打印技术将极大缩短军队供应链，以更短的时间、更低的成本、更不受物理限制的方式，生产各种零件、设备、武器。在对未来战争的构想中，世界各主要国家都不敢忽视3D打印技术。



美国海军陆战队野战演习测试3D打印

据3Ders.org报道，美国海军陆战队开始在野战演习中测试增材制造，为未来在战争中应用3D打印技术铺路。






海军陆战队372侧翼支援中队(建立- 372)是3 d打印的试点。司令官的海军陆战队将军罗伯特·内尔已经发布了一个关于增材制造的临时政策，表明3D打印机可能很快就会成为标准配置。

好处是显而易见的。海军陆战队和一些其他军事单位通常部署在偏远地区，因此能够携带的设备多多少少受到限制。但是，只要一台3D打印机就可以打印各种基本部件，从水瓶到到枪支卡车的备件，甚至一些简单的工具。在危急之中，这可能意味着生与死的差别。

3D打印机可能成为海军陆战队中最强大的武器之一，因为3D打印机可以快速创造数以千计的不同组件，从而可以保证装备、车辆始终配备齐整。它还可以给战场上的士兵生产水瓶和水龙头，从而帮助他们在沙漠、山地等不利地形下生存。对于军方高层，这无疑是有趣的前景。

目前MWSS-372的测试是从简单开始的。他们使用的是一款普通的“Invent3D” 3D打印机，这款3D打印机配备的是单挤压头，最高承受温度为220摄氏度。这意味着测试团队只能创造塑料配件，但是战斗工程师们也可以用它打造塑料夹子或者螺丝，这样他们就可以修复一些损坏的金属部件而不用完全更换它们。

实际上，很多部件选择使用金属材料往往是为了更加耐久，因此在紧要关头士兵们也可以临时使用一些塑料的新部件，以应付突发情况。






为了展示3D打印机在战场上的实际用途，测试团队用它为一辆军用悍马打印了一个新的门把手。为了实现这一目标，他们用手测量了该把手，并将数据输入Tinkercad。

未来美军计划建立一个庞大的基本零部件数据库，这样部队就能够很方便地打印出任何需要的部件。

据称，美国海军陆战队已经开始在亚利桑那州进行一系列的3D打印机训练一体化演习，并决心培训每一中队如何在战场上使用3D打印机。此外，刚颁布的临时政策也包括了一系列的安全要求，也包括要求为车辆打印的部件要使用一种显眼的颜色，这样当车辆返回服务地点时便于对其进行检查或更换。

事实上，早在2014年，美国海军陆战队就在军演中使用过3D打印技术。3D Systems公司与美国海军陆战队一起，为其年度远征后勤军事演习（Expeditionary Logistics Wargame）提供3D打印、扫描和检测技术支持。

工程师们利用3D Systems公司的3D扫描和金属打印技术，修复多用途战术机器人。该机器人主要作用是清理目标区域的垃圾和其他障碍物，以便于直升机降落。使用3D扫描系统，工程师们将能迅速创建机器人的受损部件精确的CAD模型，并使用3DS的工业级金属直接印刷和选择性激光烧结3D打印机快速制造出完好的部件。

在打印完成后，他们还将使用一款名为 Geomagic Control的软件对打印件进行数字检测，以确保其安全可靠。

今年6月1日—2日，在北卡罗来纳州的海军陆战队基地军营，来自美军海军陆战队各单位的代表学习了如何使用3D打印机、尝试着组装它们，并了解了3D打印机的能力。参与学习的人中包括飞机机械师、海军陆战队后勤人员和轻武器维修技师，这些人员需要将3D打印机融入自己的日常职业工作中，使得海军陆战队能够在其需要的时候设计和3D打印出任何产品。

海军陆战队还曾考虑用3D打印解决飞机短缺的问题，以及尝试用于后勤支援的可能性。



3D打印在实战中的应用

目前，3D打印在实战中的应用并不多见。

在2014年4月爆发并延续至今的乌克兰东部冲突地区中，乌克兰军队在战场上使用了3D打印的无人机。





乌克兰军队中使用的3D打印无人机

这些3D打印无人机主要来自基辅 Step IT学院的机器人实验室，被用于从安全距离监控与亲俄分裂分子交战区域的情势。

每架无人机的3D打印费用大约为1200美元（其间大部分费用是人力资本，而不是材料本身），另外还需要3000美元用于必需的精良设备。虽然这看起来很贵，但是想一下，一架拥有类似功能的普通无人机成本高达30000美元。3D打印无人机的价格仅相当于它的七分之一。





五角大楼的3D无人机

近期，美国五角大楼也测试了低成本的3D打印迷你无人机群，希望用于监视和攻击。美国国防部称，未来将部署无人机群干扰敌方防御系统，并通过小型传感器监视区域，甚至装备攻击性武器。这些迷你无人机名为“Perdix”，目前已经3D打印出它们的外壳模具，使得低成本批量生产成为可能。

据3Ders.org报道，巴西空军也正在尝试用3D打印技术制造飞机零件。






据一位巴西空军研究所（IEAv）研究员介绍，研究所一直在寻找一种方式来加快新航空零部件的试验和开发过程。在IEAv使用增材制造特定部分（与气体燃料喷射孔具有15度斜坡的飞机入口坡道）的成功后，3D打印已成为越来越重要的研究方式。后来，研究所用3D打印制造了高超音速引擎原型，和飞机模型。这些模型已经通过多次测试，如休克风洞试验等。

此前IEAv使用传统的制造技术，不仅价格昂贵，而且非常耗时，通常6个月只能生产一个配件。采用3D打印技术后，研究人员大大缩短了这一制造周期，可以在一周内完成配件的3D打印并通过测试。

目前，IEAv正致力于含有金属或其他先进材料的混合动力材料原型的3D打印。下一步，该研究所的目标是提高飞机新零件的强度及匹配度。

现在，3D打印技术已经成功运用于飞机的零部件生产和维修。





英国“旋风”战机

2014年1月，一架采用了3D打印技术生产的零件的“旋风”战斗机完成试飞。3D打印部件包括驾驶舱无线电防护罩、起落架防护装置以及进气口支架。英国航空航天系统公司称，这是装配3D打印部件的战斗机首次试飞成功。

2015年6月，韩国空军使用的F-15K战机发动机遭到损坏，其发动机上的钛合金的涡轮护罩与钴合金的空气密封件需要修复，他们想要找到一种既耐久又可靠的方法使部件升级的同时，又不牺牲任何质量。韩国空军选择了3D打印技术，找到德国3D打印机制造商利用专门的DMT技术完成了修复。

DMT技术的工作原理主要是用高功率激光熔化金属粉末，被认为是最新和最具前景的3D打印技术之一，几乎能够立即修复好韩国军机的部件。



展望未来：3D打印一体化战争

最直观的是供应链的变化。军用3D打印技术将极大缩短军队供应链，降低后勤保障成本。美国公司认为，3D打印技术可能会使美国国防部减少库存和存储空间，从而降低各项成本。

其次，战争进程的变化。

中国国防报·军事特刊曾发表文章称，未来的战争有可能成为“3D一体化战争”：

3D打印技术将对未来信息化战争产生全面广泛的影响，包括作战理念、指挥体制、技术研发、装备制造、后勤装备保障等方方面面。如果从整个参战体系各要素的关联性去看待3D打印技术，可以毫不夸张地说，未来的一体化作战，将是3D打印的一体化战争。

文中提到，3D打印可以更好地发挥一体化战争顶层设计的作用。顶层设计事关战争准备和战争实施的方向，牵一发而动全身。但顶层设计难以对局部各要素在体系中发挥的作用和可能出现的问题做到面面俱到。

未来3D打印技术基本上能够保证有什么样的图，就能出什么样的产品。因此3D打印技术可以将顶层设计中的改变体现在图纸上的预变，对预变的各要素进行细致分割，既可以将分割后的要素部件进行样品打印逐一测试，又可以将各要素无缝衔接实现整体组合运转。这样，就可以在试验阶段实现设计与实体运行相结合，预先发现实体运行可能出现的局部性问题以及局部性问题对体系系统产生的影响，及时修正顶层设计中出现的问题，从而使整体设计有更大的预见性和更多的改变空间，避免整体设计的失误带来的灾难性影响。

最后，3D打印还可以提供更好的适应性，物理束缚大大降低。

没有枪没有炮，3D打印就地造，这在未来的战争中可能成为现实。假象一个场景，如果被敌军围困在一个山头上，在子弹行将用完之际，没必要坐以待毙，只要有一台3D打印机，就可以马上生产弹药。再比如，一架3D飞机被敌人击落以后，短短几小时后，另一架飞机马上就从基地起飞。

但是，3D打印也会带来一些风险。

比如，3D打印将会使人们获得枪支弹药的难度大大降低，枪支泛滥可能导致大众的紧张情绪，造成更多的流血事件。恐怖分子利用3D打印机，也可以在短期内大规模生产杀伤性武器。

但是，无论如何，3D打印都会改变未来的战争形态。未来的战争中，一台其貌不扬的打印机也可能成为重点轰炸目标。




洛克希德•马丁公司追赶3D打印步伐

据《制造工程杂志》网站2016年11月3日刊文，作为世界上最大的防务承包商，洛克希德·马丁是否已经掌握了增材制造?据公司奥兰多训练与仿真部的增材制造组长Robert Ghobrial表示，像世界上所有制造商一样，一些洛马的专家正纠结于回答3D打印提出的一些问题。“我们现在是否应该投资该技术，或者等到其更快和更便宜?我们是否应该拥有一个中心化或分布式打印的模型?”他是在10月举办的“增材制造应用：为增长而创新”研讨会上提出这些问题的。

他谈到2012年的3D打印工作，那时他的团队收到了一些MakerBot打印机，大部分都没用过。即使是到了2014年，他的绝大部分工作也是为Thingiverse数字设计公司制造一些小装饰品。“当时我打印尤达大师的头，我说‘相信我，相信我，我们能搞定’。”同年，他的团队得到了第一台生产型3D打印机，Stratasys公司Fortus。“有了这台打印机，我们有手段制造真正的零件。”Ghorbial创造了一个词语“增材制造的5P”，一个制造模型，描述增材制造如何能够帮助航空航天、防务和其它业务。5P是：

方案(Proposal)：3D打印可以在交易会上制作赠品;建筑和空间模型;辅助客户交流。例如，一个斯科斯基直升机的3D打印缩比模型让他的团队能够将客户的想象快速翻译为一个物理模型，每个人都可以看到和触摸。

原型(Prototype)：3D打印机的原型帮助设计确认和概念开发验证。在设计阶段下游，原型帮助确保在技术交换会议、初步和关键设计评审上得到专家认可。

采购：我们能制作物品而不是购买它么?增材制造如何降低我们的供应链风险、运输和库存成本?

生产保障：3D打印保障生产的方式有帮助制作装配夹具、制造工装、生产模板、检测夹具和机床防护板。

生产：增材制造可生产终端零件;按需制造零件用于备件、保修和修理保障;甚至管理过时淘汰。

Ghorbial解释了管理过时淘汰：“许多国防部采购的系统将服役数十年。当国防部因为战场损坏而订购一个系统、子系统或部件时，原先的制造商或供应商可能已经停业了。我们使用增材制造重新生产那些原始零件，作为管理供应链中过时淘汰的一个方式。”至少有一个听众欢迎这个事实，即洛马没有全部的答案。重型设备流体处理系统制造商HydarForce的运营经理表示：“这令人鼓舞。至少正视了现实，即增材制造正在到来，但我们还没完全准备好。”

洛马用这项新技术已经取得一些成就，并且是世界性纪录。公司7月制造了达到木星极轨道的朱诺航天器。它拥有一个增材零件，使其成为飞得最快的3D打印零件。而且，洛马正在为卫星制造钛合金推进剂贮箱，使用的是西亚基公司的电子束增材制造技术。尽管Ghobrial有些自嘲感，但他的团队让3D打印机得到了良好使用。在增材制造生产的第一年，该设施就生产了超过3500个增材制造零件，其中1500个进入了最终用途生产。“我猜测如果我们没有Makerbots，我们现在不会达到这个高度。”（中航工业发展研究中心 刘亚威）




俄罗斯先期研究基金会

完成3D打印弹药测试

【据3ders网站2016年11月13日报道】俄罗斯先期研究基金会（Fund for Perspective Research）日前对3D打印弹药进行了测试，结果显示，增材制造的弹药与传统工艺制造的弹药性能基本一致。

近期，俄军方几乎每周都会公布一些基于3D打印的新应用，包括无人机、坦克、武器。3D打印子弹是最新公布的3D打印应用，它可以为军方提供一种新型弹药。俄罗斯先期研究基金会报告称，大量3D打印弹药测试显示结果非常乐观，某些方面表现与现有弹药一样好。

俄先期研究基金会表示，研究人员使用激光烧结技术来3D打印子弹，金属粉末一层层熔合，最终形成一个没有接缝或弱点的完整的子弹。虽然3D打印肯定不是生产小金属构件快的方法，但研究表明，制造过程是可行的，可以合理地用于制造特殊设计的弹药或弹药模具。

3D打印子弹测试由俄罗斯先期研究基金会与中央精密机器制造科学研究所（JSC Tsniitochmash）共同完成。射击实验表明，子弹具有必要的强度，与其他弹药一样有效，研究人员认为激光烧结技术可用于开发更多其他军事装备。

如俄罗斯3D打印技术研究继续当前的研究速度，则该国军方未来将有可能使用全部由3D打印制造的武器和弹药。早在俄罗斯先期研究基金进行3D打印子弹测试之前，俄传奇武器制造商卡拉什尼科夫集团今年二月就曾建议，可以使用增材制造打造新型突击步枪。卡拉什尼科夫集团与俄罗斯Stankoprom金属公司签订合同，为其新型武器生产一系列3D打印金属零件。 （中国船舶工业综合技术经济研究院 程大树）




美国采用创新型3D打印工艺

在厘米级尺度制备出具有

纳米级特性的多层金属超材料

【据弗吉尼亚理工大学网站2016年7月报道】多年来，科研人员一直通过在纳米尺度合成材料获取较强的力学、光学和能量特性，例如，在纳米尺度制造材料的强度是钢的100倍（例如石墨烯片材），但在更大尺度上合成的材料强度将大幅降低。

目前，弗吉尼亚理工大学好劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科研人员在DARPA的支持下，研究出能在厘米级尺度上制备具有纳米尺度特性的有机（例如金属和陶瓷）纳米结构材料的3D打印工艺。采用该工艺制备出的金属材料由纳米尺度的中空管排列成分层的三维晶格架构，具有轻质、高强度、超弹性和空前的延展性。制备出的材料同时展现出超高的弹性，拉伸弹性是传统轻金属和陶瓷泡沫材料的400倍。制备过程中并未采用柔软的聚合物，因此制备出的材料适用于要求在恶劣环境下抵抗化学腐蚀和耐热的柔韧的传感器和电子产品。制备出分层晶格意味着拥有更多界面来搜集光子能，因为光子可以从包括表面和晶格结构内部在内的所有方向进入到材料结构中，而传统的光伏板仅能通过表面搜集光子。

该工艺制备出的材料可用于任何需要材料同时具有高刚度、高强度、轻重量、高弹性的领域，例如用于航天、弹性装甲、轻型车辆和电池结构。（中国航天系统科学与工程研究院 贾平）









美国橡树岭国家实验室验证

永磁铁增材制造技术

【据美国橡树岭国家实验室网站2016年11月1日公告】美国能源部(DOE)橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员验证了一种永磁铁增材制造技术，用这种技术生产的永磁铁在各方面都优于用传统注模技术生产的粘结磁铁，有相当的或更好的磁性、力学性能和微结构，而且生产过程不会浪费材料，有助于对稀土资源的保护。ORNL的科学家此次制造的是各向同性的钕铁硼磁铁，相关结果已发表在《Scientific Reports杂志》上，项目得到了DOE关键材料研究所(CMI)的资助。ORNL科学家的下一步目标是打印各向异性的粘结磁铁。CMI的负责人Alex King认为，复杂形状高强度磁铁的制造能力是高效电动机和发电机设计的“改变游戏规则技术”，该项研究的潜力非常巨大。（理群）




通用电气公司成功测试包含35%

增材制造零部件的航空发动机

【据3ders网站11月1日报道】通用电气公司已经对一台35%零部件都采用增材制造的演示验证发动机进行了测试。该发动机主要用于验证增材制造技术在先进涡桨（ATP）发动机的适用性，ATP发动机将为德事隆最新研制的Cessna Denal单引擎涡桨飞机提供动力。 

航天航空领域一直在追求将增材制造作为重要技术手段。通用电气公司此次展示了一个35%增材制造零部件的发动机，无疑是航空航天领域增材制造技术应用的一个壮举，适用于ATP发动机的所有增材制造零部件将使发动机减重5%，特定燃油消耗减少1%，进一步表明了增材制造技术应用的良好效果。 

为了验证ATP发动机零部件，通用电气公司开发了CT7-2E1技术演示验证发动机——a-CT7，其在18个月内完成设计、制造和测试。该验证发动机对现有CT7（采用减材制造）发动机进行反求，全面展示出航空航天增材制造的能力，超过900个采用传统减材制造的零部件变为仅由16个增材制造零部件。虽然验证发动机不打算飞行运行，但ATP发动机零部件派生自CT7，使得经a-CT7成功测试的增材制造零部件可以集成到ATP发动机中。 

该ATP发动机将为新的Cessna Denali单引擎涡桨飞机提供动力，将比任何航空历史上生产发动机中使用的增材制造零部件都多，855个减材制造零部件将减少为12个增材制造零部件，占发动机总零件数量的35%。这些增材制造零部件包括：油底壳、轴承座、框架、排气箱、燃烧器衬套，热交换器和固定流动道部件。 

在ATP发动机中使用12个增材制造零部件标志着发动机中零部件数量比CFM LEAP发动机显著增加。CFM LEAP发动机只包含一个增材制造燃料喷嘴。然而，设计LEAP增材制造燃料喷嘴的8位工程师在a-CT7中制造了16个增材制造零部件，并且将有更多的增材制造零部件集成到下一代的演示验证发动机中。 

在通用电气公司看来，增材制造技术不仅有助于减轻发动机部件的重量，还将提高生产速度。例如，燃烧器衬套两天就可以采用增材制造成形。增材制造的另一优势是加快了测试周期。诸如ATP这样的项目，通用电气公司的一个关注重点是使硬件设备能更快地测试，而不是花费太多时间在计算机上进行模拟仿真。通过尽快对实体硬件设备进行测试，可以使用测试结果数据来帮助更好地进行设计迭代，这样可以更快设计出更好地产品。 

这一1240马力ATP涡桨发动机是通用电气公司涡桨发动机中的一个新系列，目标是瞄准公务及通用航空领域动力市场（1000~1600马力），计划在2017年底前投入运行。新的Cessna Denali飞机将由ATP提供动力，飞行距离可达到1600海里，速度高于285节。 
通用电气公司航空业务副总裁Brad Mottier最近报告说，公司已经花费了大约10亿美元来执行其整体增材制造计划。在10月份未能收购德国SLM解决方案公司后，最终收购了德国Concept Laser公司。




以上内容摘自国防科技信息网
智造家提供 查看全部

模具行业是一个跨度最大的行业，它与制造业的各个领域都发生关系。在现代社会，制造和模具是高度依存的，无数产品的部件都要通过模制(注射、吹塑和硅胶)或铸模(熔模、翻砂和旋压)来制造。无论什么应用，制造模具都能在提高效率和利润的同时保证质量。


图：麦士德福模具

CNC加工是在制造模具时最常用的技术。虽然它能够提供高度可靠的结果，但同时也非常昂贵和费时。所以很多模具制造企业也开始寻找更加有效的替代方式。而通过增材层制造制作模具也就成了一个更加具有吸引力的方法，特别是因为模具一般都属于小批量生产而且形状都比较复杂，很适合3D打印来完成。

 
目前，3D打印广泛应用于模型制作，手板和模具制作等领域。虽然贵为本世纪的前沿科技之一，但其真实面临的困境不容小觑。据业内分析，3D打印目前在许多行业存在同样的问题：首先，3D打印的成本目前还比较高;其次，同样价位上，3D打印对比传统模型精度要差很多。等到3D打印成熟和普及的时候，冲击才会形成。除了以上两大劣势，3D打印的材料实现不了其它材料--哪怕是注塑，的强度、韧性等性能。目前在应用方面，还是有很大的局限性。

 
一、模具制造能够从3D打印技术上得到什么好处吗?

 其实模具制造的以下几个环节是能够用到3D打印技术的：

 (1)成型(吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、纸浆模具、可溶性模芯、玻璃钢模具等等)

 (2)铸模(熔模、砂模、旋压等...)

 (3)成型(热成型，金属液压成型等...)

 (4)机械加工、装配和检验(固定夹具、移动夹具、模块化夹具等...)

 (5)机器人末端执行器(夹手)


图：金属粉末激光选区熔化（SLM）3D打印机，来源于汉邦激光科技


用3D打印制造模具有许多优点：

1)模具生产周期缩短

3D打印模具缩短了整个产品开发周期，并成为驱动创新的源头。在以往，由于考虑到还需要投入大量资金制造新的模具，公司有时会选择推迟或放弃产品的设计更新。通过降低模具的生产准备时间，以及使现有的设计工具能够快速更新，3D打印使企业能够承受得起模具更加频繁的更换和改善。它能够使模具设计周期，跟得上产品设计周期的步伐。


此外，有的公司自己采购了3D打印设备以制造模具，这样就进一步加快了产品开发的速度，提高了灵活性/适应性。在战略上，它提升了供应链御防延长期限和开发停滞风险的能力，比如从供应商那里获得不合适的模具。

 
2)制造成本降低

如果说当下金属3D打印的成本要高于传统的金属制造工艺的成本，那么成本的削减在塑料制品领域更容易实现。

金属3D打印的模具在一些小的、不连续的系列终端产品生产上具有经济优势(因为这些产品的固定费用很难摊销)，或者针对某些特定的几何形状(专门为3D打印优化的)更有经济优势。尤其是当使用的材料非常昂贵，而传统的模具制造导致材料报废率很高的情况下3D打印具有成本优势。

 此外，3D打印在几个小时内制造出精确模具的能力也会对制造流程和利润产生积极的影响。尤其是当生产停机和/或模具库存十分昂贵的时候。

 
最后，有时经常会出现生产开始后还要修改模具的情况。3D打印的灵活性使工程师能够同时尝试无数次的迭代，并可以减少因模具设计修改引起的前期成本。

 
图：3D打印钛合金制品（飞而康快速制造有限公司），艾邦高分子拍摄


3)模具设计的改进为终端产品增加了更多的功能性

通常，金属3D打印的特殊冶金方式能够改善金属微观结构并能产生完全致密的打印部件，与那些锻造或铸造的材料(取决于热处理和测试方向)相比其机械和物理性能一样或更好。增材制造为工程师带来了无限的选择以改进模具的设计。当目标部件由几个子部件组成时，3D打印具有整合设计，并减少零部件数量的能力。这样就简化了产品组装过程，并减少了公差。

此外，它能够整合复杂的产品功能，使高功能性的终端产品制造速度更快、产品德缺陷更少。例如，注塑件的总体质量要受到注入材料和流经工装夹具的冷却流体之间热传递状况的影响。如果用传统技术来制造的话，引导冷却材料的通道通常是直的，从而在模制部件中产生较慢的和不均匀的冷却效果。

而3D打印可以实现任意形状的冷却通道，以确保实现随形的冷却，更加优化且均匀，最终导致更高质量的零件和较低的废品率。此外，更快的除热显著减少了注塑的周期，因为一般来说冷却时间最高可占整个注塑周期的70%。
 

4)优化工具更符合人体工学和提升最低性能

3D打印降低了验证新工具(它能够解决在制造过程中未能满足的需求)的门槛，从而能够在制造中投入更多移动夹具和固定夹具。传统上，由于重新设计和制造它们需要相当的费用和精力，所以工具的设计和相应的装置总是尽可能地使用更长的时间。随着3D打印技术的应用，企业可以随时对任何工具进行翻新，而不仅限于那些已经报废和不符合要求的工具。

由于需要很小的时间和初始成本，3D打印使得对工具进行优化以获得更好的边际性能变得更加经济。于是技术人员可以在设计的时候更多地考虑人体工学，以提高其操作舒适性、减少处理时间，以及更加方便易用易于储存。虽然这样做有可能只是减少了几秒钟的装配操作时间，但是架不住积少成多。此外优化工具设计，也可以减少零件的废品率。

 
5)定制模具帮助实现最终产品的定制化

更短的生产周期、制造更为复杂几何形状、以及降低最终制造成本的能力，使得企业能够制造大量的个性化工具来支持定制部件的制造。3D打印模具非常利于定制化生产，比如医疗设备和医疗行业。它能够为外科医生提供3D打印的个性化器械，如外科手术导板和工具，使他们能够改善手术效果，减少手术时间。

 

二、3D打印会取代模具制造业吗?

据前瞻产业研究院发布的《2015-2020年中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》，2010年时全球3D打印产业的市场规模接近13.25亿美元，2011年这一数字增长至17.14亿美元，但到2013年这一数字直接飙升至40亿美元，同比2012年的22.04亿上涨了81.49%。

 面对3D打印行业发展趋势，不少人担忧3D打印将直接取代模具制造业。

 相比于3D打印来说，模具制造的工艺流程需要经过审图、模架加工、模芯加工、电极加工、模具零件加工、检验装备、飞模之后才能进行生产，工艺流程要复杂的多。而3D打印经过建模软件建模后，再截图“切片”给打印机读取横截图信息即可进行打印生产。

 不过也有业内人士表示，在3D打印尚出于初步阶段，对于压铸模和压铸件的模具企业来说，尚未构成威胁。前瞻产业研究院分析师孙海红认为，目前的3D打印技术并不适合批量生产，3D打印生产单件模型的成本和生产上万件模具的成本基本相似，而传统模具制造企业一旦规模化生产，就能显现出优势。

 
而且模具制造企业的生产时间要比3D打印的生产时间要少得多。尽管模具生产的前期准备比较多，但一旦万事俱备，仅需几秒钟就可以生产出一个产品，但现阶段的3D打印机却需要3个小时乃至更长的时间才能生产出一件产品。所以，现阶段3D打印很难在批量化生产环节中取代模具制造业。

 
不少企业家对于3D打印替代模具制造业的问题看得更为乐观，虽然二者存在相似性，但未必一定是生死存亡的关系。未来3D打印技术成熟，反而可以为模具制造企业所用，企业利用3D打印技术生产低效益的产品，而将模具制造技术用于生产附加值高、精密制造的产品，比如航空航天器械和医疗器械，从而实现整个产业的转型升级。

 
文章来源于《模具工程》 查看全部

2016年11月3日20时43分，我国最大推力新一代运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场点火升空。约30分钟后，载荷组合体与火箭成功分离，进入预定轨道，火箭首飞任务圆满成功。其中有个重要部件是3D打印的钛合金！

长征五号是无毒无污染绿色环保型新一代运载火箭的基本型，采用5米直径芯级，捆绑4枚3.35米直径助推器，全长约57米，起飞重量约870吨，起飞推力超过1000吨，拥有近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力。

南极熊了解到，长征五号在研制过程中首次全面采用了先进的数字化设计，开创了火箭型号数字化研制的先河。值得一提的是，其主承力构件 — 钛合金芯级捆绑支座 — 竟然是3D打印出来的 — 不过它的强度不但不比用传统方法制造出来的高强钢支座低，反而更高，而且重量还轻了30%，加工速度也更快。在中国北京，有一个叫中航迈特的金属3D打印粉末材料厂商，生产的钛合金材料质量已经很好，甚至在某些性能指标上媲美国外进口产品。南极熊相信，中国自主的高端3D打印技术，应用于航空航天，已经逐渐进入全球前列。据南极熊了解，这项成就是由中国航天科技集团公司一院211厂利用激光同步送粉3D打印技术实现的，是这种技术在制造大型主承力部段关键构件上的首次应用，对拓展3D打印技术在火箭结构制造上的应用、丰富大型难加工金属结构件制造手段具有重要意义。

据悉，捆绑支座为运载火箭主承力构件，综合力学性能要求高，目前主要采用加工性能较好的高强钢，通过锻造再机加的方式成形。但这一加工方式存在材料去除量大、加工周期长等问题。

面对新型号减重的迫切需求，该厂提出采用具有更高比强度的钛合金材料，利用激光同步送粉3D打印工艺，实现捆绑支座的整体成形。经过系统工艺研究，该厂试制的产品顺利通过了成分、组织性能、表面质量及内部质量等各类检测，整体综合性能达到锻件水平，且较原设计减重30%。 查看全部

   我们知道，3D打印将改变整个供应链。我们可以从网上下载简单的设计打印基本的产品。随着3D打印技术的成熟，我们将不必担心订购产品和物流的问题和成本。

   Steve Sammartino是一个未来主义者，他认为3D打印可能带来第四次工业革命，3D打印将会给澳大利亚偏远地区的人带来更多的自由，给他们提供更高质量的生活。

   他说到，在狩猎时代，长矛和原始的工具定义了当时的生活内容，包括如何工作、在什么地方居住，而且我们只能群居。农业时代，我们住在农场和村庄里，工业革命期间，我们搬到了城市。但是现在的芯片时代，我们第一次可以将劳动力和位置分开，即同一个工作，只要有台电脑，我们可以在任何一个地方工作。我们可以在任何一个地方生活，而且互联网也给偏远地区提供了机会。

   澳大利亚是一个幅员辽阔的国家，大部分地区处于技术落后的状态。根据政府的数据，86%的土地上只有3%的人口。政府采取了一项雄心勃勃的计划，保证即使最偏远的地方也有一定数量的卫星，从来使当地拥有强大的网络。他们的目标是在2020年前完成这个计划。

   思想变化、全球经济的衰退和利润率的不断下降已经影响到农业地区。但一致的网络连接给了当地人更多选择，可能还会鼓励企业建立到澳大利亚最偏远的地区。

   拥有网络之后，当地人可以下载3D文件，就地创建产品或工具。而如果是递送到他们家的话，可能需要几天甚至几周。暂时可能不会每一家都有一台金属3D打印机，但每个村庄或社区很可能都会有一个3D打印设施，人们可以打印他们所需要的产品。

   极光实验室（Aurora Lab）等机构正加紧生产一种新的3D打印机，来满足不断增长的需求。这些机器可以创建固体金属制品，并且成本不超过4万美元。它未必赶得上金属3D打印机，但在这个价格范围内，有望给当地带来更好的生活。

   比如，农民的水泵损坏了，那么在当天就可以打印零件进行修复，而不是为了零件等待几周。当地的医生和牙医也可以创建定制的夹板和石膏，以及临时植入物和快速固件，来帮助病人度过暂时的困境，指导长期性物品运送过来。

   我们可以设想一下理想状态：如果网络遍布全球，3D打印技术也极度成熟，那么位置的物理意义将进一步削弱。夸张地说，只要有3D打印机和互联网，在大城市和偏远乡村的差别将微乎其微。

   可以看出，3D打印是解决偏远地区需求的良方。中国也有很多地广人稀的偏远地区，可以预见，如果3D打印技术成熟的话，那么在这方面将有很大的需求量。

   加拿大的创业者兼温莎大学博士生KyleBassett也曾设计了一种方案：可以通过3D打印小型风力涡轮机产生可以满足基本需求的足够电力，比如给手机充电等。

   他说，“我硕士学位毕业后在中美洲偏远地区住了约18个月，看到了整个发展中国家对于5V的USB电源的迫切需求。我们希望通过提供可持续的能源设备来帮助解决这些问题，而风力发电机是我们的第一个项目。建立多个风力涡轮机只是我们的第一步，目前我们还正在开发3D打印的水轮机、甚至是热电系统的组件。”

   他认为，在当地条件下，3D打印将是最适合生产这些机器的一种制造工艺。他的原型大部分都是3D打印的，包括整个机架、转子连接器、叶片中轴和叶片的末端。“基本上所有这些零件如果通过其他手段来制造的话，将是非常最困难和昂贵的。”

   2015年巴黎气候变化大会上，波兰3D打印机制造商Omni3D展示了一种基于3D打印的可再生能源解决方案。他们设计的3D打印微型风力涡轮机可以解决偏远地区的能源问题。因为它们成本低，易于传送到世界遥远的角落，而且属于可再生能源。

   这种3D打印的风力涡轮机上的叶片有半米高，使用ABS材料制成，为了节省材料，叶片内部设置了蜂窝状结构。最终的叶片结构由93％的空气组成，这比机加工的部件更加经济和有效。“工业级3D打印技术为铣削车间制更便宜、更快、更方便地制造零部件提供了机会。”Omni3D公司的Konrad Sierzputowski解释说。 查看全部

   即使最乐观的未来学家也会告诉你，未来的几代人将要面临严峻的挑战。自然资源减少、气温升高，而人口不断增加，这些因素将从根本上摧毁我们对生态系统的认知。而那些乐观的未来学家之所以乐观，是因为他们相信科学家总会想到办法解决这些问题的.

   针对这些问题，谢菲尔德大学Mihai Chiriac提出了一种未来的住房概念：3D打印的“水培家园”。它可以在城市地区创造微型的生态系统，甚至可以维持蔬菜和鱼的生长。

   这个引人注目的概念在10月初的生态民居设计大赛上成为焦点，最终收获了一个荣誉奖。金奖获得者是一个“海藻”概念的设计。但是，Mihai Chiriac的概念却更有吸引力，因为他设想的房屋建材是回收的塑料，并创建称一个完全自给自足的生活环境。

   解决问题的关键在于，他创造了一个闭环的水培系统，是一个水栽培和水养殖的共同体。这个三层级的3D打印的房子本质上是一个水培环境——在上面带有水槽的种植床上进行无土栽培。水槽里还可以进行水产养殖，里面有食用鱼。鱼缸的废物（包括植物做成的食物的残余）转化成植物需要的富营养盐，从而形成一个食物链的闭环。事实上，相比于其他的农业形式，这种形式每平方英尺会生产更多的食物。

   同时，这些植物为里面的居住者创造了一个健康、绿色的生活环境，这提供了一种逃离当今糟糕的城市空间的方式。据Chiriac解释，选择3D打印也是出于这样的逻辑。“建筑使用新颖的结构建造，这就要求使用轻量的活性弯曲的水培塔，里面有成长的农作物和鱼。”在这个塔中嵌入3D打印的居住单元，打印的材料源于室内的植物淀粉做成的生化塑料。未来这种灵活的房子将由Rep-Rap3D打印机打印成型，建材则是机器人制造的碳化加强的生化塑料棒和压制成的生化塑料板。

   这是一个全新而有趣的概念，完全不同与之前我们所见的3D打印混凝土结构的方案。那些3D打印混凝土方案完全无助于城市房屋拆迁后土地的再利用，以及有限空间的更高效的利用。城市越来越多的人口将让城市土地空间面临很大的压力。






   3D 打印的这些可持续的材料，不仅高效地利用了这些空间，也在不引入更多垃圾的情况下除去一个区域里原有垃圾上迈出了第一步。居民的垃圾可以转化成生化材料，供邻里街坊使用。Chiriac说道：“类似于水培系统，它使得从摇篮到摇篮的生活方式成为可能。在这个系统里面，新鲜的有机食品和建筑材料将由居民在内部生产。”


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