3D打印

3D打?。?DP）又稱增材制造技術(shù)1（Additive Manufacturing Technologies，AM），是一種依據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)通過逐層材料累加的方法制造實體零件的技術(shù)。

3D打印技術(shù)的歷史發(fā)展是一個不斷進步和拓展的過程。從早期的快速成型技術(shù)到如今的廣泛應(yīng)用，3D打印技術(shù)在珠寶設(shè)計、鞋類設(shè)計與制造、工業(yè)設(shè)計、建筑設(shè)計、工程設(shè)計與施工、汽車設(shè)計與制造等設(shè)計與制造領(lǐng)域，以及航空航天、牙科等醫(yī)療領(lǐng)域都有所應(yīng)用2。

2019年1月14日，美國加州大學(xué)圣迭戈分校首次利用快速3D打印技術(shù)，制造出模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的脊髓支架，成功幫助大鼠恢復(fù)了運動功能3。

2020年5月5日，中國首飛成功的長征五號B運載火箭上，搭載著“3D打印機”。這是中國首次太空3D打印實驗，也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強復(fù)合材料的3D打印實驗4。

歷史發(fā)展

在20世紀(jì)80年代，早期的3D打印技術(shù)開始嶄露頭角。這一階段的技術(shù)被稱為快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping），其核心理念是根據(jù)數(shù)字模型將物體逐層打印出來，以實現(xiàn)快速制造原型。在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初的中期發(fā)展階段開始逐漸成熟，不僅應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計、模型制作和原型制造，還開始滲透到醫(yī)療、航空、汽車和建筑等領(lǐng)域。進入21世紀(jì)后，3D打印技術(shù)取得了更為顯著的突破，不僅能夠打印出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和精密的零部件，還可以實現(xiàn)多材料、多色彩的打印。這使得3D打印在制造業(yè)、醫(yī)療、航空航天、等多個領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛和深入。

1986年，美國科學(xué)家Charles Hull開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機。

1993年，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)專利。

1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得唯一授權(quán)并開始開發(fā)3D打印機。

2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

2010年11月，美國Jim Kor團隊打造出世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世。

2011年6月6日，發(fā)布了全球第一款3D打印的比基尼。

2011年7月，英國研究人員開發(fā)出世界上第一臺3D巧克力打印機。

2011年8月，南安普敦大學(xué)的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機。

2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。

2013年10月，全球首次成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術(shù)品。

2013年11月，美國德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”(SolidConcepts)設(shè)計制造出3D打印金屬手槍。

2018年8月1日起，3D打印槍支將在美國合法，3D打印手槍的設(shè)計圖也將可以在互聯(lián)網(wǎng)上自由下載。

2018年12月10日，俄羅斯宇航員利用國際空間站上的3D生物打印機，設(shè)法在零重力下打印出了實驗鼠的甲狀腺。

2019年1月14日，美國加州大學(xué)圣迭戈分校在《自然·醫(yī)學(xué)》雜志發(fā)表論文，首次利用快速3D打印技術(shù)，制造出模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的脊髓支架，在裝載神經(jīng)干細胞后被植入脊髓嚴(yán)重受損的大鼠脊柱內(nèi)，成功幫助大鼠恢復(fù)了運動功能。該支架模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，呈圓形，厚度僅有兩毫米，支架中間為H型結(jié)構(gòu)，周圍則是數(shù)十個直徑200微米左右的微小通道，用于引導(dǎo)植入的神經(jīng)干細胞和軸突沿著脊髓損傷部位生長。

2019年4月15日，以色列特拉維夫大學(xué)研究人員以病人自身的組織為原材料，3D打印出全球首顆擁有細胞、血管、心室和心房的“完整”心臟，這在全球尚屬首例**（3D打印心臟）**。

2022年3月，加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)（UBC）的科學(xué)家利用3D技術(shù)打印出人類睪丸細胞，并發(fā)現(xiàn)其有希望產(chǎn)生精子的早期跡象，世界上尚屬首次。

2022年4月，一項新3D打印系統(tǒng)發(fā)表在《自然》雜志上，這項新3D打印系統(tǒng)是由美國研究人員開發(fā)的一種在固定體積的樹脂內(nèi)打印3D物體的方法。打印物體完全由厚樹脂支撐，就像一個動作人偶漂浮在一塊果凍的中心，可從任何角度進行添加。可更輕松地打印日益復(fù)雜的設(shè)計作品，同時節(jié)省時間和材料。

2022年6月，據(jù)外媒報道，一名來自墨西哥的20歲女性成為世界第一個通過3D打印技術(shù)成功進行耳朵移植的人。

2022年11月，央視軍事報道“3D打印技術(shù)在飛機上的應(yīng)用我們已達到規(guī)?；?、工程化處于世界領(lǐng)先位置”。

2022年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)重慶研究院項目負責(zé)人、博士生導(dǎo)師楊治華帶領(lǐng)團隊圍繞“先進陶瓷及其智能制造技術(shù)”取得重大突破，掌握了結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷及其器件制備核心技術(shù)，特別是攻克了陶瓷3D打印“定制化”關(guān)鍵技術(shù)，能夠針對不同器件和需求進行規(guī)?；庸どa(chǎn)。

2023年，俄羅斯門捷列夫化工大學(xué)開發(fā)出一種新的生物聚合物多相3D打印技術(shù)。

2023年4月，3D打印首次在線蟲體內(nèi)造電路。

2023年5月，以色列的一個食品科技公司成功地用 3D 打印技術(shù)制造出了世界首塊人造魚肉，而且口感和真魚無異。

2023年6月消息，包括澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)、悉尼大學(xué)在內(nèi)的國際研究團隊將合金和3D打印工藝結(jié)合在一起，創(chuàng)造出了一種新的鈦合金，這種合金在拉伸下堅固而不脆。

2025年1月，河鋼工業(yè)技術(shù)在增材制造領(lǐng)域率先推出3D打印大層厚透氣鋼，各項性能指標(biāo)均達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，實現(xiàn)國內(nèi)首發(fā)。

技術(shù)分類和原理

各種各樣的3D打印技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來，具有不同的功能。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F2792 ， ASTM將3D打印技術(shù)分為七大類，包括粘結(jié)噴射、定向能沉積、材料擠壓、材料噴射、粉末床熔融、片材層壓和還原光聚合26。

粘結(jié)噴射. Binder jetting

粘結(jié)劑噴射是一種快速成型和3D打印工藝，將化學(xué)粘結(jié)劑噴射到涂覆的粉末上形成粘結(jié)層。粘合噴射可以打印各種材料，包括金屬，砂，聚合物，雜化和陶瓷。有些材料如沙子不需要額外的加工。此外，粘合劑噴射過程簡單，快速和廉價的粉末顆粒粘在一起,有能力打印非常大的產(chǎn)品。

定向能沉積Directed energy deposition

定向能沉積是一種更復(fù)雜的打印工藝，通常用于修復(fù)或向現(xiàn)有組件添加額外材料?？捎糜谔沾?，聚合物，但通常用于金屬和金屬基混合物，以電線或粉末形式的打印。

材料擠壓Materials extrusion

基于材料擠壓的3D打印技術(shù)可用于塑料、食品或活細胞的多材料、多色打印。熔融沉積建模(FDM)是材料擠壓系統(tǒng)的第一個例子。FDM是在1990年初發(fā)展起來的，該方法以聚合物為主要材料。FDM通過加熱和擠壓熱塑性長絲，從底部到頂部逐層構(gòu)建零件。

材料噴射Materials jetting

材料噴射是一種3D打印過程，其中一滴一滴地選擇性沉積建筑材料。在材料噴射中，打印頭將固化的光敏材料滴入，在紫外線(UV)光下逐層構(gòu)建零件。

粉末床熔融Powder bed fusion

粉末床熔融工藝包括電子束熔化(EBM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)和選擇性熱燒結(jié)(SHS)打印技術(shù)。這種方法使用電子束或激光將材料粉末熔化或融合在一起。在這個過程中使用的材料的例子是金屬，陶瓷，聚合物，復(fù)合材料和混合材料。

片材層壓Sheet lamination

片材復(fù)合是將材料片材粘合在一起，產(chǎn)生物體的一部分的3D打印過程。使用該工藝的3D打印技術(shù)的例子是層壓對象制造(LOM)和超聲增材制造(UAM)。

還原光聚合Vat Photopolymerization

常用的主要3D打印技術(shù)是光聚合，通常是指使用激光、光或紫外線(UV)固化光反應(yīng)性聚合物。在SLA中，它受到光引發(fā)劑和輻照暴露特定條件以及任何染料、顏料或其他添加的紫外線吸收劑的影響。還原光聚合的重要參數(shù)是曝光時間、波長和功率。最初使用的材料是液體，當(dāng)液體暴露在紫外線下會變硬。

打印過程

增材制造的一般工藝流程為:首先利用計算機輔助建模軟件(如CAD軟件)設(shè)計一個所需的三維模型。然后用切片軟件對此模型進行數(shù)據(jù)處理，3D打印機將會在多種成型原理中選擇一種成型方式，根據(jù)這些工作路徑對原材料進行逐層打印。當(dāng)二維薄片逐層堆疊在一起后，設(shè)計好的三維模型就制造成型了。最后，將打印好的模型取下后還需要進行后處理，一般包括清洗和固化兩個步驟。

三維設(shè)計

三維打印的設(shè)計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機逐層打印。設(shè)計軟件和打印機之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。

切片處理

切片軟件將三維模型按照設(shè)定的層厚進行切片，將模型劃分為一系列的水平層。每一層都被轉(zhuǎn)換為一個二維圖像，描述了該層在打印時需要填充或構(gòu)建的區(qū)域。在切片軟件中，可以調(diào)整模型在打印平臺上的位置和角度，以優(yōu)化打印效果和節(jié)省材料。

逐層打印

打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素/英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當(dāng)然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的三維打印機就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。

有些技術(shù)可以同時使用多種材料進行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶物）作為支撐物。

后處理

將打印好的模型取下后進行后處理，包括清洗固化，打磨，機械拋光，化學(xué)拋光，上色等步驟。

限制因素

材料的限制

雖然高端工業(yè)印刷可以實現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印， 但無法實現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機也還沒有達到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。

研究者們在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進展，但除非這些進展達到成熟并有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。

機器的限制

3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和機能上已經(jīng)獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是那些運動的物體和它們的清晰度就難以實現(xiàn)了。這個困難對于制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術(shù)想要進入普通家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那么機器的限制就必須得到解決才行。

知識產(chǎn)權(quán)的憂慮

在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)注變得越來越多。3D打印技術(shù)也會涉及到這一問題，因為現(xiàn)實中的很多東西都會得到更 加廣泛的傳播。人們可以隨意復(fù)制任何東西，并且數(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)用來保護知識產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現(xiàn)泛濫的現(xiàn)象。

道德的挑戰(zhàn)

道德是底線。什么樣的東西會違反道德規(guī)律是很難界定的，如果有人打印出生物器官和活體組織，在不久的將來會遇到極大的道德挑戰(zhàn)。

花費的承擔(dān)

3D打印技術(shù)需要承擔(dān)的花費是高昂的。第一臺3D打印機的售價為1萬5。如果想要普及到大眾，降價是必須的，但又會與成本形成沖突。

每一種新技術(shù)誕生初期都會面臨著這些類似的障礙，但相信找到合理的解決方案3D打印技術(shù)的發(fā)展將會更加迅速，就如同任何渲染軟件一樣，不斷地更新才能達到最終的完善。

社會評價

3D打印技術(shù)是無法應(yīng)用于大量生產(chǎn)，所以有些專家鼓吹3D打印是第三次工業(yè)革命，這個說法只是個噱頭。富士康為蘋果代工生產(chǎn)iPhone已經(jīng)多年。郭臺銘以3D打印制造的手機為例，說明3D打印的產(chǎn)品只能看不能用，因為這些產(chǎn)品上不能加上電子元器件，無法為電子產(chǎn)品量產(chǎn)。3D打印即使不生產(chǎn)電子產(chǎn)品，但受材料的限制，可以生產(chǎn)的其他產(chǎn)品也很少，“即使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，也無法量產(chǎn)，而且一摔就碎。

“3D打印的確更適合一些小規(guī)模制造，尤其是高端的定制化產(chǎn)品，比如汽車零部件制造。雖然主要材料還是塑料，但未來金屬材料肯定會被運用到3D打印中來，”克倫普說，3D打印技術(shù)先后進入了牙醫(yī)、珠寶、醫(yī)療行業(yè)，未來可應(yīng)用的范圍會越來越廣。2014年11月末，3D打印技術(shù)被《時代》周刊為2014年25項年度最佳發(fā)明。對消費者和企業(yè)而言，這是個福音。僅在過去一年中，中學(xué)生們3D打印了用于物理課實驗的火車車廂，科學(xué)家們3D打印了人類器官組織，通用電氣公司則使用3D打印技術(shù)改進了其噴氣引擎的效率。美國三維系統(tǒng)公司的3D打印機能打印糖果和樂器等，該公司首席執(zhí)行官阿維·賴興塔爾說:“這的確是一種巧奪天工的技術(shù)?！?/p>

應(yīng)用領(lǐng)域

國際空間

2018年12月3日，這臺名為Organaut的突破性3D打印裝置，執(zhí)行“58號遠征”（Expedition 58）任務(wù)的“聯(lián)盟MS-11”飛船送往國際空間站。打印機由Invitro的子公司“3D生物打印解決方案”（3D Bioprinting Solutions）公司建造。Invitro隨后收到了從國際空間站傳回的一組照片，通過這些照片可以看到老鼠甲狀腺是如何被打印出來的。美國計劃于2019年春季將生物打印機送上國際空間站。

2020年5月5日，中國首飛成功的長征五號B運載火箭上，搭載著新一代載人飛船試驗船，船上還搭載了一臺“3D打印機”。這是中國首次太空3D打印實驗，也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強復(fù)合材料的3D打印實驗。

2024年6月20日消息，歐洲空間局科學(xué)家首次借助3D金屬打印技術(shù)，在國際空間站上成功打印出一條小型S曲線。這一突破標(biāo)志著在軌制造領(lǐng)域的巨大飛躍。38

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(shù)快速制造艦艇零件，希望借此提升執(zhí)行任務(wù)速度并降低成本。

2014年6月24日至6月26日，美海軍在作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)活動中舉辦了第一屆制匯節(jié)，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(guān)人員介紹了3D打印及增材制造技術(shù)。

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

美國海軍作戰(zhàn)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(yīng)鏈現(xiàn)存的漏洞，以及面臨的資源約束，先進制造與3D打印的應(yīng)用越來越廣，他們設(shè)想了一個由技術(shù)嫻熟的水手支持的先進制造商的全球網(wǎng)絡(luò)，找出問題并制造產(chǎn)品。

航天科技

2014年9月底，NASA預(yù)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(shù)制造。NASA也因此成為首家嘗試使用3D打印技術(shù)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(wèi)星（CubeSat，一款微型衛(wèi)星）當(dāng)中。據(jù)了解，這款太空望遠鏡的外管、外擋板及光學(xué)鏡架全部作為單獨的結(jié)構(gòu)直接打印而成，只有鏡面和鏡頭尚未實現(xiàn)。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(shù)制造4個零件即可，相比而言，傳統(tǒng)制造方法所需的零件數(shù)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(tǒng)制作方法在一個零件中所無法實現(xiàn)的。

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(fā)動機某個組件的性能，由于噴射器內(nèi)液態(tài)氧和氣態(tài)氫一起混合反應(yīng)，這里的燃燒溫度可達到6000華氏度，大約為3315攝氏度，可產(chǎn)生2萬磅的推力，約為9噸左右，驗證了3D打印技術(shù)在火箭發(fā)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(fā)動機測試條件，工程師可驗證3D打印部件在點火環(huán)境中的性能

制造火箭發(fā)動機的噴射器需要精度較高的加工技術(shù)，如果使用3D打印技術(shù)，就可以降低制造上的復(fù)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。火箭發(fā)動機中的噴射器內(nèi)有數(shù)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(shù)測試成功后將用于制造RS-25發(fā)動機，其作為美國宇航局未來太空發(fā)射系統(tǒng)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(shù)在火箭發(fā)動機噴油器上應(yīng)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(shè)計與制造，并提高系統(tǒng)的性能，更重要的是可以節(jié)省時間和成本，不太容易出現(xiàn)故障。本次測試中，兩具火箭噴射器進行了點火，每次5秒，設(shè)計人員創(chuàng)建的復(fù)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(fā)燒友團隊用3D打印技術(shù)制出了一枚火箭，他們還準(zhǔn)備讓這個世界上第一個打印出來的火箭升空。該團隊于當(dāng)?shù)貢r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(shù)制造出的火箭。團隊隊長海恩斯說，有了3D打印技術(shù)，要制造出高度復(fù)雜的形狀并不困難。就算要修改設(shè)計原型，只要在計算機輔助設(shè)計的軟件上做出修改，打印機將會做出相對的調(diào)整。這比之前的傳統(tǒng)制造方式方便許多。既然美國宇航局已經(jīng)在使用3D打印技術(shù)制造火箭的零件，3D打印技術(shù)的前景是十分光明的。

據(jù)介紹，這個名為“低軌道氦輔助導(dǎo)航”的工程項目由一家德國數(shù)據(jù)分析公司贊助。打印出的這枚火箭重3公斤，高度相當(dāng)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(fā)射該火箭。一個裝滿氦的巨型氣球?qū)鸦鸺嵘?0000米高空，裝置在火箭里的全球定位系統(tǒng)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(tǒng)將引導(dǎo)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(wǎng)2015年4月21日報道，NASA工程人員正通過利用增材制造技術(shù)制造首個全尺寸銅合金火箭發(fā)動機零件以節(jié)約成本，NASA空間技術(shù)任務(wù)部負責(zé)人表示，這是航空航天領(lǐng)域3D打印技術(shù)應(yīng)用的新里程碑。

2015年6月22日報道，國營企業(yè)俄羅斯技術(shù)集團公司以3D打印技術(shù)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(xù)航能力1至1.5小時。

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

2016年4月19日，中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院3D打印技術(shù)研究中心對外宣布，經(jīng)過該院和中科院空間應(yīng)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(nèi)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(huán)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(shù)量和運營成本，降低空間站對地面補給的依賴性。

2023年3月22日，美國相對航天公司在佛羅里達州卡納維拉爾角發(fā)射一枚“3D打印火箭”，但火箭未能進入預(yù)定軌道。這枚火箭高約33.5米，包括發(fā)動機在內(nèi)，火箭85%的組件由合金金屬材料3D打印而成，為全球首例。

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

醫(yī)學(xué)界的3D打印是根據(jù)患者需求進行個性化護理的優(yōu)秀工具，可同時簡化醫(yī)生、護士、藥劑師等專業(yè)人員的操作。配備3D打印機的未來醫(yī)院將能復(fù)制數(shù)萬個醫(yī)療設(shè)備的模型，其中包含描述制造過程的技術(shù)文件和產(chǎn)品符合要求的驗證。目前，3D打印在醫(yī)療保健行業(yè)中的一些應(yīng)用主要是打印設(shè)備（輔助設(shè)備、注射器、手術(shù)器械）；打印解剖結(jié)構(gòu)以方便術(shù)前培訓(xùn)；打印定制部件（假肢、牙冠、移植物）以及生物打印。

3D打印肝臟模型

日本筑波大學(xué)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(fā)出用3D打印機低價制作可以看清血管等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的肝臟立體模型的方法。據(jù)稱，該方法如果投入應(yīng)用就可以為每位患者制作模型，有助于術(shù)前確認手術(shù)順序以及向患者說明治療方法。

這種模型是根據(jù)CT等醫(yī)療檢查獲得患者數(shù)據(jù)用3D打印機制作的。模型按照表面外側(cè)線條呈現(xiàn)肝臟整體形狀，詳細地再現(xiàn)其內(nèi)部的血管和腫瘤。

由于肝臟模型內(nèi)部基本是空洞，重要血管等的位置一目了然。據(jù)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(shù)制作的內(nèi)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(xiàn)肝臟模型的實際應(yīng)用，另一方面將推進對胰臟等器官模型制作技術(shù)的研發(fā)。

3D打印頭蓋骨

2014年8月28日，46歲的周至農(nóng)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(dāng)?shù)蒯t(yī)院手術(shù)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”。

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(yī)生為幫其恢復(fù)形象，采用3D打印技術(shù)輔助設(shè)計缺損顱骨外形，設(shè)計了鈦金屬網(wǎng)重建缺損顱眶骨，制作出缺損的左“腦蓋”，最終實現(xiàn)左右對稱。

醫(yī)生稱手術(shù)約需5至10小時，除了用鈦網(wǎng)支撐起左邊腦蓋外，還需要從腿部取肌肉進行填補。手術(shù)后，胡師傅的容貌將恢復(fù)，至于語言功能還得術(shù)后看恢復(fù)情況。

3D打印脊椎植入人體

2014年8月，北京大學(xué)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(jù)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(yī)生不得不選擇移除掉腫瘤所在的脊椎。不過，這次的手術(shù)比較特殊的是，醫(yī)生并未采用傳統(tǒng)的脊椎移植手術(shù)，而是嘗試先進的3D打印技術(shù)。

研究人員表示，這種植入物可以跟現(xiàn)有骨骼非常好地結(jié)合起來，而且還能縮短病人的康復(fù)時間。由于植入的3D脊椎可以很好地跟周圍的骨骼結(jié)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(shè)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(fā)生松動的情況。

3D打印手掌治療殘疾

2014年10月，醫(yī)生和科學(xué)家們使用3D打印技術(shù)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(yī)生和科學(xué)家的合作下，為她設(shè)計了專用假肢并成功安裝。

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(yī)院的埃米爾·巴查博士(Dr.Emile Bacha)醫(yī)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(nèi)部制造“大量的洞”。在過去，這種類型的手術(shù)需要停掉心臟，將其打開并進行觀察，然后在很短的時間內(nèi)來決定接下來應(yīng)該做什么。

但有了3D打印技術(shù)之后，巴查醫(yī)生就可以在手術(shù)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(shù)當(dāng)中到底應(yīng)該做什么。這名嬰兒原本需要進行3-4次手術(shù)，而現(xiàn)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。

巴查醫(yī)生說，他使用了嬰兒的MRI數(shù)據(jù)和3D打印技術(shù)制作了這個心臟模型。整個制作過程共花費了數(shù)千美元，不過他預(yù)計制作價格會在未來降低。

3D打印技術(shù)能夠讓醫(yī)生提前練習(xí)，從而減少病人在手術(shù)臺上的時間。3D模型有助于減少手術(shù)步驟，使手術(shù)變得更為安全。

2015年1月，在邁阿密兒童醫(yī)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(tǒng)薄弱，如果不實施矯正手術(shù)僅能存活數(shù)周甚至數(shù)日。

心血管外科醫(yī)生借助3D心臟模型的幫助，通過對小女孩心臟的完全復(fù)制3D模型，成功地制定出了一個復(fù)雜的矯正手術(shù)方案。最終根據(jù)方案，成功地為小女孩實施了永久手術(shù)，現(xiàn)在小女孩的血液恢復(fù)正常流動，身體在治療中逐漸恢復(fù)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(shù)制備的SPRITAM（左乙拉西坦，levetiracetam）速溶片得到美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）上市批準(zhǔn)，并將于2016年正式售賣。這意味著3D打印技術(shù)繼打印人體器官后進一步向制藥領(lǐng)域邁進，對未來實現(xiàn)精準(zhǔn)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(chǎn)權(quán)的ZipDose3D打印技術(shù)。

通過3D打印制藥生產(chǎn)出來的藥片內(nèi)部具有豐富的孔洞，具有極高的內(nèi)表面積，故能在短時間內(nèi)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(shè)想主要針對病人對藥品數(shù)量的需求問題，可以有效地減少由于藥品庫存而引發(fā)的一系列藥品發(fā)潮變質(zhì)、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(xiàn)為病人量身定做藥品的夢想。

3D打印胸腔

最近科學(xué)家們?yōu)閭鹘y(tǒng)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(dāng)中。醫(yī)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(fā)并發(fā)癥。澳大利亞的CSIRO公司創(chuàng)造了一種鈦制的胸骨和肋骨，與患者的幾何學(xué)結(jié)構(gòu)完全吻合。

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

3D血管打印機

2015年10月，中國863計劃3D打印血管項目取得重大突破，世界首創(chuàng)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(xiàn)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(jié)構(gòu)、多層不同種類細胞，這是世界首創(chuàng)。

美3D打印生物工程脊髓

2018年8月，美國明尼蘇達大學(xué)研究人員開發(fā)出一種新的多細胞神經(jīng)組織工程方法，利用3D打印設(shè)備制出生物工程脊髓。研究人員稱，該技術(shù)有朝一日或可幫助長期遭受脊髓損傷困擾的患者恢復(fù)某些功能。

美3D打印心臟肌泵

2020年7月，美國明尼蘇達大學(xué)研究人員在最新一期《循環(huán)研究》雜志上發(fā)表報告稱，他們在實驗室中用人類細胞3D打印出了功能正常的厘米級人體心臟肌泵模型。研究人員稱，這種能夠發(fā)揮正常功能的心臟肌泵模型系統(tǒng)對于心臟病研究來說具有重要意義，而他們的成果向制造人類心臟這樣的大型腔室模型邁出了關(guān)鍵一步。

3D打印乳腺癌腫瘤模型

2022年，美國科學(xué)家首次成功地對乳腺癌腫瘤進行了3D生物打印。

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(qū)內(nèi)交付使用，作為當(dāng)?shù)貏舆w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(shè)計的圖紙和方案，經(jīng)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(jīng)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(nèi)完工。在建中的“運河住宅”已經(jīng)成了公共博物館，美國總統(tǒng)奧巴馬曾經(jīng)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(biāo)是“能夠提供定制的房屋。”