顶流黑科技，跨圈进行时
1892年，居住在芝加哥、具有奥匈背景的Joseph E. Blanther获得美国分层制作地形浮雕图专利。这是早期层叠制造思路之一，并非现代3D打印的单一起点。Charles Hull于1980年代发展光固化成型；3D Systems在1986年成立，并于1987年商业化SLA-1。2012年《经济学人》关于第三次工业革命的报道进一步推动大众关注。
从诞生到现在已经跨越了3个世纪的3D打印技术，也被称为：“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。
游走于现实与虚幻之间的3D打印技术，跨越历史与时间的阻隔，冲破技术与伦理的限制，正在将许许多多的不可能化为可能！
“焕发生机”的古老黑科技
#01：古老的技术，神奇的墨水
3D打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。
3D打印时，软件会通过电脑辅助设计技术完成一系列数字切片，并将切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。
3D打印机与传统打印机最大的区别在于：它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
#02：多点开花的3D打印技术
对于要求具有精确的内部凹陷或互锁部分的形状设计，3D打印机是首选的加工设备。因此，3D打印技术发明之初，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，零部件加工等。
时光推移，这项历史悠久的古老黑科技，才逐渐在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程、汽车，航空航天、牙科、医疗、教育等更多领域焕发生机！
3D打印：助力新时代航天梦
#01：3D打印，让中国载人火箭发动机更加可靠
航天六院7103厂，我国的大型液体火箭发动机研制生产厂，助力我国航天完成探月工程、载人航天、北斗组网、火星探测等国家重大工程的实施。
2014年，7103厂组建增材制造创新中心，致力于以3D打印技术推动航天液体动力工艺技术发展和制造能力提升。中心成立以来，先后完成了230余种复杂精密构件的3D打印成型。
2021年6月17日，长征二号F遥十二运载火箭托举着载有三名航天员的神舟十二号载人飞船冲向太空。7103厂生产制造了该火箭所用芯一级发动机、二级发动机、助推器发动机，并采用3D打印技术制造发动机推力室隔板加强肋。
通过3D打印技术替代熔模精密铸造工艺，加强肋的制造周期缩短了75%，合格率提升至98%，成本降低了30%，实现了航天液体动力工艺技术发展和制造能力的飞速提升。
#02：深蓝航天，3D打印整机制造火箭发动机
2022年5月6日，深蓝航天自主研发的“星云-M”1号试验箭完成了1公里级垂直起飞及降落飞行试验。“星云-M”1号试验箭所配备的“雷霆-5”发动机，是国内首型使用3D打印技术实现整机制造的针栓式液氧煤油发动机。
雷霆-5发动机全机85%重量的零件都由3D打印技术制作。采用传统工艺制造的液体火箭发动机涉及多种加工工艺，存在生产流程长、加工效率低等问题。深蓝航天采用3D打印技术，实现了尺寸和性能一致性好，整体生产效率高，综合总成本低的多重优势。
#03：俄罗斯国家技术集团，3D打印批产飞机部件
俄罗斯国家技术集团增材技术中心是俄罗斯批准的第一家为航空业进行大规模3D打印的企业。借助3D打印技术，中心可以将单个部件的生产时间从6个月缩短到3周。
增材制造的部件特点是在保持功能特性的同时使重量更轻，增加航空器的有效载荷并改善其他性能。
目前，俄罗斯VK-650V和VK-1600V两款直升机发动机上15%的零部件均通过3D打印生产。3D打印技术的应用，简化了零部件制造流程，降低了发动机的重量和生命周期成本，更有助于提升这两款直升机的性能。
#04：星辰大海的征途，离不开3D打印技术的保驾护航
特斯拉CEO马斯克作为一个“科技狂人”，一直热衷于火箭的研发和建立星际空间。他所成立的SpaceX公司自2002年成立以来一直在进行实验，并取得了太空旅行的里程碑成就。在SpaceX的星际探索中，3D打印技术起到了神助攻的作用。
2013年，SpaceX成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机推力室，与传统的发动机制造技术相比，使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期并降低制造成本，而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。
2017年1月，SpaceX在加州范登堡空军基地成功发射了一枚猎鹰9号火箭，火箭上含有大量的3D打印零件，包括关键的氧化剂阀体，3D打印的阀体成功操作了高压液态氧在高震动情况下的正常运行。
2021年，波音公司的3D打印部门同样保持活跃，他们建立了一个完全控制的分布式3D打印网络，直接在EOS 3D打印机上远程安全地生产零件，为飞机制造部件。
未来，3D打印在航空航天领域的应用前景令人期待。
3D打印神还原：医学界的“造物主”
#01：3D打印面部重建，能否重现“昔日神颜”
2022年7月22日林志颖车祸引发广泛关注。原稿以其面部重建传闻引出3D打印医疗应用；公开导出资料不能确认其具体诊疗方案，以下技术讨论不应被当作本人病历。
在适当病例中，个体化钛合金植入物和3D打印模型可辅助面部骨骼重建。某些多孔植入物允许骨细胞附着与长入，但是否适用及能否整合取决于材料、设计与临床情况，不能据此推定林志颖接受过该方案。
2015年，澳大利亚患者Richard Stratton接受了3D打印钛合金颌关节植入。墨尔本大学将其介绍为澳大利亚制造的首例此类植入物，而非“人类史上首个3D打印下巴”。
相较于传统修复技术，3D打印技术可以将患者的照片、CT或是磁共振的数据导入系统，由计算机完成重建工作，用钛金属或是其他高分子材料打印出正常骨骼形态，让患者直观地看见修复性效果，辅助医生进行诊断。
#02：世界首例！3D生物打印技术新突破！
近日，美国再生医学公司（3DBio）与小耳畸形研究所宣布了一项好消息，他们首次在人体开创性重建人耳的研究中取得了突破性成就：一名患有先天性小耳畸形的年轻女性通过自体细胞3D打印，成功进行了耳朵移植手术，且“新耳朵”达到了外观和触感与原生耳朵类似的效果。
这是开发方于2022年公布的首次人体试验植入案例，产品AuriNovo用于外耳重建，仍属Ⅰ/Ⅱa期研究性产品。它显示组织工程的探索进展，但一次植入不能证明长期安全、有效，也不是听觉器官或完整耳功能的重建。
#03：Science重磅：3D心脏打印新突破
2022年发表于Science的论文《Recreating the heart’s helical structure-function relationship with focused rotary jet spinning》（DOI：10.1126/science.abl6395，卷期日期7月8日）报道：聚焦旋转喷射纺丝（FRJS）能快速制作具有三维可编程排列的微/纳米纤维支架。
2019年报道的3D打印心脏是小型研究原型，并非可移植的完整成人心脏。逐点打印细胞外基质微结构十分耗时；FRJS研究讨论了在胶原尺度制造大体积纤维结构的速度问题，不能由此推定临床心脏打印已实现。
哈佛大学Kit Parker团队开发FRJS，以提高精细定向纤维支架的制造效率。这属于增材纺织制造与组织模型研究，不宜直接称为已完成完整心脏打印的技术。
FRJS被研究团认为是一种增材制造方法，它使用离心喷射纺丝快速形成聚合物微/纳米纤维，通过受控气流进行聚焦和空间图案化。这种方法允许快速制造在三个维度上具有可编程纤维排列的结构，以重建迄今为止通过当前生物制造技术无法获得的复杂解剖结构。
利用这一技术，研究团队成功打造出具有真实螺旋结构的心脏模型，研究者可以严格按照心脏中心肌纤维螺旋排列的角度，重建单个甚至是4个心室的复杂心脏结构。
#04：药物3D打印技术，制药界的“工业革命”
FDA于2015年7月31日批准Aprecia的SPRITAM（左乙拉西坦），随后公布其3D打印药物消息。该技术可支持特定剂型的快速崩解或剂量设计；载药量、成本与精度优势取决于具体工艺和验证，不能概括为所有3D打印药物都更优。
3D打印也为儿童个体化剂型提供研究方向。CAD设计可控制某些工艺中的黏合剂沉积和药粉叠加，以制作指定剂量；儿童剂量还必须依据药物、体重、病情与临床证据确定，不能只按年龄自行打印。
目前全球约有三十家机构在研究3D打印制药技术，包括德国默克、美国默沙东等药企巨头，其中已经实现技术产业化的有两家公司——美国的Aprecia和中国的三迭纪。
3D打印技术在制药全链条的前景，未来可期！
3D打印，赋能顶尖科技变革
#01：美国芯片法案拦不住“中国芯”！
2022年美国《芯片和科学法案》设立对获得补贴企业的投资限制。美国商务部随后公布的2023年实施规则规定，在获资助后的10年内限制其在特定受关注国家实质扩张半导体产能，并区分先进与成熟制程及例外；不能把复杂规则简化成仅以28纳米划线的一句禁令。
面对卡脖子困境，中国智慧向技术瓶颈发起冲击，9月14日，国际顶级学术期刊《自然》发表了一项最新研究，中国科学家首次获得纳米级光雕刻三维结构，在下一代光电芯片制造领域取得了重大突破。
由南京大学张勇、肖敏、祝世宁领衔的科研团队，发明了一种新型“非互易飞秒激光极化铁电畴”技术，将飞秒脉冲激光聚焦于材料“铌酸锂”的晶体内部，通过控制激光移动的方向，在晶体内部形成有效电场，实现三维结构的直写和擦除。
这项工作实现了铌酸锂铁电畴的纳米级三维写入与擦除，突破传统电极化方法的二维、微米级限制。原稿将30nm尺寸概括为通用“芯片制程”，容易混淆铁电畴结构尺寸与半导体量产工艺节点。
这一重大发明未来或可开辟光电芯片制造新赛道，在5G/6G通讯、光计算、人工智能等领域有广泛的应用前景。
#02：将激光写入技术，重新定义3D纳米晶体打印技术
基于激光的纳米打印具有高达纳米尺度的高分辨率，但它通常依赖于光聚合，并且仅限于光固化树脂。聚合物以外的功能性纳米材料的3D打印仍然具有挑战性。解决这个问题的关键就是开发超越光聚合的打印机制。
清华大学孙洪波教授和林琳涵副教授等人合作在Science上发表的文章《3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding》，成功开发了光激发诱导化学键3D纳米打印技术，无需聚合物即可实现打印。
文章中，以半导体量子点（QD）为例提出了一种策略，即使用光激发生成的电子-空穴对来修改QD的表面化学，以光激发诱导化学键（PEB）。
在没有任何添加剂或后处理的情况下，PEB技术使我们能够在打印过程中保持QD的光子和光电特性。虽然这个概念目前只在半导体QD中得到了证明，但一旦可以产生高能载体来改变纳米颗粒的表面化学，就可以扩展到非半导体纳米材料。
神奇“黑科技”，突破你的想象
#01：科技助力，让文物“起死回生”！
三星堆遗址，20世纪人类最伟大的考古发现之一，被誉为“长江文明之源”。三星堆考古的每一次“上新”，都会引起人们的广泛关注。去年3月，“三星堆遗址考古重大发现”的新闻受到广泛关注，沉睡三千年，一醒惊天下，关于三星堆文明的神秘面纱正在一点一点被揭开。
但是你知道吗，在此次三星堆的考古发掘工作中，处处离不开“黑科技”3D打印技术的身影！
3D打印技术是指使用3D扫描仪将文物及其周边的信息数据进行搜集，然后通过3D打印机打印出一模一样的石膏模型。再利用这个打印出的石膏模型制作贴合严密、保护性强的硅胶保护套，将保护套贴合在文物上后，使用套箱的方式提取文物，对文物起到最佳保护作用。
事实上，3D打印技术早已运用于文物保护，无论是新疆龟兹石窟的复原、兵马俑、还是叙利亚Palmyra古城文物和佛像，都是3D打印技术与文物保护结合最典型的案例。
#02：科技与时尚的完美交融，带来全新视觉体验
2010年，在皇家艺术学院的毕业作品展上，叙利亚设计师Nabil El-Nayal将3D打印技术运用到了他的毕业设计作品中，成为世界上第一个使用3D打印技术的服装设计师，一举成为时装界3D打印领域的拓荒者。
在风起云涌的时尚圈，设计师Iris van Herpen同样是一个喜欢用3D打印机做衣服的硬核技术控。她设计的高定系列，喜欢从视觉上抓人眼球，使每件服装都像有生命的艺术品，雕塑般的夸张廓形，流畅自然的线条，让服饰在静止的状态下也富有动感。
利用3D打印机设计时装，可能比踩缝纫机更加繁琐。设计师首先要在电脑上绘制出理想的图案，通过3D打印机完成制作。然后对打印出来的材料进行清理、冲洗，留下真正的成品。最后，设计师需要手工将这些成品一层一层地缝制到裙身之上，如果碰上复杂的图案，他们还需要用到镭射切割等技术来帮忙，属实是真·高科技服装！
#03：从技术到餐桌，厨师难道饭碗不保？
原稿以波士顿Jonquils Cafe & Bakery及Dinara Kasko的几何甜品为例，展示3D打印与食物美学的结合。这里介绍的是打印模具后制作糕点，不能说蛋糕本身全部由打印机直接打印；“全美首家”和创始人归属未获本次原始资料核实。
3D打印食品的工作方式就像常规的FDM塑料3D打印机打印丝材一样，先在电脑上设计打印出3D模具，然后将制作蛋糕的材料倒入模具，就可以精准控制蛋糕每个细节的尺寸和比例。
当蛋糕像建筑一样，不管是外型、大小、结构、比例、颜色还是质地都讲究准确，3D打印出的几何形状蛋糕，每一道弧线和棱角都能衍生出一种纯粹的方圆之美。
#04：吃进混凝土，吐出一座楼？
3D打印技术与建筑美学相融合，究竟是美好幻想，还是兼顾住房需求与环境保护的有利举措？越来越多的3D建筑打印案例正在告诉我们，这一梦想已经不再遥不可及！
TOVA是IAAC以当地泥土和3D打印建造的西班牙建筑原型。项目方称其在7周内完成，施工零废弃物、接近零碳足迹，并使用Crane WASP打印机；这些是项目方的具体成果说明，不等同于材料或施工完全不消耗能源。
2020年，由清华大学建筑学院徐卫国教授带领的团队，基于团队自主研发的机器人3D打印混凝土移动平台，为非洲低收入群体设计了一座3D打印混凝土住宅，面积40平方米左右，卧室、餐厅、厨房、洗手间一应俱全，满足4人以内的居住需求。
2021年3月，团队又在上海宝山智慧湾科技园设计建造了一座3D打印书屋。建筑外观采用曲面形态，以混凝土材料为主，由机器人3D打印设备逐层堆叠打印。书屋形似蓝牙耳机，外墙纹理富有质感，呈棕色混凝土颜色，周边铺设3D打印地砖，不到30平方米的圆形空间可以容纳15个人在里面活动，让人仿佛置身北极。
你对3D打印技术的印象，还停留在什么时候？是影视作品中如梦如幻却又不切实际的科幻片段，还是新闻报道中离我们遥不可及的高奢科技？
殊不知，随着时光流转，3D打印技术已经走进了我们的衣食住行，融入了平常生活的方方面面，甚至飞向了碧海蓝天！
造福人类社会，是每一项尖端科技的最终归属。科技的责任和科学的情怀，将推动3D打印技术不断前行！
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迁移校订说明：本文保留原稿约2022年的应用巡礼和未来展望，不将其项目统计作为当前行业普查。已按专利、原始论文和官方资料校订技术历史、医学原型与临床试验边界、芯片政策和打印模具的区别；林志颖的具体治疗方案未核实。部分航天生产比例、企业数量、时装“首个”等仍为原稿报道，未独立逐项确认。
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校订说明：迁移校订说明：本文保留原稿约2022年的应用巡礼和未来展望，不将其项目统计作为当前行业普查。已按专利、原始论文和官方资料校订技术历史、医学原型与临床试验边界、芯片政策和打印模具的区别；林志颖的具体治疗方案未核实。部分航天生产比例、企业数量、时装“首个”等仍为原稿报道，未独立逐项确认。
