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3D打印技術(shù)的現狀與未來(lái)
3D打印從開(kāi)始運用于汽車(chē)和航天等制造業(yè)，到近幾年應用于醫療行業(yè)，打印出組織器官，并且協(xié)助完成手術(shù)，3D打印可謂改變了生產(chǎn)觀(guān)念。在醫療行業(yè)，3D打印人造肝臟組織、3D打印人造耳、3D打印牙冠等出現在人們的視野里，3D打印為器官移植提供了多一種可能，給醫療行業(yè)帶來(lái)了新的希望。下面是小編為大家收集的3D打印技術(shù)的現狀與未來(lái)，歡迎大家借鑒與參考，希望對大家有所幫助。
Nature Biotechnology雜志在線(xiàn)發(fā)表一篇文章，文章中，研究人員揭示了一種新型的3D打印技術(shù)——Integrated Tissue and Organ Printing(集成式的組織和器官打印技術(shù))，該打印技術(shù)能夠構建出結構穩定且具備功能的人耳器官、骨骼和肌肉組織，更重要的是這些組織器官融入微通道，能夠維持其繼續生長(cháng)形成血管、軟骨等系統，從而發(fā)揮功能。
本文就3D打印的現狀及進(jìn)展做一整理，幫助大家梳理一下該技術(shù)的進(jìn)展情況。
【1】創(chuàng )客學(xué)生利用自制3D打印牙套矯形成功!
由于3D打印技術(shù)可以快速實(shí)現幾乎任意的形狀，所以它在牙科領(lǐng)域中的應用正在快速增加，因為牙科產(chǎn)品是最需要個(gè)性化的。但由于研發(fā)這種東西需要相當專(zhuān)業(yè)的知識和設備(如高精度3D打印機)，所以到目前為止，只有達到一定規模的企業(yè)才有實(shí)力將它們做出來(lái)。不過(guò)，這種情況可能很快就會(huì )改變，因為最近，新澤西理工學(xué)院學(xué)生Amos Dudley成功利用3D打印自行制作出了一個(gè)可用的牙套!
在自己的博客上，Dudley解釋了他之所以想得到一個(gè)牙套是因為他有幾顆牙彎曲的很明顯，不夠美觀(guān)。不過(guò)由于自己恰好是一名創(chuàng )客，擁有“凡事自己動(dòng)手”的固執天性，所以他沒(méi)有去看牙醫，而是決定嘗試自行解決問(wèn)題。稍加思考后，他便想到了可行的方案，就是3D掃描自己的牙齒，再3D打印出牙套。
【2】3D打印器官新突破
美國科學(xué)家研發(fā)出了一款可以打印大尺寸“活”組織的3D打印機，這些組織移植到老鼠身上后能夠長(cháng)時(shí)間地存活，并逐漸“融入”到了周?chē)慕M織里。這項新的突破使科學(xué)家距離3D打印出真正的組織乃至器官，并將其用于臨床治療又近了一步。
1986年，美國人查爾斯·赫爾(Charles Hull)發(fā)明了3D打印技術(shù)。在隨后的30年間，尤其是進(jìn)入二十一世紀以來(lái)，隨著(zhù)材料科學(xué)、計算機技術(shù)等諸多領(lǐng)域的進(jìn)展，3D打印技術(shù)取得了長(cháng)足的進(jìn)步。如今，你能在網(wǎng)上下載到各式各樣的3D模型文件，用3D打印機為自己打印一個(gè)小擺件。但3D打印技術(shù)的應用遠遠不止局限在給人們的生活增添一抹亮色上：設計師可以用3D打印機把自己設計的作品的模型打印出來(lái)，讓客戶(hù)有更加直觀(guān)的體驗;在工業(yè)生產(chǎn)上，有越來(lái)越多的零部件的生產(chǎn)正在使用著(zhù)3D打印技術(shù)，比如，空中客車(chē)公司就宣稱(chēng)其生產(chǎn)的A350 XWB機型的飛機有超過(guò)1000種零部件是用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的;科學(xué)家和醫生能夠用3D打印機根據病人的體貌特征，“定制級”地打印出各類(lèi)植入物，為病人做移植手術(shù)。
【3】3D打印助力精準醫療
現今3D打印技術(shù)正如火如荼的滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在醫藥領(lǐng)域的發(fā)展可圈可點(diǎn)。最大的優(yōu)勢就是3D打印技術(shù)可以依據病患的特點(diǎn)和要求真正實(shí)現個(gè)性化制造，成為輔助精準醫療的有力手段。
去年美國食品藥品監督管理局 (FDA)己在全球批準首款完全用3D打印制作的藥片。這款名為Spritam的藥物由美國Apprecia制藥公司研制，用于治療癲癇癥患者。該藥物獲得批準意味著(zhù)個(gè)性化定制藥物不再是夢(mèng)想。一則可以實(shí)現藥物活性成分的個(gè)性化定制。再則可以實(shí)現劑量的個(gè)性化定制。這種一層一層的打印方法，可以把不同的涂層彼此緊密地結合一起，因此可以把某種物質(zhì)的最大劑量 ( 據制藥廠(chǎng)稱(chēng)，最多1000毫克)置入一粒藥片中。這樣病人可以吞服少量或較小的藥片。三則可以實(shí)現形狀的個(gè)性化定制。這對于不喜歡吃藥的兒童來(lái)講可謂是再好不過(guò)的辦法了，通過(guò)3D打印技術(shù)打印出各種有趣的形狀，來(lái)哄寶寶吃藥。四則還可通過(guò)3D打印技術(shù)使藥物擁有特殊的微觀(guān)結構，改善藥物的釋放行為，從而提高療效并降低副作用。如Apprecia制藥公司應用Zipdose技術(shù)推出的可在4秒多就溶解的藥丸。
【4】倫敦醫生借助3D打印成功完成前列腺腫瘤切除手術(shù)
日前，在London Clinic私立醫院，Urology Prokar Dasgupta教授成功地為一位來(lái)自倫敦的65歲患者Alexander Spyrou先生切除了前列腺腫瘤。在這個(gè)手術(shù)中，Dasgupta使用了患者帶腫瘤的前列腺的3D打印模型。據了解，這個(gè)3D打印的前列腺是London Clinic的放射科專(zhuān)家Clare Allen的杰作，它為前列腺手術(shù)帶來(lái)了前所未有的變化，尤其是這個(gè)腫瘤是在一個(gè)特別重要的位置上。
Dasgupta教授解釋說(shuō)：“在此之前我通常使用機器人來(lái)做前列腺手術(shù)，這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)就是缺乏觸感。盡管你能夠以3D的方式更清楚地看到目標，甚至可以將其放大10倍，但是你失去了最終要的東西——對它的觸覺(jué)。而對于這個(gè)病人，我能在3D模型中感覺(jué)到腫瘤，并能感覺(jué)到腫瘤是多么接近表面。通常情況下，我們會(huì )在心里想象腫瘤的位置，但是在這里，當我遠遠地坐在控制臺邊通過(guò)Da Vinci機器人進(jìn)行手術(shù)時(shí)，這個(gè)模型就在我的手上。這個(gè)模型能夠幫你在癌癥手術(shù)獲得更好地準確性�！�
【5】2019年全球3D打印醫療市場(chǎng)銷(xiāo)售將達9.66億美元
3D打印正在多個(gè)垂直行業(yè)顛覆制造過(guò)程，尤其是在醫療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應用導致了更多創(chuàng )新、高效的產(chǎn)品出現。日前，市場(chǎng)研究機構Transparency Market Research在其最新的研究報告中，分析了全球3D打印醫療垂直應用市場(chǎng)，預測從2013年至2019年該市場(chǎng)的年復合增長(cháng)率將達15.4%。而全球3D打印醫療市場(chǎng)的總銷(xiāo)售額也將從2012年3.545億美元增至9.655億美元。該報告的題目是《3D打印在醫療應用市場(chǎng)——全球行業(yè)分析，大小、份額、增長(cháng)、趨勢和預測，2013年—2019年(3DPrinting in Medical Applications Market - Global Industry Analysis， Size， Share，Growth， Trends and Forecast， 2013 - 2019)》。
該報告稱(chēng)，全球3D打印技術(shù)醫療應用市場(chǎng)主要受到一下幾個(gè)因素的推動(dòng)：各種3D打印醫療應用不斷增加、定制化3D打印醫療產(chǎn)品的增長(cháng)趨勢、來(lái)自私人和政府機構的資金、能夠擴大醫療應用的技術(shù)進(jìn)步，以及3D打印應用所帶來(lái)的成本和時(shí)間的縮短以及相應的病人護理的改善等。該報告同時(shí)顯示，3D設計軟件公司的并購也將在該市場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展中占據重要地位。然而，缺乏訓練有素的專(zhuān)業(yè)人員和材料相關(guān)的問(wèn)題有可能阻礙到3D打印在醫療應用市場(chǎng)上的擴展。
【6】Nat Biotech：3D打印革命性進(jìn)步!打印可移植器官
在最近一項發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Nature Biotechnology上的研究中，科學(xué)家首次使用3D打印機以活細胞為“墨水”制造出人類(lèi)真實(shí)大小的器官和組織。這些打印出來(lái)的機體結構不僅足夠大足夠結實(shí)，可以用于替換機體“原裝配件”，還可以進(jìn)行個(gè)性化定制同時(shí)具有功能性。
一位研究人員表示：“這項技術(shù)能夠制造出穩定的符合人類(lèi)尺寸的任意形狀的組織。如果能夠得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，這項技術(shù)還有望用于打印活體組織器官并進(jìn)行手術(shù)移植�！�
在此之前，生物打印技術(shù)已經(jīng)可以用于打印一些小型的或者極度簡(jiǎn)化的器官復制品——比如腦和腎臟組織，因此科學(xué)家們就可以利用這些打印器官進(jìn)行研究，部分替代實(shí)驗動(dòng)物，但直到現在仍然沒(méi)有研究能夠打印出大型穩定的可以用作器官移植的活體。最大障礙之一就是如何在打印過(guò)程中保證細胞存活以及如何將維持器官運作的所有“配件”組裝到一起，比如維持氧氣供應的血管結構。
【7】2分鐘可打出10厘米3D打印生物血管“成都造”全球首創(chuàng )
3日的新聞發(fā)布會(huì )上，華西都市報記者羅琴提問(wèn)成都市委常委、高新區黨工委書(shū)記吳凱。談到成都高新區加快自主示范區建設的創(chuàng )新成果時(shí)，吳凱以全球首創(chuàng )的生物血管打印機為例，展示了成都國家自主創(chuàng )新示范區的全球領(lǐng)先實(shí)力。
3D生物血管打印技術(shù)使再造器官成可能，將打印機內裝入液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計算機上的藍圖變成實(shí)物——這是大家熟悉的3D打印技術(shù)，但在成都高新區一家生物科技股份有限公司，科技人員居然可以打印生物血管。
吳凱介紹，該公司推出了全球首創(chuàng )3D生物血管打印機，使器官再造成為可能。該技術(shù)擁有完全自主知識產(chǎn)權，不久前還在全國“大眾創(chuàng )業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng )新”活動(dòng)周上亮相，引發(fā)廣泛關(guān)注。
記者了解到，僅用2分鐘，該款“成都造”3D生物血管打印機便能打出10厘米長(cháng)的血管，甚至還包括血管獨有的中空結構、多層不同種類(lèi)細胞。
【8】3D打印助力神經(jīng)元損傷修復
神經(jīng)系統疾病一直是困擾著(zhù)醫學(xué)工作者的一個(gè)難題。而這其中神經(jīng)元的損傷則是導致神經(jīng)系統疾病的重要誘因。因此，如果要治療這些疾病，如何修復受損神經(jīng)元就成為了擺在科學(xué)家面前的頭號難題。一直以來(lái)，人們都在尋找有效方法來(lái)促使受損神經(jīng)元再生，如今來(lái)自明尼蘇達大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等機構的研究人員發(fā)現3D打印技術(shù)或許將在這一問(wèn)題上發(fā)揮意想不到的作用。
科學(xué)家們在小鼠實(shí)驗中證實(shí)了這一想法。他們首先利用3D掃描獲得了小鼠坐骨神經(jīng)的輪廓，然后再利用3D打印技術(shù)打造出了一個(gè)內含能夠促進(jìn)神經(jīng)元再生化學(xué)成分的硅酮類(lèi)支架。研究人員通過(guò)手術(shù)將這種支架植入到小鼠的坐骨神經(jīng)的損傷處，經(jīng)過(guò)10-12周的培養，小鼠受損的行動(dòng)功能獲得了明顯改善。
參與這一研究的Michael McAlpine表示，這一結果表明3D打印技術(shù)將可以為促進(jìn)復雜神經(jīng)元功能的恢復起到重要作用。此前盡管有類(lèi)似研究證明3D打印技術(shù)可以幫助線(xiàn)性神經(jīng)元再生，但是利用該技術(shù)實(shí)現如坐骨神經(jīng)神經(jīng)元等復雜神經(jīng)元的感知和運動(dòng)功能恢復尚屬首次。
【9】如何實(shí)現3D打印人體組織?
Aspect Biosystems位于加拿大溫哥華，是一家屢獲殊榮的生物技術(shù)初創(chuàng )公司，專(zhuān)門(mén)從事3D生物打印和人體組織工程。該公司生產(chǎn)的一款3D打印機，可以通過(guò)3D打印制造出具有全面生物功能的人體組織，并可被用于危險或實(shí)驗性藥物的測試中，最終還可能制造出可移植的生物打印器官。
Aspect Biosystems是由加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的一群研究人員創(chuàng )建，啟動(dòng)資金是該校的導師創(chuàng )業(yè)組織entrepreneurship@UBC。其獨有的生物打印技術(shù)是將活細胞材料放入液化的水凝膠，再注入3D打印機中，逐層擠壓成特定的形狀。制作出的活生物結構將被放置起來(lái)進(jìn)行孵化和培養，讓其可以開(kāi)始作用，創(chuàng )造出擁有生物學(xué)功能的活體組織。
近年來(lái)，為使動(dòng)物免于再受傷害，人們對藥物測試替代方法的需求變得日益迫切。而且，動(dòng)物試驗對許多疾病和狀況會(huì )產(chǎn)生不一致或假陽(yáng)性反應，使得其無(wú)法在人體試驗中進(jìn)行模擬。利用生物打印的類(lèi)人體組織進(jìn)行藥物測試，能消除動(dòng)物試驗固有的不可靠性，并節省藥物開(kāi)發(fā)的支出。
【10】Biomaterials：3D打印腦組織 可研究腦疾病
大腦是一個(gè)極其復雜的機體結構，其擁有大約86億的神經(jīng)細胞，目前研究者所面臨的挑戰就是創(chuàng )建一種臺式腦組織，這樣研究者就可以對大腦的結構進(jìn)行精細化研究了。近日一篇發(fā)表在國際雜志Biomaterials上的一項研究報告中，來(lái)自國外的研究人員通過(guò)模擬腦組織的結構開(kāi)發(fā)出了一種摻入神經(jīng)細胞的新型3D打印層狀結構。
臺式腦組織的價(jià)值非常巨大，許多醫藥公司都花費了數百萬(wàn)美元來(lái)檢測治療性藥物對動(dòng)物模型的反應，目的就是在臨床試驗中來(lái)證實(shí)新型藥物的多種作用，但他們并不確定人類(lèi)的大腦和動(dòng)物大腦到底差異性有多大�？梢跃_反應真實(shí)大腦組織的臺式腦組織或許不僅可以幫助研究藥物效應，而且還能幫助研究大腦障礙的發(fā)病機制，比如精神分裂癥或神經(jīng)變性的腦部疾病等。
【11】這次3D打印技術(shù)要讓Ⅰ型糖尿病患者受益啦
對于Ⅰ型糖尿病患者來(lái)說(shuō)，“胰島移植”這種實(shí)驗性手術(shù)也許可以幫助他們解決胰島素缺乏的問(wèn)題。這種手術(shù)將健康捐獻者的胰島細胞移植到Ⅰ型糖尿病患者體內，但是帶來(lái)的副作用則是患者需要終身服用免疫抑制類(lèi)藥物以防止身體對外來(lái)植入細胞產(chǎn)生排斥反應。最近，科學(xué)家找到了一種新的辦法–利用3D打印的支架對移植胰島細胞進(jìn)行保護。這種技術(shù)展示出了巨大潛力，有望幫助Ⅰ型糖尿病患者更輕松的管理自己的疾病。
1型糖尿病患者很害怕血糖過(guò)低，因為這會(huì )引發(fā)一系列并發(fā)癥(低血糖癥)，包括頭暈、出汗甚至是失去知覺(jué)和死亡等。Diabetes UK數據顯示，大約1/3的Ⅰ型糖尿病患者都被低血糖癥困擾著(zhù)。
為了改善胰島移植手術(shù)的成功率和提高Ⅰ型糖尿病患者的生活質(zhì)量，荷蘭特文特大學(xué)的研究人員打造了特殊的支架設備保護胰島細胞。他們的想法是利用3D打印支架設備保護胰島細胞免受患者免疫系統的攻擊，為其更好地發(fā)揮功能創(chuàng )造條件。
【12】Nature：3D打印器官復活記
3D打印的出現引起了人們在人工器官方面極大的興趣，這意味著(zhù)替換甚至是提高，人類(lèi)機械。
打印的器官，例如，由新澤西的普林斯頓大學(xué)和巴爾的摩的約翰霍普金斯大學(xué)的研究者們開(kāi)發(fā)的外耳的原型將在4月15-17號紐約召開(kāi)的3D打印會(huì )議上展出。這個(gè)外耳由多種材料打印而成：水凝膠形成一個(gè)耳朵樣的支架，細胞生長(cháng)以形成軟骨，銀質(zhì)納米顆粒以形成觸角。這個(gè)裝置僅僅是越來(lái)越多，各種各樣3D打印的一個(gè)例子。
紐約的這次會(huì )議，號稱(chēng)是該行業(yè)最大的盛會(huì )，將有大量的小工具和新奇物品的展出。但同時(shí)它也將引起對正興起的器官打印市場(chǎng)的認真的討論。
拓展：“3D打印”發(fā)展現狀及未來(lái)發(fā)展
一、增材制造發(fā)展歷程
增材制造又稱(chēng)“3D打印”，是以計算機三維設計模型為藍本，通過(guò)軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。與傳統制造業(yè)通過(guò)模具、車(chē)銑等機械加工方式對原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，3D打印將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚�(gè)二維平面，通過(guò)對材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了制造的復雜度。這種數字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數據中便可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。
增材制造技術(shù)于20世紀80年代末，實(shí)現了根本性發(fā)展。1986年，第一家3D公司成立，20世紀90年代，GE、波音增材起步，21世紀，空客增材起步。2009年—2012年，中國商飛增材起步。21世紀開(kāi)始，隨著(zhù)工藝、材料和裝備的日益成熟，增材制造技術(shù)的應用范圍由模型和原型制造進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段，在航空航天等高端制造領(lǐng)域得到規模應用。
二、增材制造技術(shù)優(yōu)勢
增材制造技術(shù)與傳統的減材制造不一樣，通過(guò)計算機輔助三維設計后一層一層疊加制造。能滿(mǎn)足其重量輕、強度高、幾何復雜的要求
。其逐層制造的優(yōu)勢使極其復雜的互鎖零件無(wú)需組裝便可投入使用;其產(chǎn)品研發(fā)周期短且利于減小庫存;其易變和廣闊的創(chuàng )新設計空間使個(gè)性化需求設計門(mén)檻變低。
縮短制造周期：制造速度快，成形后的零件僅需少量后續機加工，可以顯著(zhù)縮短零部件的生產(chǎn)周期，滿(mǎn)足快速響應要求。
復雜結構得以實(shí)現：能輕松實(shí)現復雜結構件的制造，同時(shí)還能實(shí)現單一零件中材料成分的實(shí)時(shí)連續變化，使零部件的不同部位具有不同的成分和性能，是制造異質(zhì)材料的最佳工藝，大幅提升了設計和創(chuàng )新能力。
滿(mǎn)足輕量化需求，減少應力集中，增加使用壽命：優(yōu)化復雜零部件的結構，在保證性能的前提下，將復雜結構經(jīng)變換重新設計成簡(jiǎn)單結構，從而起到減輕重量的效果。而且通過(guò)優(yōu)化零件結構，能使零件的應力呈現出最合理化的分布，減少疲勞裂紋產(chǎn)生的危險，從而增加使用壽命。
提升零部件的性能：金屬增材制造技術(shù)能方便地加工高熔點(diǎn)、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料。金屬零件直接成形時(shí)的快速凝固特征可提高零件的機械性能和耐腐蝕性能。
具有較高的設計自由度：可以構建出其它制造工藝所不能實(shí)現的形狀，可以從純粹考慮功能性的方面來(lái)設計部件，且無(wú)需考慮與制造相關(guān)的限制。
多品種、小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟性高：無(wú)需生產(chǎn)或裝配硬模具，且裝夾過(guò)程用時(shí)較短，因此不存在需要通過(guò)大批量生產(chǎn)才能抵消的典型的生產(chǎn)成本，提高材料利用率。
能減少裝配次數：通過(guò)增材制造所構建的復雜形狀可以一體成形，能省去投入到裝配工序的工作量、需涉及的堅固件、釬焊或焊接工序，還節省了為裝配操作而添加的多余表面形狀和材料，大大提升了生產(chǎn)效率。
三、增材制造主要工藝
選區激光熔化技術(shù)(SLM)，以高能激光束為能量源，對切片分層后的零件模型進(jìn)行逐層選擇性?huà)呙�、熔化、成形，最終成形復雜金屬零件。主要開(kāi)展金屬SLM工藝研究與驗證，形成面向增材制造金屬零件的“材料-工藝-設計-測試-評價(jià)”的全流程工藝體系，解決傳統中小尺寸復雜金屬零件制造常見(jiàn)的設計保守、機加量大、難加工等問(wèn)題，實(shí)現減重增效。
激光熔覆沉積（LMD）技術(shù)是一種基于送粉的激光增材制造技術(shù)，它的工藝特點(diǎn)是激光照射移動(dòng)的同時(shí)，向掃描區域輸送粉末材料。針對傳統鈦、鋁、等金屬零件制造常見(jiàn)的機加量大、材料利用率低、設計驗證階段開(kāi)模成本高、加工過(guò)量報廢等問(wèn)題，開(kāi)展金屬LMD工藝研究與驗證，減少材料和成本的浪費，實(shí)現零件成形，同時(shí)實(shí)現零件的修復和表面改性。
熔融沉積成型(FDM)技術(shù)的基本原理是將數模數據薄片化，先利用高溫將打印耗材液化，然后通過(guò)噴嘴擠壓出一個(gè)個(gè)微型液態(tài)顆粒，被擠出后迅速固化，相互形成一條線(xiàn)，打印頭來(lái)回運動(dòng)形成平面，層層堆積最終完成打印零件。
選區激光燒結（SLS）技術(shù)采用激光器作能源，將粉末預熱到稍低于其熔點(diǎn)的溫度，將粉末鋪平于工作臺，激光束在計算機控制下根據分層截面信息進(jìn)行有選擇地燒結，層層燒結成形零件。
四、航空領(lǐng)域對增材制造的需求
創(chuàng )新設計需求：采用增量制造技術(shù)，可擺脫二維制造思想的束縛，直接面向零件的三維屬性進(jìn)行設計與生產(chǎn)，大大簡(jiǎn)化設計流程，從而促進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)更新與性能優(yōu)化。3D打印技術(shù)正在改變我們的設計思維，其在設計自主性和環(huán)保方面的優(yōu)勢，使其在飛機制造業(yè)中的地位日益重要。對于3D打印技術(shù)應用于航空領(lǐng)域，已經(jīng)不再是局限于是便宜還是快的討論層面，而是研究整體性能和經(jīng)濟效益的提升所帶來(lái)競爭力的提升。
快速制造需求：采用增量制造技術(shù)，可擺脫二維制造思想的束縛，直接面向零件的三維屬性進(jìn)行設計與生產(chǎn)，大大簡(jiǎn)化設計流程，從而促進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)更新與性能優(yōu)化。3D打印技術(shù)正在改變我們的設計思維，其在設計自主性和環(huán)保方面的優(yōu)勢，使其在飛機制造業(yè)中的地位日益重要。對于3D打印技術(shù)應用于航空領(lǐng)域，已經(jīng)不再是局限于是便宜還是快的討論層面，而是研究整體性能和經(jīng)濟效益的提升所帶來(lái)競爭力的提升。
快速設計驗證需求：縮短設計周期。在工業(yè)設計階段，3D打印技術(shù)低成本快速成型的特點(diǎn)可彌補傳統工藝制作周期長(cháng)，成本高的問(wèn)題，設計師可以隨時(shí)打印出設計模型驗證設計效果。簡(jiǎn)化加工過(guò)程�？芍苯蛹庸こ霾糠纸Y構較為復雜的非受力件或受力件、艙門(mén)裝飾件等，簡(jiǎn)化加工過(guò)程。降低成本。3D打印加工過(guò)程中對材料的利用相對充分，可以顯著(zhù)降低制造成本。3D打印所特有的增材制造技術(shù)則能很好的利用原材料，利用率高達90%。
五、中國商飛公司的發(fā)展現狀及規劃
中國商飛增材制造產(chǎn)品實(shí)踐始于2009年，通過(guò)LMD技術(shù)實(shí)現了C919櫞條和窗框的快速研制，并在C919翼身組合體上安裝，通過(guò)了靜力試驗。2012年起與飛而康合作開(kāi)始SLM工藝的研發(fā)與典型件裝機認證工作，目前應急和服務(wù)艙門(mén)37個(gè)件，其中29個(gè)件是取證構型，正在認證中；2018年起開(kāi)始在非金屬增材方面投入，目前主要集中在利用FDM和SLS工藝進(jìn)行生產(chǎn)輔助應用支持，包括ARJ21通風(fēng)窗裝飾罩和防冰排氣口堵蓋等；在結構優(yōu)化設計方面，目前主要集中在于SLM的工藝協(xié)同優(yōu)化設計，前期也做了鉸鏈臂的拓撲優(yōu)化設計并實(shí)現了打印驗證，通過(guò)多輪迭代零件從3.5kg減重到2.2kg，實(shí)現減重37%。
六、增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢
未來(lái)，增材制造技術(shù)將面向5個(gè)“任何”持續發(fā)展。即任何領(lǐng)域，任何場(chǎng)所，任何材料，打印出任何形狀、任何數量的輕量化產(chǎn)品。例如，將太空“空間站”變?yōu)椤爸圃旃S(chǎng)”，通過(guò)運載火箭“快遞”原材料、增材制造設備和機器人到其他星球，首先實(shí)現增材制造設備的自我復制，同時(shí)實(shí)現基地的打印建造，為外星移民提供條件。
增材制造技術(shù)的應用將推動(dòng)高品質(zhì)鈦粉的不斷創(chuàng )新。未來(lái)鈦粉在航空航天及汽車(chē)等領(lǐng)域發(fā)展潛力巨大，鈦的粉末成型技術(shù)將走向個(gè)性化、精密化、大型化和輕量化。受技術(shù)提高的影響，打印機的成本和價(jià)格將大幅降低，使得民用級別增材制造打印機成為現實(shí)。
科技創(chuàng )新。為新合金材料的研究提供科研平臺，加速中國制造，基于技術(shù)革新實(shí)現輕量化，從而使得航空航天用構件的制造成本大大降低。探究“3D打印+傳統制造”的新模式。采取創(chuàng )新的的方法，加大研究力度，不斷進(jìn)行改進(jìn)與更新;使兩種制造方式并存、互補。
建立航空航天及汽車(chē)等方面的增材制造輕量化國家標準，讓增材制造產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規范化運行。
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