科学回家
“科学精神耀光华”科普展览
第二期
3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。因其拥有无限的设计空间，常在模具制造、工业设计等领域用于制造模型，后随着技术不断地发展，现已可以用于一些产品的直接制造。[1]
技术原理
打印的这个过程大家再熟悉不过啦，那么3D打印技术到底与我们日常生活中接触的普通打印技术有什么不同呢？让我们一起来一探究竟~
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同。普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料。打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印机器人，玩具车，各种工业模型，甚至是食物等等。而它之所以被称为“3D打印技术”，是因为它参照了普通打印机的技术原理，其打印过程中的分层加工技术实际上与喷墨打印十分相似！[2]
3D打印机[3]
应用实例
当前国际上，3D打印在航空航天、汽车、医疗健康等许多领域的市场应用已经取得积极的进展。
在航空航天领域，2014年9月底，NASA完成了首台成像望远镜的制造，所有元件基本全部通过3D打印技术制造。这款长50.8毫米的望远镜全部由铝和钛制成，而且只需通过3D打印技术制造4个零件即可，相比而言，传统制造方法所需的零件数是3D打印的5-10倍。此外，在3D打印的望远镜中，用来减少望远镜中杂散光的仪器挡板被做成带有角度的样式，这也是传统制作方法无法实现的。
在汽车领域，来自美国旧金山的Divergent Microfactories公司在2015年推出了世界上首款3D打印超级跑车“刀锋(Blade)”。此款车由一系列铝制“节点”和碳纤维管材拼插相连并组装成汽车底盘，因此更加环保。
3D打印超跑[4]
在医疗健康领域，澳大利亚CSIRO公司的科学家们使用3D打印技术，为一位患有胸壁肉瘤的54岁西班牙人打造了一种钛制的胸骨和胸腔，它与患者的几何学结构完全吻合。手术完成两周后，病人身体情况一切良好。
3D打印胸腔[5]
中国"智"造
2020年5月5日，搭载着新一代载人飞船试验船的长征五号B运载火箭首飞成功，然而，此次试验船上有一位特别的乘客——一台我国自主研制的“复合材料空间3D打印系统”。这是我国首次太空3D打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。
飞行期间该3D打印系统自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印，并验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。 这次打印的对象有两个，一个是蜂窝结构（代表航天器轻量化结构），另外一个是CASC（中国航天科技集团有限公司）标志。
据了解，连续纤维增强复合材料的密度低、强度高，是当前国内外航天器结构的主要材料。开展复合材料空间3D打印技术研究，对于未来空间站长期在轨运行和发展空间超大型结构在轨制造，具有重要意义。[6]
3D打印的蜂窝结构[7]
空间站[8]
发展前景
我国3D打印技术从1988年发展至今，呈现出不断深化、不断扩大应用的态势。2015-2017年的3年间，中国3D打印产业规模实现翻倍增长，年均增速超过25%。2017年，中国3D打印领域相关企业超过500家，产业规模达100亿元，高于全球4个百分点。
3D打印应用领域广泛，其在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点，同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。3D打印机需求量较大的行业包括航天和**、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。
我国3D打印技术与国外相比虽仍有较大差距，但随着产业的兴起，我国以高校科研机构为主的3D技术研究不断取得进步，而技术的进步让我国3D打印方案不断落地。2019年1月11日，中国第一座使用3D打印技术制作的高分子材料观景桥正式亮相。相信在不久的将来，“3D打印+”生态圈将会越来越完善。[9]
3D打印产业应用行业占比[10]
中国3D打印产业规模及增速[11]
结语
中国3D打印产业相关专利申请量[12]
从2011年开始，全球开始掀起3D打印热潮。2014年11月末，3D打印技术被《时代》周刊封为2014年25项年度最佳发明。经过近些年的发展，随着国内外市场上3D打印材料的不断推陈出新，3D打印技术正昂首阔步地走向“直接制造”、“批量生产”的阶段，未来这项技术将非常值得我们期待！
下期预告
本期“科学精神耀光华”就到这里啦！下期我们将聚焦农作物杂交技术，介绍农作物杂交技术对我们国家安全和日常生活的影响，记得关注哦～
[1][2][3][4][5]百度百科-3D打印
https://baike.baidu.com/item/3D打印/9640636?fr=aladdin
[6][7][8]央视新闻-我国成功完成首次太空“3D打印”
http://news.cctv.com/2020/05/07/ARTIhJMI9oqkARsMOv9unOsG200507.shtml
[9][10][11][12]知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/58666273
出品｜“大国智造 科技强国”团队
