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食物、汽車、骨骼、文物甚至心臟,萬物皆可3D列印

從1983年第一台3D印表機面世至今,3D列印技術已經發展了30年,將「用機器列印萬物」從概念變為了現實。有媒體和科學家曾說過,3D列印技術將改變世界,「對世界的影響可能和工廠的誕生一樣深遠」。

3D技術現在可能還不是那麼普遍,但隨著這項技術正在日漸成熟,它可以為越來越多的行業帶來生產力提升,給工業製造和人們的生產生活帶來巨大便利。從食品到工業產品,從文物到生物醫療,生活中的所有東西,都將通過3D列印來完成,甚至是已經在通過3D列印完成。

甜蜜與美食,3D列印帶來新體驗

甜食是最能給人帶來幸福感的食品,無論是巧克力還是糖果,只需要小小的一顆,就能讓你一掃憂鬱的心情。除了味道,甜食有一個誘人的外形可能讓人覺得開心。在以前,無論是巧克力還是糖果的外形都只能依靠模具來完成,但3D列印卻可以改變。

將普通的3D印表機的出料盒裝滿融化的巧克力,就可能列印出無窮無盡花樣的甜品。只要計算機能繪製出的圖案或文字,就能通過3D印表機呈現出來。再難以完成的造型,都能變為現實。早在2014年,好時巧克力就已經和一家3D列印公司建立合作,生產各種3D列印糖果,用印表機代替人工,進一步精簡流程。而現在有越來越多的3D列印工作室也開始承接小規模的糖果列印工作,讓人們可以為另一半送上最特別的禮物。

而一家名為TheSugar Lab3D實驗室使用定製的3D印表機,用糖粉列印出了各種造型的糖塊。這些通過3D印表機生產的產品完全可以達到食品級別,你需要擔心的只有這些甜蜜的藝術品應不應該丟進自己的杯子裡。

除了糖果,3D列印還為宇航員帶來了更好的食物體驗。眾所周知,再太空環境中,宇航員的食物都是有嚴格限制的,他們要想吃到和地球上一樣的食物簡直是天方夜譚。為了解決這一問題,NASA資助了一項3D列印食物的項目,這種3D列印食品將供應給航天員在宇宙中食用。這家公司通過多個料盒一起工作,用麵糰、芝士、調料等原料將披薩這一美國人熱愛的食物帶上了太空,為宇航員帶來了新的飲食體驗。

工業萬物皆可列印

3D列印已經不再受材料限制了,惠普一台名叫MetalJet的噴射成型3D印表機讓工業走進了新紀元,因為這次被噴的可不是塑料,而是熔點較高的金屬。

每年僅汽車、工業和醫療行業就能生產數十億個金屬零件,而這些零件的製造往往需要通過定製的生產線完,這將給企業帶來巨大的前期投入,而且這些生產線大多數只能生產指定造型的零件。

惠普的MetalJet恰好可以幫他們降低成本。相較於其他技術,MetalJet可將工作效率提升高達50倍,同時降低成本。以汽車零件「指形從動滾輪」為例,如果使用金屬注塑成型,單個零件的成本大概在2美元,而用Metal Jet生產這個零件的成本能降低到少於2美元,而且還會比注塑成型的產品更輕便。用3D印表機替代工廠已經用了十多年的車床,生產特定零件的技術成本比傳統方式更低,而且顯著降低了原形生產,也即打樣的成本。

據了解,大眾旗下一些車型的車鑰匙以及個性名牌現已通過3D列印量產,在近兩年也將實現變速桿的3D列印量產。未來甚至有可能實現車身等核心部件30%由3D列印完成。

可以這樣說,在擺脫材料限制後,未來工業上的一切,都可以通過3D列印來實現。

3D列印讓文物研究不再脆弱

古董文物是人類歷史上的重要財富,但是由於文物的脆弱性和歷史重要性,它們不能被觸摸,通常,我們需要隔著封閉的玻璃陳列室才能一窺文物全貌。

而3D列印技術讓文物研究不再受限,對於文物的探索,研究人員甚至是普通人,都可以盡情的上手。

今年1月,谷歌藝術與文化研究所、非營利組織CyArk和美國3D列印製造商Stratasys聯合宣布,他們將在開放遺產項目上擴大合作。他們的目標是通過3D列印等比縮小的文化遺產,讓世界各地的重要古跡和文物重現生機。

通過高科技雷射掃描儀等手段,可以非常精確地描繪出原始文物的形狀。這些掃描數據可以用數字化的形式儲存在世界任何角落,而且任何對這些文物感興趣的人都可以通過數據用3D印表機複製一個1:1的文物。這些文物的最大優勢就是可以讓參觀者用手去觸摸,建立一個觀眾與複製品的物理特性之間的聯繫,在觸摸時感受現實主義,以便於觀眾更好了了解文物與歷史。

除了小型的文物,3D列印還可以在大型建築文物的修復工作上起到幫助。通過已有的數據,3D列印可以複製一個更加貼近原物的建築配件,以便於更好的復原建築文物的原貌。

以故宮為例,故宮內共有1200棟古建築,故宮博物院曾通過數字掃描等手段可以完美的展現建築的整體構造和具體細節,還成立了一個「智能醫院」,配備了3D列印、物理冷熱性能等設備,為文物「做CT」,並與原有修復技術進行疊加,效率瞬時提升。

在西方,研究人員也曾用2D照片創建了3D模型並實施列印,最終還原了被ISIS炸毀的敘利亞遺跡貝爾神廟的巨大拱門,還在倫敦和紐約進行了展示。而在這周失火的巴黎聖母院,在修復時也可能用到3D列印技術,以確保最大程度的貼近原物。

骨骼和心臟,3D列印讓器官移植不再那麼難

生命是脆弱的,在某些時刻,通過器官移植是可以挽救一個人的生命,但是由於生物機理,想要找到配適的器官源往往是器官移植手術的關鍵。

現在,這一情況或許有了好轉,有可能讓漫長而危險的器官移植徹底成為歷史。

4月15日,以色列特拉維夫大學在綜合科技期刊Advanced Science上刊文,宣布成功用人體細胞製造出世界上首顆3D列印心臟。這顆通過3D列印得到的心臟大約長2厘米,和兔子心臟大小相仿,但它並不是一個玩具。這顆心臟不僅有心臟細胞,還有血管和其他支撐結構,甚至能像真實的心臟一樣跳動。

而且,這顆心臟的3D列印原料,均來自患者本人身體取出的網膜組織,不會在進行器官移植時產生任何的排異反應。

網膜組織位於人類的內臟外部,像帷幔一樣保護著內臟。在取出後,網膜組織會被分離成細胞和基質兩部分。通過重新編程,體細胞會再次回歸可以分化的多能乾細胞,構成心臟主體的心肌細胞和構成血管的內皮細胞。而基質則加工成水凝膠,用以在列印時粘合。這樣的器官不會引發任何排異反應,將器官移植手術中的排異危險規避掉,可以讓患者放心使用,不再為器官源擔憂。

除了心臟,3D列印還可以為骨科患者帶來希望。

近日,西北工業大學汪焰恩教授團隊的3D列印活性仿生骨技術有了突破性進展,他們研製的3D列印活性仿生骨可以做到與自然骨的成份、結構、力學性能達到高度一致。在動物活體試驗中,該技術製造的仿生骨可在生物體內「發育」,還能讓自體細胞在人造骨中生長,最終將人造骨與自然骨很好地生長在一起,真正成為自己身體的一部分。

傳統的骨缺損修復重建會使用金屬、高分子材料,這些材料存在仿生結構不可控、力學性能不匹配、生物相容性差、無發育功能、運動錯位、磨損等術後併發症。最重要的是,這些材料無法與本體骨骼進行融合,往往需要二次手術取出,會對患者造成二次創傷。

但通過3D列印製作的仿生骨,在植入動物受體體內後,能夠很好地發育,也就是通過受體的新陳代謝,使自體細胞在人造骨中生長,並最終完全長成自體骨。也就是說,患者只需要經歷一次手術,就可以完成修復,剩下的工作就交給身體的自愈能力和時間來完成了。

如此看來,3D列印技術將為我們的生活帶來很大改變,而且會出現在生活中的方方面面,可以說,3D列印能夠將你的任何想法都變為現實。有意思的是,3D印表機甚至能列印一台3D印表機,只要你擁有足夠的原材料,你就可以列印出一個世界。


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