3D打印，这样走进我们的生活,结构,设(she)计,混凝(ning)土

这座民(min)居由浙江大学建筑工程学院(yuan)智能(neng)建造团(tuan)队联(lian)合灵(ling)砼(tong)科技、冠力(li)科技、山东基石增(zeng)材公司产研(yan)协作共同完成。“院(yuan)落采(cai)用一体化数(shu)字设(she)计，整个房屋、院(yuan)墙、廊柱等结构部件，还有花坛、地砖、假(jia)山、雕塑等景观装饰均由混凝(ning)土3D打印而成，外部雕花纹理和内部管线(xian)空腔都是(shi)在设(she)计阶段随着结构一起做好，三维建模，所见即所得。”浙江大学建筑工程学院(yuan)副教授(shou)孙晓燕介绍。

“设(she)计完成后，打印过程就像挤奶油，3D打印机的喷嘴在设(she)计好的轨道上来回运(yun)行，同时‘吐’出混凝(ning)土，一层层堆叠起来，墙体模块就造好了。”孙晓燕说(shuo)。记者凑(cou)近仔细观看，灰(hui)白色的混凝(ning)土墙体表(biao)层带有一层层约1厘米(mi)厚的纹理，还利用墙面凹(ao)凸形成颇具艺术感的花纹。

颜值挺高，实用性如何(he)？

“设(she)计之初就充分考虑(lu)了如何(he)利用墙体空腔解决保温隔(ge)热隔(ge)声等功能(neng)和结构抗震抗灾的配筋(jin)需求，保温性能(neng)好，烧(shao)天(tian)然气取(qu)暖(nuan)，比住普通房屋更省，结构强度也更高。”浙江大学智能(neng)建造与工程管理研(yan)究所所长王海龙教授(shou)说(shuo)，“还用上了固废低碳混凝(ning)土，更绿色环保。”

造价如何(he)？“这座院(yuan)子建设(she)成本为30万元左(zuo)右，和农村(cun)普通的砖混房建造成本接近，附近几个村(cun)的农户也想着在自(zi)己家(jia)‘打印’一套。”故城县农业农村(cun)局副局长张延(yan)安表(biao)示(shi)，“现(xian)在农村(cun)盖房子经常(chang)面临用工短缺，3D打印为美丽乡村(cun)建设(she)提供(gong)了新思(si)路，我们计划在更大范围内推广。”

认可背后，是(shi)科研(yan)团(tuan)队板凳甘坐十年冷的艰辛与执着。

“从2013年起就致力(li)于(yu)数(shu)字建造技术研(yan)究，用2年时间摸清了打印混凝(ning)土的性能(neng)调控，又(you)逐(zhu)步攻克打印设(she)备、配筋(jin)增(zeng)强技术以及(ji)打印建造技术等，团(tuan)队至(zhi)今已取(qu)得3D打印材料、装备、结构、施工方法国内外发明专利30余(yu)项，设(she)备和技术也出口到了国外。”王海龙说(shuo)。

甘肃火星1号基地太(tai)空舱酒店、香(xiang)港景观座椅(yi)、沙特阿(a)拉伯大型别墅(shu)……该团(tuan)队的3D打印建筑物已在多地亮相。“除了推进更多项目落地，我们正探索水下和太(tai)空等场景的3D打印技术，并(bing)取(qu)得积极进展。”孙晓燕说(shuo)，“增(zeng)材智能(neng)建造的国际标准不久前发布，这意味着替代传统建造的步伐将会加快。希望在不久的将来，能(neng)像科幻电影里那样，在海底和太(tai)空实现(xian)远程无人智能(neng)建造。”

从削足适(shi)履到量体裁“骨”——

为提升健康福祉出份力(li)

上海交通大学医学院(yuan)附属第九人民(min)医院(yuan)10号楼(lou)5层，3D打印接诊(zhen)中心(xin)的一个房间里，大大小小的人体骨骼和关节(jie)3D打印模型静置(zhi)在陈列架上。有的模型上有醒目的绿色物体，那是(shi)特意标识的患(huan)者真实肿瘤形态。“就像开车看导航一样。”该院(yuan)骨科主任医师郝永强说(shuo)，“应用于(yu)手术设(she)计的病(bing)变模型属于(yu)3D打印医学应用的第一个层次。有了这个模型，肿瘤多大、长在什么位置(zhi)，与周围脏器、血管神经等之间是(shi)什么关系(xi)等等一目了然，既减少手术时间，也能(neng)帮助年轻医生更快成长。”

治疗骨科疾病(bing)多半就是(shi)在和骨缺损战斗。小的缺损人体可以自(zi)我修复，到一定程度只能(neng)借助人工解决，植入的骨填充块就是(shi)解决方法之一。“世界上没有两(liang)片完全相同的树叶，也没有两(liang)个人的关节(jie)或骨缺损的情况是(shi)完全一样的。”郝永强说(shuo)，“过去，同一款人工关节(jie)假(jia)体形态基本一致，仅(jin)有少数(shu)几种尺寸差异，后来随着设(she)计改进，组成假(jia)体的部件有多种规格，连(lian)接部有了更多的调节(jie)接口，但即便如此，效果仍不理想。”

3D打印的应用，实现(xian)了骨科手术由削足适(shi)履到量体裁“骨”的精准化治疗。搭载人体细胞、细胞因子的生物打印活性组织或器官，则代表(biao)了3D打印医学应用的最高层次。

郝永强清楚地记得两(liang)年前一位16岁(sui)女孩由母亲(qin)陪同来向他求助。当时，这名患(huan)者饱受左(zuo)小腿疼痛(tong)困扰，连(lian)走路都成问题——临床诊(zhen)断为“左(zuo)胫骨近端肿瘤”。

“切除肿瘤会引(yin)致骨缺损，传统的治疗方法采(cai)用自(zi)体骨或异体骨移植，都存在一定风险(xian)或缺陷，如二次手术创伤(shang)、疾病(bing)传播、免(mian)疫排(pai)异、骨来源受限等。”郝永强说(shuo)。

看着陈列室冷冰冰的模型，听着让人一头雾水的术语，患(huan)者和家(jia)属都有点蒙，但郝永强还是(shi)说(shuo)服他们，同意采(cai)用一项新技术——那是(shi)中国科学家(jia)开创的“生物3D打印活性骨修复骨缺损”技术的首次应用。

3D打印活性骨被植入缺损部位，慢慢降解并(bing)释放(fang)出搭载的患(huan)者自(zi)身的干细胞及(ji)活性生长因子，与缺损区域周围骨组织细胞相互作用，骨形态完全匹配，修复速度也大大加快。

效果出乎患(huan)者预料。术后一个多月(yue)，这名女孩就能(neng)活动(dong)自(zi)如了，不仅(jin)回到课堂，还能(neng)上体育课。

从医35年，在郝永强帮助下，已有成百上千名患(huan)者感受到3D打印技术的温度。“上世纪90年代，国内医生会优先选择国外的技术和产品。现(xian)在，从原材料到设(she)备软硬件再到实施手术，我们实现(xian)了3D打印骨科手术技术和产品的完全国产化，手术成果让外国专家(jia)瞪大眼(yan)睛。”郝永强说(shuo)。

2016年上海交通大学医学3D打印创新研(yan)究中心(xin)成立，郝永强担任该中心(xin)主任。到现(xian)在，全国28个省份已成立约100家(jia)医学3D打印分中心(xin)。不仅(jin)如此，国外骨科医疗器械商抛出的橄榄枝也让郝永强意识到，应该到国外建设(she)分中心(xin)：“我们的技术创新走到了全球前列，‘走出去’既是(shi)扩展自(zi)身影响力(li)，也是(shi)为提升海外尤其是(shi)医疗欠发达地区患(huan)者的健康福祉出份力(li)。”

在家(jia)也能(neng)烧(shao)瓷器——

更便利地享受动(dong)手乐趣(qu)

烧(shao)制一件瓷器需要多久？

在古代，选矿、炼泥(ni)、定样、利坯(pi)、绘画、施釉、入窑烧(shao)瓷，数(shu)十道程序下来，往往历时数(shu)月(yue)才能(neng)制作完成。

今天(tian)，网购(gou)好原料，用陶瓷3D打印机，使用窑炉烧(shao)制，或者更简单点，家(jia)用微波炉也能(neng)替代——刘(liu)文强测算出的平均时间是(shi)15分钟。

10年前，出于(yu)个人兴趣(qu)，山东大学机械工程专业二年级学生刘(liu)文强研(yan)发了一款陶瓷3D打印机，在学校环保主题的创新比赛中拿了奖(jiang)，后来代表(biao)学校参加全国比赛，又(you)斩获一等奖(jiang)，这些奖(jiang)状一直被他悉心(xin)珍(zhen)藏。

10年间，这名获奖(jiang)大学生成了济南辰坤智能(neng)科技有限公司创始人，一款产品衍生出适(shi)用于(yu)多种场景的系(xi)列产品。“既有适(shi)合普通消费者的，也有的适(shi)合专业人士、公司。如用彩色釉料打印，也能(neng)实现(xian)上釉效果。”刘(liu)文强说(shuo)。

刘(liu)文强的办公室里摆满(man)了花瓶、水杯、摆件等大大小小颜色各异的陶瓷制品，这些都是(shi)他开发的陶瓷3D打印机制作的。与其说(shuo)是(shi)办公室，倒(dao)不如说(shuo)更像一个陶艺DIY手工作坊。刘(liu)文强说(shuo)：“陶瓷3D打印机大大降低了艺术创作、艺术体验(yan)的成本。”

打印出来的作品，称得上艺术品吗？这是(shi)刘(liu)文强经常(chang)面对的质疑。“有人说(shuo)机器做出来的东西没有灵(ling)魂。”他回忆。

最初，刘(liu)文强也不知道如何(he)反驳，直到他从用户乐此不疲的体验(yan)中找到了3D打印文创产品的价值。吉(ji)尔(er)·泰勒是(shi)美国人，有60多岁(sui)，很喜欢陶艺，但随着年龄增(zeng)长，手经常(chang)不听使唤，陶艺制作让她感到有些力(li)不从心(xin)，直到发现(xian)这家(jia)公司的产品。

泰勒在社交平台上“秀”出一件3D打印和手工配合完成的作品：那是(shi)一只站立的母狮，穿(chuan)礼(li)裙戴披肩，身姿优雅，头微微抬(tai)起，凝(ning)视(shi)远方，其中最难的裙裾就是(shi)3D打印而成的。“3D打印可以帮助用户摆脱(tuo)禁锢、突(tu)破(po)传统工艺的束缚，做出更加复杂多变的形态，带来更大的创作自(zi)由度。”刘(liu)文强说(shuo)。

可以打印的，不只是(shi)陶瓷。手办、船模、建筑模型、雕像、玩具……在文化创意领域，3D打印的应用越来越广。刘(liu)文强感觉到，消费级3D打印机市场增(zeng)长速度很可观。有数(shu)据(ju)佐证了这一点：2022年中国消费级3D打印设(she)备销量为135.18万台，较2017年增(zeng)长14.4倍(bei)。

打印速度慢、使用门槛高、产品价格高等因素一度“劝退(tui)”广大普通消费者。近年来在市场需求和技术进步共同催化下，消费级3D打印机销售价格大幅下探，并(bing)叩开海外市场。

“我们的用户主要来自(zi)海外，一些动(dong)手能(neng)力(li)很强的人还会热情地提出建议帮助改进产品，很喜欢这种和用户共创的氛围。”刘(liu)文强说(shuo)，“希望我们的产品能(neng)走进更多家(jia)庭，让人们更便利地享受动(dong)手乐趣(qu)。”