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为了使我们的身体正常工作，肾脏在保持血液成分稳定方面起着至关重要的作用。为了实现这一目标，肾脏的大约一百万个过滤单元（肾小球）首先去除多余的水和废物，然后称为近端小管的特殊结构重新吸收将其返回血流的“好”分子。尽管近端小管的重吸收功能可能受到药物，化学物质或遗传和血液传播疾病的影响，但我们对这些影响如何发生的理解仍然有限。[图片]3D生物打印的血管化近端小管的免疫荧光染色，其中近端小管上皮标记物在近端小管通道中以绿色染色，并且血管内皮标记物在相邻血管通道中以红色染色。放大的横截面图示了两种不同的细胞类型在它们各自的通道中形成管腔可灌注结构。为了研究人体外肾脏重吸收，Wyss Institute核心学院成员Jennifer Lewis，Sc.D与瑞士罗氏罗氏创新中心合作创建了一个3D生物打印血管化近端小管模型，其中可独立灌注的小管和血管在工程细胞外基质内彼此相邻打印。这项工作建立在团队早期报告的持续灌注的3D近端小管模型的基础上，该模型仍缺乏功能性血管隔室。该团队使用他们的下一代设备测量了葡萄糖从近端小管到血管的转运，以及高血糖的影响，这是一种与患者糖尿病相关的疾病。“我们在几天内构建这些活体肾脏装置，它们可以保持稳定和功能数月，”Neil Lin博士说，他是罗氏研究员和刘易斯团队的博士后研究员。 “重要的是，这些3D血管化的近端小管表现出所需的上皮细胞和内皮细胞形态和管腔结构，以及关键结构和转运蛋白的表达和正确定位，以及允许管状和血管隔室相互通信的因子。 “作为测试药物和模拟疾病的第一步，该团队通过循环高于正常葡萄糖浓度的4倍，在他们的模型中诱导了“高血糖症”，一种典型的糖尿病高血糖症状和血管疾病的已知危险因素。近端小管隔室。 “我们发现高水平的葡萄糖转运到血管腔内的内皮细胞会导致细胞损伤，”Wyss Institute和SEAS Lewis集团研究员Kimberly Homan博士说。 “通过使药物循环通过特异性抑制近端小管上皮细胞中主要葡萄糖转运蛋白的小管，我们可以防止相邻血管内皮细胞发生这些有害变化。”该团队的当务之急是进一步扩大这些3D打印模型，以用于制药应用。 “我们的系统可以筛选聚焦药物库的肾毒性，从而有助于减少动物实验，”该研究的行业合作者，罗氏创新中心巴塞尔的首席科学家Annie Moisan博士说。“我们新的3D打印肾脏模型是一个令人兴奋的进步，因为它更完整地概括了天然肾组织中发现的近端小管段，”刘易斯说。 “除了药物筛选和疾病模型的直接应用之外，我们还在探索这些生命装置是否可以用于增加肾透析。”目前，救生透析机可以过滤血液，但它们无法从身体所需的许多功能中去除滤液中的宝贵营养物和其他物种，这可能导致特定的缺陷和并发症。刘易斯和她的同事认为，3D生物打印的血管化小管可能会改善肾脏替代治疗。他们的研究发表在美国国家科学院院刊（PNAS）上。

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技术引领变革，变革推动发展。在装备保障训练领域，盯住前沿，加强融合，积极有为的拓展训练方法手段，是提高训练效能的有效途径。当前，3D打印技术迅猛发展，已在各个领域取得丰硕成果，引入装备保障训练领域，将成为提升装备保障能力新的增长点。[图片] 一、3D打印技术的成熟，为装备保障训练提供了技术支撑3D打印技术又称积层制造，属于快速成型技术的一种，它是一种数学模型为基础直接制造几乎任意形状三维实体的技术。经过近20年发展，从打印材料到打印设备已趋于成熟，生产制造的成本逐步降低，为部队装备保障训练引入该项新技术提供了具有应用可行性的技术基础。（一）应用广泛，可满足不同领域需求当前，3D打印技术在工业设计、建筑、汽车、航空航天、医疗产业及食品工业等领域都有成熟的应用。2014年7月1日，美国海军试验了利用3D打印等制造技术快速制造舰艇零件；2015年4月21日，美国国家航空航天局（NASA），利用3D打印技术制造首个全尺寸铜合金火箭发动机零件以节约成本；2016年4月19日中科院重庆绿色智能技术研究院和中科院空间应用中心研制成功国内首台空间在轨3D打印机，可以帮助宇航员在失重环境下自制所需的零件，大幅提高空间站实验的灵活性，减少空间站备品备件的种类与数量和运营成本，降低空间站对地面补给的依赖性。这些成功的案例均应用在国家安全战略方面，充分表明3D打印技术已经从简单的模型制作到高精尖的装备零部件制造全部实现可能，也为我们装备保障训练全部实现模型化、精准化、透明化奠定了技术基础。 （二）取材方便，可根据实际控制成本目前市场成熟的打印材料主要有SL工艺成型材料、SLS工艺成型材料、SLS工艺成型材料、LOM工艺成型材料、FDM工艺材料、3DP工艺材料等。涵盖了树脂、塑料、陶瓷、金属等不同材质材料，应用取材广泛，设计选择空间大。在实际应用中，按照经济耐用、满足最低限度使用标准，结合成本、外观、细节、力学性能、机械性能、化学稳固性以及特殊应用环境等因素，选择合适的材料种类。如在识件认件训练上，对模型精度和强度要求不高，采用工业ABS材料，可进行机械加工(钻孔、攻螺纹)、喷漆及电镀。在工作原理训练上，需要演示各机械部件之间的配合关系，对零配件精度、光泽度等要求较高，采用Somos 11122材料为半透明材质。在操作、故障排除训练上，重点在练习装备的分解结合，对模型的强度和精度要求较高，采用聚醚醚酮(PEEK)材料，具有非常好的尺寸稳定性,可以降低尺寸公差,是制作高质量高精度的佼佼者。通过针对不同训练目标，选择不同材料，可有效节约成本，提高训练实效。（三）人才支撑，可实现技术转化应用3D打印一个重要前提是建立打印模型，数字模型文件是实现3D打印的基础，是获得制作装备零（部）件的第一步。而达到这一目的的三个重要要素，即建模人才、建模软件、建模硬件。随着国防建设的强大和发展，国民的国防意识不断加强，携笔从戎，立志国防建功立业的优秀大学生、研究生等人才聚集在军队各个层级，部队不泛建模的技术人才。在建模软件方面，3DMax、Maya等成熟的三维开发软件是主流，而且对现有计算机开发环境要求不高。在建模硬件方面，目前部队现有主流计算机均可承担建模任务。同时，在模型素材的获取方面，可以根据对模型精度要求的不同，依照装备技术图纸、装备照片和分解的零（部）件等实物按比例建立所需模型。通过基本培训，部队现有人员即可掌握，可行性较高。二、3D打印技术的引进，为装备保障训练丰富了技术手段随着军队武器装备的更新发展，特别是近几年部队改革力度前所未有，高新装备列装部队如同下“饺子”般的速度。尽快形成武器装备“两成两力”，对装备的保障训练提出了更高要的要求和标准。装备保障训练必须与时俱进，加快装备保障能力生成。（一）手段先进，适应了训练变革和发展纵观3D打印技术，它具有研制周期短、不受制造工艺限制、节省材料和分布式生产的特点。将3D打印技术引入装备保障训练领域，能够有效的解决诸多制约装备保障训练的棘手问题。能有效地提高装备保障训练的保障性。随着强军计划的实施，武器装备更新速度的不断加快，装备的类型、品种、数量发生了空前的变化，而与之配套的相关训练保障一定程度还难已满足需要，短期还难有效解决。采用3D打印，可随时制作、复制各类型装备零部件模型，供教学使用。能有效地预防对现役装备的损伤。目前我军还没有专门用于装备保障训练的专用装备，基本上都是在部队现有实装上进行，有些训练内容，特别是对高新技术装备更多的是“望装训练”，很难进行实装拆解。可利用3D打印技术整体制作装备某一总成模型，避免反复在实装上操作，降低装备性能。能有效地使保障训练更接近真实。通过分析装备“战损”机理，自设自建装备损伤数字模型，再现真实损伤现象，使保障训练人员沉进在“实战”。增强装备保障训练效果，提高训练效益。（二）形象直观，提高了训练效益和质量3D打印模型，是看得见、摸得着的实实在在物体。可根据训练需要生产各式各样的装备零（部）件，构建装备保障训练所需要装备与训练关系，有效解决“构造原理难理解、故障发生难发现、维修操作难体验、装备损耗难避免、维修能力难检验”等现实问题。一方面，可构将抽象问题具体化。通过3D打印的部件还原故障现象，再现教材和实际中训练内容，用看得见、摸得着的方式再现故障原理，论证维修方式的科学性。另一方面，可将设想问题实物化。3D打印技术能保证随意设置“战损”装备，把模拟实验中验证理论猜想和推断，构设的模拟零（部）件，通过3D打印来实现，再现损伤现象，解决战时保障与平时保障差别问题，复员“战损”装备具有复合损伤的特点，增强“实战”保障感，也为有效地建立更加丰富的“战损”装备维修基础数据库创造了条件。（三）易于掌握，增强了训练技巧和方法装备保障训练在一定程度上依赖着诸多保障条件，受装备、场地、天候等因素影响。采用3D打印技术，可最大限度地减少空间、时间、条件等方面的限制，使装备保障训练更加灵活多样。在训练内容上，可有效地消除训练死角，因高新尖装备的训练资料、装备、零（部）件难以保障，在实装上训练影响装备技战术性能等治约因素得到有彻底解决。在训练方法上，增加练兵兴趣和主动性，通过千变万化的部件模型，使训练人员感觉在“玩玩具”中就得到了实练，寓教娱乐，提高训练效果。在训练形式上，自训、集中、编组形式多样，通过修改模型的数据文件，自建自设，模型比例和材质均可以自行选择，甚至可以选择真实比例和真实材料制作三维模型，使装备保障训练内容和形式更加丰富，满足各种条件、环境、人员的需要。三、3D打印技术的应用，为装备保障训练解决了技术难点先进的训练手段呈现出多样性和灵活性，对于提高军事训练质量和效益起到了很好的促进作用。3D打印技术的有效应用，是对现有装备保障训练的手段极大丰富和完善，可有效解决装备“保障性”弱等现实问题。（一）注重应用在关键节点上随着部队转型发展，装备进行了大幅度更新，但在装备的保障性上还存在着不配套，跟不上新装备列装的节奏，一定程度上影响部着队装备保障训练。面对实际，要好钢用在刀刃，选择好合适的训练手段，将对保障训练起到事半功倍的作用。因此，3D打印用技术要用在训练重点内容上，用在装备重点部件上，用在系统核心部位上。同时，要注重打印材料性能数据的收集整理，按装备保障训练实际需求，对材料性能进行分析和选取，使材料选择更科学合理，减少浪费，节省成本。对于对装备保障训练涉及到的重要系统和部件，特别是在缺少实物或模型的条件下，要以解决训练难点，提高训练效益为主要目的，在突破经济成本基础上，获取最大的训练效益，实现部队装备战斗力和保障力的提高。（二）注重把握真实准确性3D打印系统在一定程度上就是一座移动的兵工厂、训练器材库，只要使用得当，就能保证装备保障训练所需部件的制作。选择模型和打印材质要坚持以训练效果为牵引，处理好训练模型与实装实件相匹配的矛盾，在保证训练实效基础上，还要考虑节约开发、维护成本。在模型与实物的比例、准确、完整等问题的选择上，坚持“整体小比例，局部大比例”的原则，对于主要体现装配关系的总成、操作流程等训练内容，以小比例为主，重点在强化操作步骤，熟悉构造，打好基础；对于工作原理复杂、故障率高，难于理解，传统训练方式效果不好的训练内容，以大比例为主，重点在把握细节，掌握实质，提升理论和实践操作水平。（三）注重与现有手段配套统合好现有训练资源，发挥各自优势，形成相互补充、相互配合、相互呼应的有机整体，极大地丰富装备保障训练手段，提高训练质量效益。当前部队模拟训练的普及，虚拟现实技术的应用，促进军事训练质量和效益。3D打印技术引入装备保障训练之中，不仅是增加了先进的装备保障训练方式方法，更是对模拟训练和虚拟训练的完善和补充，将从空间视觉、触觉场景走进实物现场，实现了从感知到实物的转换。在实际训练中，3D打印可以直接应用虚拟系统中现有的三维数字模型文件，将虚拟世界中的装备、工具、器材等在现实世界重新塑造，变为看得见、摸得到的实物，体验更真实，感观认识更具体，对理解原理内容、熟悉操作过程、掌握维修方法都具有较大的现实意义。（四）注重加强统筹整合制约3D打印技术在训练方面应用最大的问题应是成本问题。设备、软件和材料都需要成本投入，如果投入过大，基层部队难以推广，将降低可行性。当前市场上的3D打印机品种类型众多，价格从千元到几十万元不等，打印耗材根据不同材料其价格相差也很大。要区分任务逐级投入。把3D打印技术作为一个系统工程，区分层级，完成相应装备训练的保障。如在战区、集团军和旅团部队，要分级购置3D设备、打印材料和经费保障，减少基层部队的保障压力。要依据任务重点保障。根据部队的任务特点、装备特点和训练需求，对一线任务部队和新转型部队、对高新装备和复杂技术装备要加大投入力度，采取上级支援建设和自建相结合方式，按实际运行模式建立相应的保障制度，确保装备保障训练的效益。要统合系统成果共享。各层级都要做好统的文章，在运用3D打印技术上，实现系统内共享技术开发和成果运用，走保障训练捷径，减少层层投入和重复开发，提高训练效益。四、结语3D打印技术应用于装备保障训练具有重大意义，是解决现有装备保障训练瓶颈的有效抓手。部队应根据所编配的装备特点，综合效益、成本等因素，统筹好现有训练资源，将3D打印技术应用在重点、难点训练内容上、系统核心部件上，获取最大的训练效益，实现部队装备作战能力和保障能力的提升。

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2019年3月5日，美国国家工程院（NAE）上月公布了新晋院士名单。美国南加州大学工业与系统工程布洛克 .霍什内维斯教授（Behrokh Khoshnevis）因为他对制造、建筑以及 3D 打印应用领域做出的突出贡献，成功入选为美国国家工程院（NAE）院士。[图片]图为 Behrokh Khoshnevis 教授布洛克教授被称为世界 3D 建筑打印之父，他在 1997 年便提出用 3D 打印技术来制造建筑物的方案，并将该技术命名为 ContourCrafting（轮廓成型工艺），用加载 3D 打印系统的大型机械装置直接打印建筑物。该技术在 2006 年被美国的 Modern Marvel 频道评为全美当年最佳 25 项发明之一。轮廓成型工艺也因此在美国的科技领域受到的广泛的关注。谷歌公司的能源部门计划用轮廓成型工艺用于风力发电机的基建部分的打印（除发电机模组和叶片外），这样可以在交通不便的偏远地区建造风力发电站。美国太空总署（NASA）也资助轮廓成型技术的研发，计划将 NASA 的探月机器人 Athlete 和 Contour Crafting 技术结合，实现在外太空进行无人建造。除此之外，引人瞩目的超级高铁（HyperLoop）项目也曾经将轮廓成型工艺作为超级高铁基础建设的备选方案。[图片]轮廓成型工艺建造风力发电塔筒演示动图[图片]图为轮廓成型工艺在太空打印房子的示意图 轮廓成型工艺之所以受到众多科技巨头的青睐，是因为它是新颖的想法和成熟的技术完美结合。系统通过计算机自动控制快速建造系统，它以传统工艺的20%的成本，在非常短的时间内（如 24 小时），直接把计算机里设计好的建筑模型打印成实际的建筑物。轮廓成型工艺通过打印设备在建筑场地勾画出一个整体的轮廓、线条；然后逐层打印，通过设计图纸自动预留出门和窗户的位置，然后盖上第一层楼层板，并接着在楼层板上浇筑出第二层地面，最后完成屋顶、墙壁外部结构等细节部分。该工艺打印设备的结构方式采用龙门架式，在保证设备刚性的前提下大大降低设备成本，且便于拆装，操作安全方便。运行方式使用轨道式，从而进行大面积建筑物打印，而且长度可通过导轨无限延伸。其采用heuristic算法优化喷头的移动路径，从而提升打印效率。[图片]图为轮廓成型工艺打印演示动图 2017年 7 月的钛媒体科技节，轮廓成型工艺进行了全球首次现场打印展示，此次展示充分体现了该项技术的特点，在有限的 2 天时间内，以极低的打印成本，打印了一座漂亮的城堡。在科技节举办期间，现场参展观众近距离的观看了 3D打印流程，并了解轮廓成型工艺的打印设备。更有趣的是现场进行了寓意‘创造’与‘颠覆’的行为艺术 ——“砸掉城堡”活动，打印完成后邀请现场小朋友来给城堡进行上色，并邀请当时全球最火游戏“愤怒的小鸟”的创始人 Peter 参与此次活动。[图片][图片]图为打印城堡[图片]图为展会现场“砸掉城堡”活动 紧接着 2017 年 8 月在上海展览中心现场，轮廓成型工艺再一次惊艳亮相，用建筑 3D 打印机完美打印出一座长 4m、宽 2.3m、高 2.6m 同比例缩小的上海展览中心微模型，总耗时 15 小时。[图片]图为上海展览中心建筑打印最终的成品 这么多现场的展览演示，轮廓成型工艺展示出了诸多的优势。那现阶段是否有实际的应用呢？答案是肯定的。在2018 年 9 月中旬，有一个紧急的项目，传统工艺束手无策，轮廓成型工艺脱颖而出。在有限的 2 周时间内，需要打印出高 3 米，长 20 余米的城市新地标。该工艺淋漓尽致的发挥出了速度快，效率高，损耗少等特点。最终准时而又完美的呈现在公众的眼前。这个项目正是绍兴市柯桥区高速口的一个地标建筑——“打造新时期国际纺织之都”宣传标语墙， 3D 建筑打印出来的富有艺术美感的建筑物，和周边的传统建筑小品形成了强烈的反差，此地标建成后，在当地媒体和互联网的报道下，一跃成为网红打卡点，周围居民，纷纷拍照分享！[图片] “打造新时期国际纺织之都”宣传标语墙 ，其设计来源颇有说法：绍兴是一座有古色古香的历史名城，也有水乡之称，其中石拱桥、乌毡帽、黄酒坛都是耳熟能详的标志物，代表着历史文化的烙印；而3D打印，正好是这几年科技发展的一个产物，代表着时代的发展和变革。把历史和科技两者融合贯通，最终完美的呈现出这一颠覆性的建筑物。[图片]图为柯桥高速路口地标布洛克教授来到绍兴，并在地标前和参与此次项目的人员合影留念。他对这个打印成果也赞叹不已。[图片]图为教授与地标打印人员合影 值得一提的是，为柯桥高速路口项目进行 3D 建筑打印的迅实科技公司创始人-张靖，其博士导师正是南加州大学工业系统的布洛克教授。张靖博士在2013年创立了迅实科技，是一家专业从事3D打印产业研发、制造、销售及服务的高新技术企业，在3D打印领域拥有100多项国内外专利。[图片]图为教授与张博士合影 在建筑领域，轮廓成型工艺拥有超前的技术理念，突破常规的建筑结构，打造了建筑行业的新格局，未来拥有不可估量的发展空间。迅实科技从美国 ContourCrafting 公司引进最正统的轮廓成型工艺，正走在 3D 建筑打印的领头位置，同时一直在不断的突破和发展。目前已经逐步与政府、高校等多个单位进行各类公共性建筑打印项目（建筑小品）的合作，若您有兴趣，或者是刚好需要 3D 建筑打印，不妨可以多多了解。

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[图片]Carbon的数字光合成技术被证明是最佳的制造用于BD的Rhapsody诊断装置的血细胞计数器适配器的方法。 医疗技术巨头BD称自己是地球上塑料注塑零件的最大用户之一，它正在建设所谓的“最大和最先进的塑料成型工厂之一”。世界“在哥伦布，内布拉斯加州。但是当BD的Larry Monahan上周在加利福尼亚州阿纳海姆的PLASTEC West和MD＆M West共同担任中心舞台时，注塑成型仅仅是一个注脚。他的演讲重点是公司“沿着增材制造的道路前进。”这一旅程始于几年前，当时他的团队负责为BD Rhapsody单细胞分析系统设计原型。由Monahan领导的BD高级原型，企业计算机辅助工程团队于2017年中期开始与位于加利福尼亚州门洛帕克的BD生命科学 - 基因组学团队合作。该小组开发了Rhapsody系统，该系统能够在单个细胞的基础上分析细胞形式和功能，而不是像通常那样对多个细胞进行平均测量。 “这是一个装满小塑料零件的大型设备，我们正在为公司的所有部门做原型，”Monahan告诉与会者。其中一个组件 - 血细胞计数器适配器将流体微孔集成到光学系统中 - 似乎是增材制造的良好候选者。 Monahan的部门配备了立体光刻，熔融沉积建模和Carbon的数字光合成（DLS）系统，所有这些都在快速原型制作中。在该项目出台之前，增材制造不是等式的一部分。“我们查看了这部分可用的制造方法。注塑和铣削具有明显的局限性，“Monahan解释说，因为零件几何形状和小批量生产。然而，可伸缩性也是一个问题。 “假设我们今年要做30个，但明年我们可能需要制作60个或100个，所以这个过程需要可扩展。这可能听起来不是很多，但你的要求却翻了一番。“BD公司计算机辅助工程副总监Larry Monahan向MD＆M West / PLASTEC West与会者介绍了他的公司的增材制造之旅。 Monahan的团队比较了注塑成型与增材制造的成本以及由此带来的交付周期和上市时间。 “我们在BD上有一个电子表格来计算总体拥有成本，它表明添加剂的成本是全面稳定的。由于工具的原因，注塑成型在开始时成本很高。对于这一部分，看起来10到15年，增材制造是最有意义的。“在内部可用的3D打印技术中，BD选择了Carbon的DLS，因为它可以实现分辨率以及精度，速度和可用材料。该产品选用Carbon的RPU 61硬质聚氨酯。 Carbon将材料描述为提供生物相容性，可灭菌性和耐久性的独特组合，以及工程级机械性能，耐磨性和耐化学性。Monahan补充说，Carbon团队的支持深度也推动了项目的进展，并带来了显着的设计改进和材料使用的减少。最初的零件设计有支撑材料，必须将其移除。 “这需要更多的劳动力，并导致废料与你用来制造最终零件的材料相同，”Monahan解释道。在与Carbon协商后，蜂窝结构旋转45度，使墙壁自支撑，并允许BD水平打印部件。 “废料减少了7％，”莫纳汉说。 Carbon还修改了打印脚本，将打印时间减少了一半以上。[图片]将蜂窝结构旋转45度使得部件的壁自支撑并减少了打印时间。 这个项目--BD首次尝试使用增材制造来制造生产部件 - “让人们开始关注这种技术的可能性，”Monahan说。“其他部分现在正在生产中，还有几个正在讨论中。当我们看到小批量零件时，我有高管现在问，'为什么我们不能3D打印这个？'这对于世界上最大的注塑公司之一来说是一个非常显着的转变。”Monahan热情洋溢地说。

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根据华中科技大学同济医学院附属协和医院神经外科姜晓兵教授等人发表在Pituitary杂志上的研究结果，对于接受经鼻内窥镜蝶窦入路手术治疗垂体腺瘤和其他疾病的成人，使用3D打印模型可以减少手术时间和失血，减少术后并发症。影响经鼻内窥镜手术结果的几个因素包括肿瘤体积、患者年龄、病变部位和蝶骨气化程度。精确的目标肿瘤结构模型是成功切除垂体腺瘤的主要先决条件，尤其是大腺瘤，因为这样可以避免因治疗不理想而引起的灾难性并发症。姜晓兵教授等人对本院20例接受鼻内窥镜经蝶手术的成人进行了回顾性分析。受试者均肿瘤大小相似、无其他疾病。队列中的所有手术均发生在2017年1~8月，10例受试者（平均年龄44.4岁，50%为女性）在手术前接受CT和MRI，另外10例还接受了3D打印手术（平均年龄41.2岁，50%为女性）。研究人员将CT和MRI的图像结合在一起，基于这些信息利用3D机创建模型。手术后，研究人员发现，与无3D模型的受试者相比，有3D模型的受试者平均手术时间更短（127分钟 vs. 143.4分钟；P=0.007)，失血更少（159.9 ml vs. 170 ml；P=0.009）。3D打印组有20%的患者出现术后并发症，而仅使用CT和MRI组有40%的患者出现术后并发症。[图片]本研究结论显示，3D打印模型可反映蝶窦的复杂解剖结构和肿瘤位置，可帮助患者获得良好预后，因此3D打印技术在内窥镜下经鼻内入路治疗大腺瘤方面无疑具有巨大的应用潜力。研究人员指出，由于3D打印技术具有高度精确性和个性化，近年来已开始在医学领域应用。在神经外科， 3D打印技术可以为患者的疾病特征提供模型，如颅骨缺损、脑肿瘤、颅内动脉瘤和颅内血管畸形。相信随着3D打印技术的不断发展，它将在不久的将来应用于临床实践。

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新技术应用正在打破医疗行业的限制壁垒，无论是患者和医生之间的信息共享方式、帮助进行高风险手术。而这些新技术包括人工智能、纳米医学、虚拟现实、3D打印和机器人辅助手术。[图片] 而且，随着现代人口增长，医疗资源相对紧张。以美国为例，到2030年，预计将会有1.71亿美国人将患有某种形式的慢性疾病，而美国的医生短缺数量将会多达104900名。而新技术的出现无疑可以一定程度上，缓解这种医疗资源的紧张。美国在线医疗保健网站发布一张信息图，突出显示了技术突破医疗保健领域障碍的情况。以下是技术影响该行业的五种方式，包括人工智能、纳米医学、VR、3D打印和机器人辅助手术等：人工智能人工智能将对许多行业产生巨大影响，而医疗保健也不例外。而大部分医疗保健机构的高管已经在运营中应用人工智能技术，去年数据显示这些机构计划增加预算。附注：AI在医疗领域的运用包括：临床决策支持、人口健康、疾病管理、重新入院、医疗费用/健康计划、患者安全和质量、供应链管理和癌症护理。随着技术的发展和普及，人工智能可以帮助诊断中风、眼病、心脏病、皮肤癌和其他疾病。而在一项对医疗机构高管的调查中发现，在2017年，46%高管会在诊断支持方面运用AI技术，而2018年这个数据达到59%；在2017年，33%高管在人口健康方面运用AI技术，而到2018年增长到46%；在2017年，29%高管在疫病管理方面运用AI技术，而到2018年计划增加到42%。虚拟医疗保健虚拟医疗保健也叫做远程医疗或虚拟医疗，可以让患者和医生、护士或其他医疗专家使用视频会议或移动应用等技术远程触摸。许多患者也习惯使用可穿戴技术来监测他们健康状况的变化，也会跟医生分享这些数据。53%使用健康监测器或可穿戴健身追踪器的人表示他们愿意跟医生分享。患者选择虚拟护理的主要原因是方便(33%)、操作简单(25%)，还可以跟远程医生顺利接触(25%)。另一方面，许多人也担心这种方式的护理质量。而患者的角度来看，23%的受访患者表示跟医生或护士进行过虚拟医疗，而57%没有进行过的患者表示愿意尝试。如果所有患者都选择虚拟医疗保健，而不是跟医生面对面接触，那么每年可以为美国医疗系统节省70亿美元，而节省的时间将“释放”37000名医生，去完成其他任务；而每个美国医生每次看病可以节省5分钟的时间。除了这些优势之外，VR提供的多感官、身临其境的体验可以让医生和患者双双受益：医护人员培训VR可用于在现实和低风险的模拟环境中训练外科医生。在一项研究中，93%通过3D VR技术观察动脉图像的放射科医生在诊断脾动脉瘤时更有信心。MedStar Health在华盛顿巴尔地摩地区经营着10家医院，正在使用沉浸式VR耳机在模拟急诊室场景中，培训医护人员。VR用于物理治疗和心理健康VR为急性疼痛和焦虑症提供治疗潜力，帮助患者康复。沉浸在虚拟世界中被证明，可以降低疼痛和焦虑水平并具有放松效果；而VR模拟器可以重建令人恐惧或创伤的环境和情况，以帮助患者面对负面情绪并面对恐惧。因此，VR被认为是教学和治疗的一种经济有效的工具，VR医疗保健服务市场预计在未来5年增长30倍以上，将从2017年的890万美元增长到2022年预计的2.85亿美元。纳米医学纳米医学是一个快速发展的领域，这项技术以1至100纳米的极微小“纳米级”单位控制单个原子和分子。换句话说，单张报纸的厚度约为100000纳米。纳米医学主要用于有效诊断、治疗和预防各种疾病。与传统药物相比，它在精确靶向和递送系统方面表现很好，可以对抗癌症等复杂疾病。到2025年，全球纳米医药市场的价值可能超过3500亿美元。自1995年以来，50款“纳米药”已获得FDA批准。3D打印自首次亮相以来，3D打印已经经历了漫长的发展道路，特别是在医疗保健行业中的应用。该技术可以更快的打造物体原型，比如个性化假肢，而成本却相当于其他材料的一小部分。3D打印的可定制属性，正在彻底改变器官移植和组织修复，甚至能够为烧伤患者生成逼真的皮肤。而3D打印的药丸可以为患者定制，一次涵盖针对不同疾病的药物。而从2010年至2016年，美国拥有3D打印设备的医院数目增加了3200%，从2010年的3家增加到2016年的99家。机器人辅助手术最后且很重要的一项技术是机器人手术，各大医院都争相研究，这项技术允许医生执行精细和复杂的手术过程。通常，外科医生使用相机和机械臂控制设备，为他们提供手术部位的高清视图。根据梅奥诊所，这种方法一般会带来以下优势：增强准确度、灵活性和控制力；减少感染等并发症；由于可以实现微创，因此患者留疤不太明显。而患者对于机器人辅助手术的态度，36%在知道优势前就表示愿意接受；56%受访者在知道优势后表示愿意接受。虽然新技术应用到医疗领域仍然存在挑战，但带来的价值很明显，而且我们现在尝试的方面还只是一小部分，医疗行业还有更多新技术可以改进的机会。

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如果要问当前较有代表性的高新技术有哪些，答案可能包括物联网、云计算、大数据、无人驾驶、3D打印等。如今，在各国的共同推动下，我国的增材制造产业总体呈现出一派蓬勃的发展景象。其中，3D打印前沿技术和设备在产业发展过程中所起到的作用尤其值得重视。[图片]与此同时，随着3D打印在各领域应用程度的不断深入，各行业从业者对3D打印机的了解也越来越全面，并开始在潜移默化中接受3D打印给生产生活所带来的改变。增材制造产业总体发展态势良好近年来，我国政府先后从发展目标、行业标准、财政扶持、重大项目立项等多个角度着手，对增材制造产业的发展予以大力支持。在多种利好因素的综合作用下，我国3D打印技术和产业发展迅猛，从基础理论研究到关键设备的自主研发再到应用领域的不断拓展，均取得了丰硕的成果。据前瞻产业研究院统计数据显示，从2015-2017年，我国3D打印产业规模实现了翻倍增长，年均增速超过25%。仅2017年，我国3D打印领域相关企业数量就已经超过了500家，产业规模已达到100亿元。2018年上半年，我国增材制造产业维持着25%以上的增速，整体规模也实现了新的突破。在政策扶持和业内人士的共同推动下，目前我国增材制造产业总体发展状况良好，从市场区域分布来看，我国的增材制造产业已基本形成了以环渤海、长三角、珠三角为核心，以中西部部分地区为纽带的产业空间格局。从应用状况来看，3D打印技术及设备已被广泛应用于我国工程机械、航天航空、消费品制造、创新教育等多个领域。对于医疗、建筑等行业而言，3D打印机所起到的作用不容忽视。各领域建设对3D打印机的需求激增实际上，3D打印机的种类是多种多样的，目前市面上出现的3D打印机主要包括工业级3D打印机和桌面级3D打印机两种。由于桌面级3D打印机价格相对便宜、携带方便、易于操作等，因而其应用场景主要集中于家庭、办公等场景。反之，工业级3D打印机在批量生产模具、金属零部件等方面，能更好的满足高精度、短时间的制作要求，因而较为适用于医用器械、化工仪器产品制造等领域。值得注意的是，工业级3D打印机借助计算机控制激光或电子束，可以打印出传统机械加工无法完成的复杂精密结构，并且去除掉不必要的制造工序，实现对对材料的充分利用。得益于工业级3D打印机的良好性能，其在模具制造、工业设计、服装鞋帽、房屋建筑、航空航天和医疗产业等领域的重要性正日益凸显出来。今后，随着各行业建设不断向前推进，工业级3D打印机的市场需求量将会进一步增多，工业级3D打印机也将迎来难得的发展机遇。未来3D打印机扮演的角色将愈加重要目前，我国增材制造产业发展已经取得了一定的成果，但是总体上仍处于发展的初始阶段，专用的材料种类较为单一、标准体系尚未完全建立、打印机的功能离实际所需存在差距等，都对我国增材制造产业实现快速发展造成了一定的阻碍。面对此种状况，加快人才培养体系建设和技术设备研发意义就成为了一种可行的方式。其中，研制出符合建筑、医疗等行业发展的高质量3D打印机十分重要。对于建筑行业而言，借助高性能的3D打印机，不仅施工周期得以缩短，材料利用率较高，而且还能降低安全事故发生的概率，在某些较为危险的施工环境中降低由人力操作所产生的危险。在今后的一段时间内，3D打印机将在复杂构件、新产品开发、协同制造和实现创意方面发挥重要作用，3D打印机的种类将更加多样，并能在行业发展的过程中起到有力的推动作用。将3D打印机等设备与3D打印技术结合起来，将真正推动新的生产模式出现和革新。与此同时，随着相关技术的进一步成熟，各行业向着智能化、现代化方向转型升级的速度将不断加快，而这也有助于我国综合竞争力的塑造。届时，我国将以更加自信和开放的姿态屹立于世界民族之林，并为世界经济增长贡献更多力量。

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众所周知，我国沈阳飞机科研生产联合体研制的FC-31鹘鹰隐形战斗机1.0和2.0两架原型机大量采用了激光，电子束等3D打印技术，北京航空航天大学，沈阳航空航天大学，中国航发航材院等单位为其配套研制的增材制造钛合金主承力构件，3D打印M100超高强度钢起落架部件在鹘鹰1.0和2.0版本首飞中发挥了重大作用，因此被研制者亲切的称之为“粉丝飞机”。据沈阳飞机设计研究所结构部副部长吴斌透露，采用上述技术后，据笔者推测，歼31鹘鹰目前的结构系数由原来的28%降至26.8%左右， 由此可以判断已经低于美国F22战机的27.8%，可以说是一个了不起的进步。[图片] 然而，沈阳飞机设计研究所飞机结构3D打印应用技术的领军人物，副总设计师王向明却认为，这还远远不够，他在接受记者采访时称，“现在只能做很小一个功能件，如果有一天把零件做大、做强，把功能也做到一起，那这个时候就了不得了，将来某一天我真有可能做出一个飞机的大部段出来，也就是几年之后，或者十几年之后，我们离打印飞机就不远了，这就开始革命了。”军事观察者根据国内外最新公开资料推测，目前正在研制的鹘鹰3.0版本战斗机将大量采用我国最新研发的3D打印技术，如果应用成功，飞机的性能还会进一步提高，我国的飞机生产革命或许就此拉开帷幕，总体上说，鹘鹰战斗机的材料技术远远优于歼20飞机，简单用四个字来说，就是“后发优势”。[图片] 公开资料称，传统的战斗机前机身机体平台作为飞机机体平台的重要组成部分，它既是飞机座舱、前起落架轮舱、设备舱等的安装载体，又必须承受飞机高速机动飞行时外界给它的巨大载荷，还要对飞行员提供良好的保护。目前前机身的传统结构，需要将各组成零件分别制造，然后再集中通过大量的角盒、角片等连接件和螺栓、铆钉、销子等紧固件进行连接；受外形、周边结构以及连接等限制条件的影响，设计生产时需要考虑很多细节，也带来了内部有效空间不足，气动布局不能达到最佳，结构增重，装配和生产复杂等很多负面影响。有分析认为，鹘鹰3.0战机或利用增材制造技术，将前机身的多个纵向大梁，多个横向加强框，纵向板制成了一体化整体框架结构，不仅保证了前机身结构的整体性和完整性，大幅增加了疲劳寿命；而且也显著降低了结构件数量，相对传统结构而言还可减重20%以上。[图片] 由于不需采用角盒、角片、螺栓、铆钉、销子等连接件和紧固件，装配工艺和工装也大幅度简化，前机身制造装配周期可缩短30%以上。飞机前机身整体结构通过增材制造工艺加工成形可谓是飞机生产制造技术的一个重大突破。激光增材制造成形技术生产飞机后机身“眼镜框式”钛合金整体加强框是鹘鹰飞机结构设计的得意之作，该5平方米钛合金加强框曾经是世界最大的3D技术制造的飞机钛合金零件，并多次在国内公开展出。然而鹘鹰3.0战机并没有止步不前，由于飞机后机身一般有数个发动机加强框，这些框之间必须通过梁来连接。框和梁的连接部位破坏了后机身结构的完整性，容易出现应力集中现象，且不利于飞机减重。如果采用框梁整体化设计，则可以避免上述问题，但传统大型锻压工艺受设备及原材料尺寸规格等制约，根本无法制造出来。[图片] 鹘鹰3.0后机身结构改变了传统的框和梁为单独的结构件并采用螺栓进行连接的方法，将飞机数个主承力框和梁通过增材制造技术设计为一体，进一步提高了后机身强度，减轻了飞机结构重量。有分析声称：“鹘鹰研制不论是研制设计端还是在生产制造端，都代表着我国航空工业技术发展不断迭代跃升的现状，第一次迭代是歼20，是一个从三代机到四代机的巨大飞升，第二次迭代是大运飞机和其发展型号，第三次迭代是鹘鹰飞机的现代化生产和材料应用，从这一代开始我国的军用飞机开始自动组装飞机。据笔者推测，鹘鹰3.0后机身不仅采用了框梁一体化结构设计，还大胆的将飞机垂尾梁也整合进来。后机身作为垂尾的安装载体，其中最直接、重要的传力路径就是通过垂尾内的大梁，将垂尾气动载荷途径通过根部耳片及螺栓，传递到后机身内的加强框上，实现垂尾载荷的传递与平衡。但是传统结构的机身垂尾结构复杂，重量较大，承重能力低。[图片] [图片] 有分析认为，鹘鹰3.0飞机以金属粉材、金属丝材为原材料，通过激光熔化沉积技术，最终“生长”成形出后机身加强框及垂尾梁整体结构，使垂尾梁装配工艺与工装大幅度简化，制造装配周期也缩短30%以上。可以毫不夸张的说，上述3D打印技术在鹘鹰3.0飞机上的应用，标志着我国的飞机增材制造技术已遥遥领先于世界各国，王向明总师设想的3D打印技术生产出一架飞机大部段的愿望即将实现。

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[图片]电子束熔化（EBM）1994年瑞典 ARCAM 公司申请的一份专利，所开发的技术称为电子束熔化成形技术（Electron Beam Melting），ARCAM公司也是世界上第一家将电子束快速制造商业化的公司，并于2003 年推出第一代设备，此后美国麻省理工学院、美国航空航天局、北京航空制造工程研究所和我国清华大学均开发出了各自的基于电子束的快速制造系统。美国麻省理工学院开发的电子束实体自由成形技术（ Electron Beam Solid Freeform Fabrication，EBSFF）。EBSFF 技术采用送丝方式供给成形材料前两种利用电子束熔化金属丝材，电子束固定不动，金属丝材通过送丝装置和工作台移动，与激光近形制造技术类似，电子束熔丝沉积快速制造时，影响因素较多，如电子束流、加速电压、聚焦电流、偏摆扫描、工作距离、工件运动速度、送丝速度、送丝方位、送丝角度、丝端距工件的高度、丝材伸出长度等。这些因素共同作用影响熔积体截面几何参量，确区分单一因素的作用十分困难；瑞典 ARCAM 公司与清华大学电子束开发的选区熔化（EBSM）利用电子束熔化铺在工作台面上的金属粉末，与激光选区熔化技术类似，利用电子束实时偏转实现熔化成形，该技术不需要二维运动部件，可以实现金属粉末的快速扫描成形。电子束选区熔化（EBSM）原理类似激光选区烧结和激光选区熔化工艺，电子束选区熔化技术（EBSM）是一种采用高能高速的电子束选择性地轰击金属粉末，从而使得粉末材料熔化成形的快速制造技术。EBSM技术的工艺过程为：先在铺粉平面上铺展一层粉末；然后，电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化，金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起，并与下面已成形的部分粘接，层层堆积，直至整个零件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。上位机的实时扫描信号经数模转换及功率放大后传递给偏转线圈，电子束在对应的偏转电压产生的磁场作用下偏转，达到选择性熔化。经过十几年的研究发现对于一些工艺参数如电子束电流、聚焦电流、作用时间、粉末厚度、加速电压、扫描方式进行正交实验。作用时间对成型影响最大。 电子束选区熔化的优势电子束直接金属成形技术采用高能电子束作为加工热源，扫描成形可通过操纵磁偏转线圈进行，没有机械惯性，且电子束具有的真空环境还可避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。 电子束与激光相比，具有能量利用率高、作用深度大、材料吸收率高、稳定及运行维护成本低等优点。EBM技术优点是成型过程效率高，零件变形小，成型过程不需要金属支撑，微观组织更致密等 电子束的偏转聚焦控制更加快速、灵敏。激光的偏转需要使用振镜，在激光进行高速扫描时振镜的转速很高。在激光功率较大时，振镜需要更复杂的冷却系统，而振镜的重量也显著增加。因而在使用较大功率扫描时，激光的扫描速度将受到限制。在扫描较大成形范围时，激光的焦距也很难快速的改变。电子束的偏转和聚焦利用磁场完成，可以通过改变电信号的强度和方向快速灵敏的控制电子束的偏转量和聚焦长度。电子束偏转聚焦系统不会被金属蒸镀干扰。用激光和电子束熔化金属的时候，金属蒸汽会弥散在整个成形空间，并在接触的任何物体表面镀上金属薄膜。电子束偏转聚焦都是在磁场中完成，因而不会受到金属蒸镀的影响；激光器振镜等光学器件则容易受到蒸镀污染。电子束选区熔化的主要问题真空室抽气过程中粉末容易被气流带走，造成真空系统的污染；但其存在一个比较特殊的问题即粉末溃散现象，其原因是电子束具有较大动能，当高速轰击金属原子使之加热、升温时，电子的部分动能也直接转化为粉末微粒的动能。当粉末流动性较好时，粉末颗粒会被电子束推开形成溃散现象。防止炊粉的基本原则是提高粉床的稳定性，克服电子束的推力，主要有四项措施：降低粉末的流动性，对粉末进行预热，对成型底板进行预热，优化电子束扫描方式。因此，粉末材料一直很难成为真空电子束设备的加工对象，工艺参数方面的研究更是鲜有报导。针对粉末在电子束作用下容易溃散的现象，提不同粉末体系所能承受的电子束域值电流（溃散电流）和电子束扫描域值速度（溃散速度）判据，并在此基础上研究出混合粉末； EBM技术成型室中必须为高真空，才能保证设备正常工作，这使得EBM技术整机复杂度提高。还因在真空度下粉末容易扬起而造成系统污染。此外，EBM技术需要将系统预热到800℃以上，使得粉末在成型室内预先烧结固化在一起，高预热温度对系统的整体结构提出非常高的要求，加工结束后零件需要在真空成型室中冷却相当长一段时间，降低了零件的生产效率。 电子束无法比较难像激光束一样聚焦出细微的光斑因此成型件难以达到较高的尺寸精度。因此，对于精密或有细微结构的功能件，电子束选区熔化成型技术是难以直接制造出来的。 电子束偏转误差。EBSM系统采用磁偏转线圈产生磁场，使电子偏转。由于偏转的非线性以及磁场的非均匀性，电子束在大范围扫描时会出现枕形失真。大偏角时的散焦。EBSM系统采用聚焦线圈使电子束聚焦。若聚焦线圈中的电流恒定，电子束的聚焦面为球面，而电子束在平面上扫描。因此，电子束在不偏转时聚焦，而在大角度偏转时出现散焦。 国内外研究状况 从 2003 年推出第一台设备 S12 至今，ARCAM 推出了三款成形设备。在新一代成形设备 A1、A2成形设备中，成形零件的最大尺寸和精度都有较大的提高，并且在成形零件的冷却中实现了自动冷却。在成形和冷却的过程中在真空室充入一定压强的氦气，可以加速成形后的冷却速率，同时保持更低的氧含量。A1、A2 设备的应用领域也更加明确，A1 主要用来成形骨骼植入物，成形材料也主要为钛、钴合金；A2 主要用于成形航天航空领域和国防领域需要的零件，也制作其它领域成形复杂度高的小批量金属件。ARCAM 采用最新生产的 A1 和 A2 设备，生产了大量精度和强度更加优良的零件，其中利用 A1 生产的合金骨骼早已通过了 CE 认证，迄今在欧洲大陆已经造福超过 10，000 名患者，在 2011 年初也通过了美国 FDA 的认证。利用 A2 生产的航空和国防领域的产品也取得了显著的成果，除了具有以上所说的表面光滑，可加工复杂形状，还将原材料到最终产品质量的比率由 15～20 降到了约为 1，大大的降低了成本。 美国 NASA Langley Research Center、Sciaky 公司、Lockheed Martin 公司等研究单位针对航空航天钛合金、铝合金结构开展了大量研究，最大成型速度达到了 3500cm3／h，较之其它的金属快速成型技术，效率提高了数十倍。利用该项技术完成了F－22 上钛合金支座的直接制造，该零件成功通过了两个周期的最大载荷全谱疲劳测试，并未发现永久变形。在国内清华大学机械系独立的开发了电子束选区熔化设备，在 2004 年推出第一台电子束选区熔化成形设备 EBSM150，并于 2008 年升级到第二代设备EBSM250，成形零件最大尺寸增大至 230mm×230mm×250mm。该课题组使用自行开发的设备，对电子束选区熔化工艺的多个关键问题进行了深入的研究，在近十年的时间内，做了大量研发工作，包括成形控制系统开发、粉末预热工艺、扫描路径规划、成形件的机械性能等。

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2019年奥斯卡颁奖典礼于2019年2月24日在洛杉矶好莱坞的杜比剧院举行。美国服装设计师露丝·卡特（Ruth E. Carter）的作品“黑豹”（Black Panther）获得了最佳服装设计奖，这是2018年票房收入最高的电影之一。[图片]为了让生活受到初始设计草图中呈现的非洲图案的启发，Ruth E. Carter与Julia Koerner联系，帮助主角Ramonda女士打造3D打印壁炉架和表冠。“根据Ruth Carter最初的服装设计草图，我开发了一系列非洲风格的3D图案，并设计了Zulu帽子和肩部衬肩，使其在图案中具有相应的元素。”“重要的是，时尚单品看起来并不像手工制作，并融合了计算机通过算法参数化生成的技术外观。因此，我们使用可视化编程软件来开发碎片的几何形状，并尝试材料的复杂性和行为。我们共同开发了我们可以想象的最先进，数字化设计的可穿戴设备。“[图片][图片]在实际制作服装道具时，Koerner与比利时公司Materialise合作。 “我们使用的技术是激光烧结，这是一种基于粉末的3D打印技术，可以实现最高水平的设计自由度，因为不需要支撑，”Koerner解释道。 “服装道具由PA 12制成，这是一种聚酰胺材料，为我们提供了高度的准确性，灵活性和强度。该材料也非常适合皮肤接触，使其成为时尚和服装设计的理想选择。”[图片]卡特还要求Koerner设计一个声明作品，向黑豹致敬，她可以穿上第21届服装设计师协会奖和名利场奥斯卡颁奖典礼。颈部配饰的灵感来自于非洲的设计和图案，以及20世纪50年代Balenciaga的晚礼服和马里摄影师SeydouKeïta的全部作品。设计本身完全是为Ruth E. Carter定制的，首先是对她的头部和肩部进行3D扫描。然后使用SLS技术在PA 12中使用Materialize对设计进行3D打印，然后使用施华洛世奇水晶手工点缀装饰品，使其在某些方向上闪烁。[图片]“晶体强化了这件作品的细节。这也是第一次在3D打印件上进行这种滴流晶体的过程：它是数字和传统工艺的完美结合，“Koerner解释道。[图片]