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高超声速飞行器是3D打印技术最重要的突破方向之一。相对于传统的航空航天飞行器，高超声速飞行器在临近空间/大气层内长时间以超过马赫数5的高速持续飞行，工作环境恶劣，尤其在弹身/机身外形局部的气动驻点、激波附着点，以及采用吸气式动力形势的发动机进气道、燃烧室等部位，热环境尤其严酷，对零组件材料的耐高温性能、结构的力学性能等有着很高要求，同时对零组件空间外形、自身重量等也有着苛刻要求。领域在高超声速技术相关领域的应用日渐增多，已经成为解决高超声速飞行器制造瓶颈的关键所在。在传统制造技术无法满足要求时，3D打印技术为其开辟了一条全新的道路，以其能够快速制备具有高材料性能、异形结构、整体特性的零部件特点，在高超声速飞行器相关领域得到了愈发广泛的应用，甚至成为解决一些高超声速飞行器特殊零部件瓶颈的唯一选择。本文以近年来国外开展的高超声速相关制备工作入手，介绍3D打印技术在高超声速技术领域的系统—结构—材料等多种级别中的应用，并对其重要性进行分析。3D打印技术在高超声速分系统层级产品中的应用美国轨道ATK公司（Orbital ATK）近日对一型以3D打印为主要制备方式的高超声速战斗部成功进行了试爆工作。战斗部的研发是轨道ATK公司的主营业务之一，目前公司在导弹产品部门设立的战斗部开发项目（Warhead Development Programs）中开展了这种自重50磅的战斗部的研发工作，目的是获得一款适用于高超声速武器的致命性增强型弹药（LEO）战斗部。该战斗部共有五个主要部件，其中三个采用3D打印方法制备，占比超过半数。轨道ATK公司结合此前已有的超声速火箭发动机与传统战斗部设计与制造经验，实现了这种能够耐受高速带来的高温等环境的战斗部的开发。该型战斗部采用了异形结构，结构构型复杂，与传统外形存在较大差异。在2018年2月初启动了设计工作后，战斗部研发团队就充分利用了3D打印的优势，采用了简洁并符合工艺要求的结构设计，使得制备周期比传统工艺节省了至少一个半月时间，从而仅用了不到60天就完成了战斗部的设计—制备—试验的全流程，实现了具有代表性的高效研发。轨道ATK公司在2018年3月对这型战斗部实施了爆炸试验，这也是该公司第一次对采用3D打印技术的战斗部开展试验。试验中，战斗部从初始悬挂位置成功实现了爆炸，爆炸后的碎片冲入地下，在起爆点周围形成了薄金属碎片散布区，为评估爆破对不同打击对象的毁伤效果等工作提供了原始数据支撑。该型战斗部是目前公开资料披露的首个以3D打印为主要制造手段的高超声速飞行器分系统产品，其成功制备与试验是高超声速技术的一项重要突破，也是高超声速发展过程中的一个里程碑。 [图片]图1 轨道ATK公司的高超声速战斗部爆炸测试3D打印技术在高超声速零部件层级产品中的应用轨道ATK公司在2016年对一型通过3D打印技术制备的燃烧室进行了风洞试验，该型燃烧室设计用于超燃冲压发动机，是整个推进系统中难度最高的零部件之一。超燃冲压发动机内部气流速度高、空气湍流现象严重，实现可靠点火与稳定燃烧极为困难。对于燃烧室而言，需要精密的流道尺寸控制来满足燃烧状态要求，足够的壁面耐烧蚀性来维持高速高温气流的冲刷，较高的结构强度来保证内部持续高压作用下结构完整性；对采用主动冷却的燃烧室而言，还需要结构留有细小狭长的冷却气/液流通道，燃烧室结构更加复杂。这都为超燃冲压发动机燃烧室的加工提出了很高要求，即使采用传统工艺能够制备，也需要将其分解成数量众多的零部件、加工成型后经由复杂装备得到，由此，复杂的装配尺寸链传递将直接导致相关零部件需要具备非常高的加工精度，而且加工与装配消耗的时间也将导致燃烧室制备周期相对漫长，此外大量的零部件装配势必引入较多的附加质量，这些无效质量将使整台发动机的有效推重比降低。而据轨道ATK公司导弹产品部负责人透露，该型燃烧室的制备在几年前仍然无法实现，直至引入3D打印技术后才得以解决。这型燃烧室采用了名为“粉末床熔融”的3D打印方法，以金属粉末为原料，工作时将原料送达激光打印头处，通过打印头射出的激光将粉末迅速加温至熔融，这样软化的金属将形成一层微小薄膜状形态吸附于底层固基上，通过多次这种迭代，由薄膜层层堆叠可形成立体结构，通过激光打印头控制每次薄膜形成的位置，最终形成所需要的空间立体结构。通过这种制备方法，可以使燃烧室一次性整体成型，不仅大幅降低了设计与制备难度，而且有效提高了燃烧室的整体性能。为了测试粉末床熔融工艺可以达到的强度，这型燃烧室于2016年在兰利（Langley）测试中心进行了为期20天的风洞测试，其间对多个高超声速飞行工况进行了模拟试验，试验中燃烧室工况达到了前所未有的持续推进时长。根据测试结果，该型燃烧室成功通过了全部靠核试验，而没有出现结构失效，甚至在超出预期实验条件的情况下仍然保持了良好的状态，超额达到了设计要求，充分说明了这种3D打印工艺具有的实用性。 [图片]图2 HRL实验室的超燃冲压燃烧室风洞测试除此之外，反应发动机公司（REL）采用了3D打印技术用于生产佩刀发动机（Sabre）缩比模型的喷油管，有效降低了制备难度；模型试验件在2015年的点火试验中进行了15次成功点火。欧洲将3D打印技术应用于HEXAFLY项目中，制备了一系列试验所用飞行器缩比气动模型，显著降低了工艺难度与制备周期；在对试验件进行气动载荷下结构变形程度、结构完整性、制备成本、制备周期等多项指标进行评估之后认为，这些试验件能够满足高超声速气动试验的需求。ATK公司利用EOS M280型3D打印机为美国的高超声速吸气武器方案（HAWC）项目第一阶段进行零部件的制备。美国在2015年的发布了高速打击武器（HSSW）项目的技术成熟项目征询公告，公告中透露其将考虑采用3D打印技术进行部件制造，以期望达到减少零部件总数量、降低制造成本、提高后勤保障能力等要求。 [图片]图3 REL公司的佩刀发动机缩比试验件喷油管部件3D打印技术在高超声速材料层级产品中的应用美国空军实验室（AFRL）近期在阿诺德空军基地（Arnold Air Force Base）的实验设施上完成了对一种3D打印成型的碳氧化硅（SiOC）材料的风洞测试。参与实验的试件由休斯研究实验室（HRL Laboratories）提供，该机构下属的航空宇航系统部（Aerospace Systems Directorate）在2016年创新性提出了3D打印SiOC的方法，以期为高超声速飞行器提供合适的材料。这种3D打印方法采用一种新研制的预陶瓷化树脂为原料，将该型树脂通过3D打印固化成型，而后在惰性气体氛围中加热至接近1000℃高温，使材料中的树脂充分反应、形成完全的陶瓷化状态，从而得到需要的陶瓷基复合材料。HRL开发的SiOC的3D技术突破了传统陶瓷及复合材料制备的局限性。其中，利用已有的台式三维光刻系统设备将陶瓷前驱体聚合物逐层打印并固化成所希望的形状，保证了增材制备的可行性；通过惰性环境下的高温处理使树脂材料反应形成较高纯度的陶瓷，一方面维持了3D打印所得到的外形，另一方面获得了高性能的陶瓷基复合材料——采用传统的烧结方法得到的陶瓷在反应过程中内部会出现大量孔隙，而这种3D打印方法有效避免了孔隙的引入，能够得到高致密度的陶瓷类材料，从而使材料的硬度、强度、耐磨性、抗腐蚀性、高温性能等均有了明显提高——可耐受1400℃高温环境不致收缩或开裂，强度提高至同等密度陶瓷的10倍，制备速度相比于前期3D打印提高了100~1000倍——因此这种方法得到的构件在结构形状与尺寸上基本不受约束，可以满足更宽泛的结构需求。[图片]图4 HRL实验室的SiOC试验件风洞测试该类SiOC材料具备的优秀性能，有望达到航空器动力系统与高超声速飞行器的大型构件，电子设备与微机电系统中复杂部件等的使用要求，目前受到了AFRL的重点关注。AFRL希望使用这种SiOC材料制备热辐射防护罩等功能件，并在2018年与HRL签订了一份合作研发—材料转让协议（Cooperative Research and Development – Material Transfer Agreement），协议指定由HRL提供15个SiOC圆柱试棒、5个热辐射防护罩等试验件，交付给AFRL进行材料考核测试。AFRL对试验件进行了包括热处理、材料分析、力学分析（重点进行300~2000℃热膨胀分析）在内的工作，此外阿诺德基地结合高焓设备进行了材料特性分析。实验报告在2018年3月完稿并交给了HRL，用于指导下一代3D打印SiOC陶瓷生产。值得一提的是，测试过程中曾将实验条件提高至预期包线之上，得到极端环境下的测试数据，为AFRL与HRL提供了很有价值的素材。3D打印制造方法与传统的等材制造、减材制造等方法有着本质区别，具有开放的创造性、灵活性，潜在适用范围也更广泛，同时加工周期与构件整体性等方面具有显著优势。这令3D打印在一些结构/功能件制备上有着更大潜力，甚至是某些构件制备的唯一选择，在对材料、结构性能有尤其严苛要求的高超声速领域技术研发中显得尤其适合。近年来3D打印技术的迅速发展与应用的广泛工程化，使得其可以承担的任务逐渐多样化，实现了材料—零部件—分系统等多个层级产品的应用。可以预期，3D打印技术在零部件快速维修、快速批量生产等方面将体现出无可替代的优势，为后勤保障工作提供重要保障。此外，随着制备技术的成熟、可用材料的增多、材料与结构性能的进步，3D打印将对越来越广泛地应用于工程生产中。目前一些高温性能优异的材料只能通过传统工艺加工得到，如超高温陶瓷类、难熔金属材料等，如果能采用3D打印制备，这些材料将能够满足更多结构/功能件的设计要求，得到更广泛的应用。尤其重要的是，高超声速飞行器上诸多地方需要使用价格昂贵或储量稀少的材料制备零部件，比如钛合金、镍基高温合金、C/C、C/SiC等，相比于传统加工普遍存在的90%以上材料被切削掉的现实情况，3D打印制备方式将能够显著提高原材料的利用率，不仅有效降低昂贵材料零部件的制造成本，更能够有效减少稀缺材料的浪费程度。需要指出的是，目前3D打印仍然存在很多有待发展与改进的地方，比如现有设计程序中针对传统制造工艺的功能与固化模块仍然众多，设计人员受传统思维影响而对3D打印工艺需要逐渐适应与接受过程，当前宏观材料物理学工程体系、传统材料性能检测技术等对3D打印工艺不尽适合，可以进行3D打印的材料仍然较少等。3D打印技术的成熟还有较长的路程要走，需要经历螺旋式上升的漫长过程，才能最终突破不利因素、实现更全面广泛的应用，为高超声速飞行器为代表的高新产业提供关键的支撑。

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双光子光刻是一种3D打印方法，与大多数激光3D打印技术不同，3D激光打印技术的分辨率受3D打印机激光点的大小限制，双光子聚合技术可将打印分辨率提高到更高的精度。对于医学研究领域，即用于药物输送、组织再生、化学和材料合成的应用而言，这项技术值得深入研究。我们介绍到国内外双光子光刻纳米级3D打印技术的研究进展。本期，借立陶宛维尔纽斯大学所进行的玻璃陶瓷材料纳米级3D打印研究，让我们再次踏入这个精美的微缩世界。打印后再烧结，形成玻璃 – 陶瓷晶体结构立陶宛维尔纽斯大学发表了题为 Additive-Manufacturing of 3D Glass-Ceramicsdown to Nanoscale Resolution 的论文。研究团队表示，这些非晶材料及其增材制造的产品，具有强大的潜在荧光或超导性，有助于产生恰当的量子点，并释放纳米生产的新潜力。[图片]纳米3D打印的Vytis微缩版雕塑，左边是打印后的雕像，右边是在1200℃下烧结1小时后的雕像。图片来源：维尔纽斯大学研究人员采用的3D打印技术为双光子光刻技术，采用超快脉冲飞秒激光来精确固化光反应材料。根据3D科学谷的市场观察，德国Nanoscribe已经商业化的纳米级3D打印设备也是采用双光子光刻技术。在维尔纽斯大学的研究中，这种技术被称为“超快激光3D光刻”或“3DLL”。在研究过程中使用的打印材料是玻璃陶瓷，或称为“溶胶 -凝胶” SZ2080，这是一种改良的硅胶和光聚合物，经常应用在医学研究中，用于制造UV保护涂层或量子点。在研究中，科研人员通过超快激光3D光刻技术打印了Vytis微型雕塑、立陶宛徽章、立方体、光子晶体结构和六角形支架等样件。[图片]打印后的微结构（左）与烧结后的微结构（右）。 图片来源：维尔纽斯大学研究团队采用的是多步骤工艺，首先SZ2080材料被3D打印成所需形状，有几百纳米大小。随后，3D打印样件在高达1500℃的温度下进行烧结。研究团队称，烧结工艺分解了80％的材料成分，使打印样件收缩40-50％，并具有比打印部件更高的分辨率。二氧化硅和氧化锆前体存在于无机组分中，在最终烧结的陶瓷材料中会形成二氧化硅和氧化锆晶相，形成玻璃 – 陶瓷晶体结构，从而实现卓越的机械和化学性能。关于这一技术的应用，研究团队在发表的论文中表示，“超快激光3D光刻”技术为多种光学结晶无机材料微型器件的制造提供了一条新途径。这种工艺可以制造复杂而具有弹性的微观器件，并且具有一些新的特性，例如在恶劣的物理和化学环境中的弹性特征。该技术将可用于制造一些在恶劣物理和化学环境以及高温环境中使用的微型器件。

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“十一”黄金周期间，哈医大一院骨三科主任王文波平均每天都接诊一名髋骨骨折的高龄老人，“髋骨骨折对于老人来说被称为最后一次骨折，因为一些老人身体条件不允许手术，骨折的老人有三成因此离开人世。”王文波介绍，老人一旦摔倒，最容易骨折的就是髋部，因此，王文波几年前就开始研发防滑倒的3D鞋垫，帮助老人更稳健地行走，增强平衡感。[图片] 采集脚形[图片]防摔鞋垫在哈医大一院骨三科，记者看到一位医生拿着一个平板电脑对着陈先生的脚进行全方位扫描，电脑屏幕上随即出现了双脚完整的形状，“采集脚形是3D打印的第一步。”副主任医师李雪松说，有的人是扁平足，脚心平，不能够长时间行走；有的人有大脚骨，随着年龄的增长越来越大，越来越疼；还有的人内翻或者外翻，走路时膝盖、腰胯部都会跟着使劲，这也导致腿形愈发难看。经过电脑和医生诊断，陈先生有些足内翻。脚形扫描完毕，医生让陈先生在电脑前行走，电脑采集到了陈先生的步态信息，“因为足内翻，导致陈先生的膝盖、腰部和胯部都偏离了中线，我们会把这些信息上传到平台，电脑会根据步态信息和脚形定制鞋垫，增高鞋垫的内侧，鞋垫呈现内高外低的曲线，帮助陈先生纠正步态，走路更美观。”李雪松说。王文波介绍，对于老年人，鞋垫可以起到更好的包裹作用，解决就诊老人的内外翻问题，减轻关节疼痛，走路不费力，降低摔倒的几率。适合脚型的鞋垫不仅能对脚部畸形的患者起到治疗作用，还能帮助老人增加平衡感，让脚步更加稳健，膝盖也无须使劲，缓解关节疼痛。

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Jary，22岁的雄性大犀鸟，在手术后被给予3D打印的假体，以去除癌组织。[图片]今年7月，裕廊飞禽公园的工作人员发现了Jary喙上的8厘米伤口 。他们怀疑这只鸟可能患有癌症，因为Jary喙下的大部分组织都被这种疾病摧毁了。经过CT扫描，外科医生决定消除所有癌变。该团队与新加坡国立大学合作，为Jary创建了一个模型，用于覆盖暴露的组织以及在手术过程中引导锯的夹具。整个设计和3D打印过程花了将近两个月的时间才完成。[图片]下面的图片展示了一些手术过程，用一把摆动锯切开喙。小心地取出血迹并刮掉剩余的组织并止血。 Jary的新款喙经过精心定位。钻孔以允许将螺栓拧紧到位。进行了X光检查以确保一切就绪。“[图片][图片] 手术于9月13日进行，Jary恢复良好，不久便出院。有趣的是，动物园官员说，Jary的新款喙用黄色尾巴上的色素染色后变黄了。[图片]图片来源：新加坡野生动物保护区Jary在手术后的第二天正常进食，最近它开始在其自然腺体上涂抹假体，这些腺体分泌黄色素，让它的新喙变成了黄色，这些自然行为是他作为他接受假体良好迹象。[图片]犀鸟能活到40岁左右。这只鸟被命名为Jary，因为它意味着古代挪威语中的“头盔战士”。 Jary现在已经很好地适应了他的假肢，他的假肢将一直存在，直到他长出一个新的喙。

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耳听为虚，眼见为实！这句俗得不能再俗的口头禅已成为大家判断是非对错的标准。因此，很多人会有疑问，3D打印的“口号”喊得震天响，但日常生活中好像没怎么见过呀?是不是3D打印还没真正走出“象牙塔”，依然离我们的日常消费生活存在着遥远的距离呢?其实不然！3D打印技术与普通消费群体之间的联系非常密切，只是你还未察觉而已。比如，手感更好的保温杯、骑行更轻便自行车、佩戴更舒适的眼镜、脚部保护更好的运动鞋、私人定制的耳塞等等，其实这些日常消费品研发与测试的背后，都是3D打印技术在默默地“付出着”。因此，尽管我们并非都能在现实生活中与3D打印存在零距离接触，但这项技术的确已逐渐渗透至消费领域的各个层面，并潜移默化地改变着人们的消费与生活方式。据知名市场研究公司Gartner预测，3D打印将使消费品行业等众多应用领域的商业模式发生变革，截至2021年，全球前100家消费品公司中，将有20%使用3D打印来制造定制化产品。像联合利华等成功的全球消费品牌就已经通过Stratasys3D打印技术大幅缩短了原型设计与生产时间，并实现了成本的节约。[图片]通常而言，消费品生命周期较短，更新换代频率高，普遍采用大规模生产与销售的方式。但是，3D打印在产品设计与开发环节，尤其是用于设计原型的快速迭代，不仅为消费品行业带来了设计自由，还能加快产品上市的步伐。例如，在竞争激烈的跑鞋市场上，BrooksRunning采用3D打印加速设计迭代，验证跑鞋设计。由于每季最少有5款新鞋设计，设计和打印能力为品牌节省了大量的外包时间和每双鞋500-800美元的设计成本。Brooks鞋类开发师KennyKrotzer说，3D打印带来了很多便捷，节省了设计流程中“大量的时间和让人困扰的问题”。“我们的目标是构建市场上性能最好的产品，现在有了新的工具帮助我们实现这个目标。”可见，用于多材料同时打印还能够增加产品的功能性和价值。[图片]Brooks利用3D打印技术制作的中底与外底原型环顾消费品市场，有的公司还利用3D打印技术来生产个性化智能手机和平板电脑。还有一些公司甚至更进一步，生产用于电动剃刀和手机等设备的人体工学主体、外壳和备用件等。得益于能够将3D打印与数字知识产权相结合，消费性电子产品厂商获得了新的收益来源。由于能够提高产品个性化水平，这种方法已经获得了更为广泛的应用，而且也被用于有限市场产品的小规模包装和老旧技术的零部件生产。总体而言，3D打印应用于消费品行业的优势主要有以下两点：提升设计水平：3D打印技术可实现各种复杂设计的模型制作，赋予设计师更多自由，使产品设计水平大幅提升。此外，设计师还能忽略传统设计制造标准，无需考虑设计的产品能否被制造出来，可在产品设计过程中就直接打印出模型，这不仅消除了外部模型制作环节，还有效防范了数据的泄漏。节省材料与时间：3D打印材料平均利用率理论上接近100%，远高于平均利用率仅为25%左右的传统的“减材制造”工艺。传统模型制造周期以天为单位，而3D打印技术则以小时为单位，且打印工作完全可以安排在夜间或者周末进行。由于产品设计和制模可以同步进行，所以进一步缩短了产品开发周期。今天还给大家带来了3D打印用于消费品行业的案例，快来get一下！！！案例：Trek彩色多材料先进原型推动骑行热情您可曾想过，一辆自行车上究竟采用了多少材料呢?刚性金属框架、结实的橡胶轮胎、柔软车把手握柄、有衬垫的座椅、透明或有色的镜片……TrekBicycle公司总部位于美国威斯康星州滑铁卢(Waterloo,Wisconsin)，其工程师和设计师对于改良骑乘体验的“痴迷”程度可谓是远近闻名。他们的专有碳纤维制造创新工艺，能够生产出破记录的超轻框架、超级空气动力学翼面——可提供超低阻力甚至是负阻力(或推力)的独特形状。Trek工程师、设计师和技术人员都全身心地投入到了自行车开发工作中。结合大量道路测试所带来的灵感创新，再加上最先进的3D打印机，他们成功打造了最完美的骑乘体验。Trek的原型制作实验室是首批采用StratasysObjet?500Connex3?彩色多材料3D打印机的实验室之一。这种基于PolyJet技术的3D打印机可制造出观感如同最终产品的原型，且与同类产品相比可提供更多的材料选择和更长的正常运行时间。[图片]Trek原型开发部门使用多材料3D打印技术制作出接近最终产品的原型具体而言，Trek工程师能够将柔软橡胶类组件集成至由他们的最爱——耐用型DigitalABS?材料——所构建的模型上。这一点极其重要，因为自行车的很多零、配件都是由刚性组件和柔性组件共同构成的。采用Connex3打印机之前，该实验室不得不分批次制造这些零件，并且还得来回更换3D打印材料，然后再进行组装。又或者，为了能够在同一批次作业中制造出这些不同的零件，而不得不将刚性组件替换为耐用性较差的非复合材料。Objet500Connex3彩色多材料3D打印机基于VeroMagenta和VeroCyan材料一次性打印自行车头盔。Trek借助Objet500Connex3利用仿橡胶组件制作的耐用型数字ABS链罩Trek原型开发团队经理MikeZeigle表示：“我们生产的原型零件必须非常接近生产件。”一些特殊情况下除外，像有时候，团队仅需以三维方式呈现创意，并非对新产品进行测试，那不必这样。工程技术人员GuadalupeOllarzabal及其团队能够将有限元分析数据转化为能显示骑行者向各区域施加压力的自行车座3D图。他说：“大多数人都认为他们骑车时是坐在了整个车座上，但其实不然，车座有些部位所承受的压力比其他部位要大。而彩色3D打印的应用，可为设计师显示出压力分布状况，助其做出决策，例如哪里应该设置高密度泡沫等等。”[图片]这种彩色模型可显示骑车人施加在座垫上的压力分布PatrickZeigle将3D打印握柄安装到自行车上进行测试Zeigle说：“对Trek而言，Connex3就是一款能够让我们打造出最佳自行车的最佳工具。”正是这种对细节的执着追求，使Trek得以对骑行体验进行不断改进。通过上述介绍，我们相信，3D打印将在消费品行业发扮演加“个性化”的角色，使生活变得更加美好。让我们共同期待吧！

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3D打印作为21世纪的新兴数字化技术，其在文物保护等领域的应用逐步深化，越来越多考古工作者运用这种全新的方式，寻求在文物保护工作上的新突破。接下来，极光尔沃3D打印机就跟大家来谈谈3D打印技术在历史文物保护方面的应用价值。 [图片]1、三维数字存档传统二维照片存档操作方便，但文物的细节以及三维特点无法通过照片存档的方式得以保存。而3D扫描对文物进行数字化重建，以构建文物真实的三维数据模型并存档，可实现对文物的立体造型和局部细节的完整展示，也为未来文物科研、实物修复及再造等方面提供精准的数据支持。 2、文物科研教育以往学生仅能通过文献资料探知或想象历史，而如今依托于文物高精度三维数据的科学研究和科普教育，让学生真实触摸历史不再是难题。比如意大利COOPCLIMAX机构长期与博物馆和私人收藏家合作，帮助他们数据化存档文件，并将这些三维数据应用于学生历史及科研系教育课程；深圳极光尔沃3D打印工作室为某中学打印一座商代青铜器“四羊方尊”，让学生可以近距离触摸历史，而不仅是观看书本上的二维图片。 [图片] 3、文物精准修复近年来，越来越多考古工作者开始尝试着将3D打印技术用于文物复制、残缺文物修复以及文物碎片的拼接等方面。例如：重庆大足石刻景区就已引入3D打印技术修复世界上最大的千手观音像。据大足文物保护工程中心副主任陈卉丽介绍：“通过3D激光扫描获得主尊数据，借助3D打印机按1：3的比例打印出模型，帮助我们科学修复主尊形态的残缺部位，包括头部的倾斜角度、眼部神态等，提供参考作用。与传统方式相比，3D打印技术在复原并保存历史文化方面具有重要的意义，有效避免了人类的历史记忆被抹杀。未来，随着3D打印产业链日益完善，3D打印与3D扫描技术或将撑起数字化文物保护的“绿色保护伞”。 [图片] 4、文物再造与衍生品文物是不可再生的文化资源，是国家的“金色名片”，几乎很少走出博物馆，可谓是“藏在深闺少人识”。而借助高精度的3D扫描、3D打印装备，再造或复原损毁的文物，或生产现存文物的衍生品、替代展示品，不仅让文物进入“寻常百姓”家，还推动了我国历史文化的传播及普及。 此外，传统文物再造工艺往往需要耗费大量的人力、物力及时间成本。相比之下，借助3D打印再造文物用时较短且还原度较高。尤其是在对复杂易碎、局部残缺、不适翻模等文物进行复制时，3D打印技术往往能够实现无损、快速、精确的良好效果。而未来随着3D打印、3D扫描技术不断完善，其将在文物数字化应用领域方面发挥越来越重要的作用。

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在10月12日召开的世界智能制造大会上，《国家智能制造标准体系建设指南(2018年版)》正式发布。[图片]在《国家智能制造标准体系建设指南(2015年版)》基础上，按照标准体系动态更新机制，扎实构建满足产业发展需求、先进适用的智能制造标准体系，推动装备质量水平的整体提升，工业和信息化部、国家标准化管理委员会共同组织制定了《国家智能制造标准体系建设指南(2018年版)》。根据《国家智能制造标准体系建设指南(2018年版)》，2018年，我国将累计制修订150项以上智能制造国家标准和行业标准，基本覆盖基础共性标准和关键技术标准；到2019年，累计制修订300项以上智能制造国家标准和行业标准，全面覆盖基础共性标准和关键技术标准，逐步建立较为完善的智能制造标准体系。

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华盛顿大学(University of Washington)的研究人员开发出了3D打印对象辅助技术，可以追踪和存储人们在不使用电池或电子设备的情况下如何使用它们。[图片]虽然定制的3D打印设备，如假肢或“智能”药瓶，可以帮助患者记住他们的日常药物，这些塑料部件没有电子设备，不能用来监测患者如何使用它们。“我们有兴趣通过3D打印制作无障碍辅助技术，但我们没有简单的方法来了解人们如何使用它，”合著者Jennifer Mankoff说，他是UW Paul G. Allen计算机学院的教授。 “我们能否提出一种无电路解决方案，可以打印在消费级现成的打印机上，并允许设备本身收集信息？这就是我们在本文中所展示的内容。“[图片]3D打印无线分析项目的团队。后排(从左至右)：Vikram Iyer, Jennifer Mankoff, Ian Culhane；前排：Shyam Gollakota, Justin Chan。此前，研究人员开发了第一个3D打印塑料物体和传感器，可以收集有用的数据，并完全独立地与其他无线连接设备进行通信。然而，他们的设备能够在一个方向上跟踪运动，比如监测洗衣粉的浓度或测量风速或水速。但现在他们需要制造出能够监控双向运动的物体，比如打开和关闭药瓶。“上次，我们有一个转向一个方向的齿轮。当液体流过齿轮时，它会向下推动一个开关来接触天线。“这次我们有两个天线，一个在顶部，一个在底部，可以通过一个连接齿轮的开关来连接。所以打开药瓶盖，把齿轮朝一个方向移动，这个方向推动开关去接触两个天线中的一个。然后关闭药瓶盖，使齿轮转向相反的方向，开关击中另一个天线。这两个天线都是一样的，所以研究小组找到了一种方法来解码盖子移动的方向。[图片]“齿轮的牙齿有一个特定的序列来编码信息。这就像摩尔斯电码。“所以当你把盖子朝一个方向转动时，你就会看到信息在前进。但当你把盖子转向另一个方向时，你会得到一个相反的信息。至于在Wi-Fi范围之外存储其使用信息，研究人员选择了一种胰岛素笔，它可以监测其使用情况，并在信号不足时发出信号。古拉科塔说:“即使没有Wi-Fi连接，你仍然可以服用胰岛素。”所以我们需要一种机制来存储你使用它的次数。一旦你回到这个范围，你就可以把储存的数据上传到云端。这种方法需要机械运动，如按下按钮，并通过在只能单向移动的棘轮内卷起弹簧来存储信息。每次按下一个按钮，弹簧就会变紧。当用户回到WiFi范围时，他们可以松开棘轮，弹簧就会松开。当齿轮转动时，它会移动一个触发开关来反复接触天线的齿轮。计算每个联系人，以确定用户按下按钮的次数。下一个挑战是让这些3D打印设备变得更小，这样它们就可以嵌入真正的药瓶、假肢或胰岛素笔中。这项研究由国家科学基金会和谷歌教师奖资助，UW团队将于10月15日在柏林举行的ACM用户界面软件和技术研讨会上公布研究结果。

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很多科幻电影里都有这样的情节：主角身体受到严重创伤，在先进医疗技术帮助下，患者的创处很快痊愈，伤口也恢复如初……在医学科技高速发展的今天，这种美好遐想正在逐步照进现实，这一切都源于一项可以改变人类命运和未来的学科——再生医学。[图片]美国生物学家、诺贝尔奖得主吉尔伯特曾预言：“用不了50年，人类将能够培育出人体所有器官。”随着干细胞、组织工程等研究的不断深入，“再生医学”这门新型学科开始引领一场影响深远的医学革命。自2001年回国以来，中国科学院遗传与发育生物学研究所再生医学研究团队负责人戴建武研究员一直致力于再生医学研究，取得了一系列具有重要意义的技术成果，使我国再生医学技术达到世界先进水平。 器官——或将实现体外“制造”3D生物打印为科学家们带来希望，“未来人类将培育出所有人体器官。”吉尔伯特所的预言能否成为现实？[图片]戴建武认为，这一切并不遥远。“几千年来，中枢神经系统一直被认为不能再生，而再生医学带来了再生的希望，使我们有理由相信，人体所有的器官组织都可以再生。”戴建武说，再生医学有利于引导组织再生，以修复因老化、生病、受损造成的不健康组织或器官。如今，再生医学正在为其他组织器官，如心脏、肝脏等提供损伤修复方面的可行性治疗策略。不久的将来，人们或许可以在体外完成器官“制造”，用以替代人体缺损的组织器官。对此，国际上目前认为可行的途径有两条：通过生物反应器进行器官组织的体外培养，以及通过3D生物打印来制造功能器官及组织。2008年6月，一名30岁的西班牙患者在相关医疗管理部门许可下，接受了世界首例自体干细胞培育的人工气管移植手术，短期内恢复状况良好。目前，这项研究仍在进行中，虽然存在很多质疑，但很多科学家认可和采用了这一思路——利用干细胞及支架材料在生物反应器中进行器官组织构建。然而，要让体外制造的组织器官具有功能，需要解决使干细胞在支架上定植并定向分化为适合的功能细胞等一系列非常棘手的问题。随着3D打印技术不断发展普及，科学家开拓出了另一条更有希望进行体外器官构建的途径——3D生物打印。[图片]3D生物打印的基本思路是：将器官进行全细胞分析后建模，通过将合适的生物功能性材料与细胞混合，进行3D逐层打印，使细胞精确定位，最终打印出具有功能的组织器官，再进行移植。目前，这项研究刚刚起步，如何找到既可以快速固化成型，又能符合组织器官相应的力学强度，还能与细胞良好相容的生物材料等，都是科学家亟待解决的问题。 干细胞—器官“重生”的秘密所在2018年1月12日上午九点半，随着一声啼哭，在南京鼓楼医院，患有卵巢早衰多年的方女士在康复后成功诞下一名男婴。这标志着我国在卵巢再生临床研究中取得了突破性进展，也宣告再生医学技术在攻克生殖系统“不治之症”方面取得了阶段性胜利。卵巢早衰（POF）是指女性40岁之前由于多种病因出现的卵巢功能衰竭，导致发生促卵泡激素水平升高和雌激素水平降低等症状。卵巢早衰的女性很难实现受孕，因为这类患者在月经周期中没有优势卵泡活动，无法取得卵子。因此，卵巢早衰也被业内公认为无法治愈的顽疾。“我国约有4亿育龄女性，其中，卵巢早衰发病率超过1%。而且，我国卵巢早衰患者由于卵巢功能评估意识较弱，疾病普遍发现晚，自然妊娠概率极小。”南京鼓楼医院生殖医学中心主任孙海翔表示，通俗点说，卵巢早衰就像一株鲜花从根茎枯萎（卵巢早衰），没有好种子（卵子），如何能结出甜美的果实（胎儿）？因此，解决这部分患者不孕的关键就在于如何挽救卵巢功能，获得优质卵子配成胚胎。为解决这一世界性难题，中科院遗传发育所再生医学研究团队负责人戴建武与南京鼓楼医院生殖医学中心合作，于2015年在国际上率先开展脐带间充质干细胞干预卵巢早衰合并不孕症临床研究。该临床研究在通过医院伦理审查、国家卫计委备案后，成为我国实行干细胞临床研究备案制度后，首批备案的8个干细胞临床研究项目之一。科学家们之所以看上了干细胞，是因其属于细胞中原始的、未（完全）分化的一类。干细胞既可以自我更新，也可以在适当条件下分化为特定的功能细胞，也就是说具有再生的“本领”。据戴建武介绍，干细胞能分泌多种细胞因子，如VEGF、HGF、IGF-I等，通过一定途径参与调节颗粒细胞生长、凋亡，以达到修复早衰卵巢的目的。2015年12月，孙海翔临床团队为方女士实施了干细胞卵巢内移植术，经术后复查，孙海翔发现患者卵巢内血流有明显改善，但未曾怀孕。2016年，方女士又进行了两次移植。2017年5月，方女士经检查确认大卵泡活动，实现自然受孕。如今，宝宝健康出生，悬在方女士一家人心上的石头终于落地了。[图片]在中国食品药品检定研究院细胞资源储藏及研究中心主任袁宝珠看来，卵巢再生临床研究的突破性进展，为高龄妇女卵巢功能低下及卵巢抗衰老提供了新的技术手段，在严格监管的基础上，干细胞技术将带来更多福祉。生物材料——给干细胞“安家”智能型胶原支架犹如一个供干细胞生长发育的“温床”。干细胞和生长因子具有修复功能，但因其体积仅为微米级，在丰富血流的作用下，很难作用于受损部位。因此，如何将注入到体内的干细胞固定在需要它们的地方，成为一大难题。最终，戴建武团队研制出一种可以注射的智能型胶原支架材料，以水凝胶形式存在，在与干细胞充分混合后注入患者卵巢内，形成一个供干细胞生长发育的“温床”，以保证其仅限于卵巢内“活动”，解决了这一难题。同时，脐带间充质干细胞附着在胶原支架材料上，通过支架帮助干细胞定植、分化，修复早衰的卵巢，使患者能够重获生育能力。并且，胶原支架在完成“任务”之后，通常持续数月左右就会自然降解，对人体无伤害。据戴建武介绍，胶原蛋白属于生物材料的一种，具备四大特性：生物功能性、生物相容性、可加工性及化学稳定性。所谓生物功能性，指生物材料需具有器官组织所需的功能性，如人造关节需具有自体骨骼相应的强度；生物相容性，指可以与自体组织和血液和平共处，无毒不致癌、不排斥；可加工性，指可以按照要求成型、可以消毒；化学稳定性，指可以耐老化或被降解。“生物材料作为支架，可以促进干细胞的定植以及微环境的重建，为缺损的组织器官如脊髓、心肌等再生修复提供可能的治疗策略。”戴建武说。实际上，这种神奇的生物支架已经多次应用到临床试验当中，为解决人类的疑难杂症立下了汗马功劳。2015年4月，一名28岁因高空坠落受伤的男性接受了神经再生胶原支架治疗脊髓损伤手术，取得成功。目前，这位急性胸段完全性脊髓损伤受试者经过康复，运动能力已取得显著改善，生活自理能力显著提高。[图片]戴建武展示，这种白色的生物支架长约10厘米，每根直径不足1毫米。在使用时，医生将数根丝状支架归拢成直径2至4毫米的束状，然后根据病人的脊髓空洞大小填入。神经可以在胶原支架这个“管道”的支撑和引导下有序生长，瘢痕中再生抑制因子的沉积也会被抑制。“相当于先搭个桥，然后把间充质干细胞‘种’在这个胶原支架材料上，以便让两侧的神经长过去。”戴建武打了个比方说。戴建武说，随着多学科技术领域的突破与生物技术不断交叉融合，以干细胞和生物材料为主的再生医学将成为未来人类生命科学及医学诊疗新的突破口。再生医学技术在医学领域的科研、转化与应用将越来越向纵深方向发展，为目前尚无有效治疗手段的组织器官缺损提供可能的治疗策略，不断造福患者。

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通过3D打印机制作的教育或培训用模型具有广阔应用前景，从青少年学生到实习工作者，可以帮助他们更好的理解某些复杂概念或技能。在国内，3D打印的市场化进程相对滞后，但在教育领域的应用早已非常广泛，而在国外，几乎每一所学校都有应用3D打印机。[图片]近日，美国科罗拉多州立大学的教师团队发表了一篇论文，讨论了他们如何使用3D打印机创建的模型套件，帮助微生物和免疫学专业学生理解知识，例如该专业关于抗体与抗原在多个表位之间的相互作用，是大学生们很难理解的一个概念。研究人员使用Tinkercad设计了抗体和病毒的3D模型，这是一款便于创建复杂设计模型，他们将抗体圆柱体“固体”置于病毒抗原“孔”上，此外他们还设计了卡通版甲型流感病毒，然后在大学创意实验室的帮助下，使用FDM 3D打印机和PLA耗材打印了他们的模型。[图片]3D打印教学模型在考试课前，学生们被要求观看有关免疫系统和抗体的视频。在课堂上，他们获得了3D打印模型的套件，并要求他们执行以下操作：描述抗原和表位如何作用解释为什么会产生一些不与表位结合的抗体讨论重链和轻链上的哪些区域结合在一起以结合特定的同位素确定抗体上决定其类别或同位素的区域[图片]研究人员解释说：“总的来说，它们将使用四种不同的组合，其中两种将结合病毒上同一抗原上的表位，其中两种不会对病毒具有特异性。这使学生能够理解并非所有抗体都会对感染微生物的表位具有特异性。通过使用3D打印模型，91％的学生能够正确识别抗体结合的表位。”无论是哪个阶段的学生，3D打印模型可以成为帮助他们理解知识的宝贵工具，可以让学龄前幼儿更自由地学习形状和颜色，让中学课程更加生动和有趣，可以用于一些例如视力障碍的儿童教育，通过交互式的3D打印教学模型，教育工作者可以轻松且低成本地为某些课程定制模型。