物资不够，打印来凑？ 3D打印成疫情下的救场奇兵
随着新冠疫情在世界的持续蔓延 ， 多个包括美国、意大利等疫情重灾区已经出现了卫生医疗用品紧缺的问题 ， 口罩、呼吸机以及用于检测的鼻拭子和咽拭子等必备用品已经供不应求 。
危急时刻 ， 3D打印技术已经成为一支拯救生命的奇兵 。 上周 ， 一个由南佛罗里达大学、哈佛大学、斯坦福大学等机构组成的联盟宣布 ， 他们已经与美国食品药品监督管理局（FDA）协商 ， 制定了生产3D打印测试样本的通用指南 。 同时 ， 一家位于马萨诸塞州萨默维尔市的3D打印技术开发商和制造商Formlabs ， 将在俄亥俄州的工厂投入250台打印机 ， 用于生产新冠病毒测试的鼻拭子 。
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3D打印鼻拭子用于新冠病毒测试图片来源：Formlabs
其实 ， 3D打印在中国抗击新冠疫情中也贡献了力量 。 上海市一家科技企业运用3D打印技术 ， “打印”隔离病房驰援湖北 。 湖南一家集团用3D技术生产了一批医用护目镜驰援抗疫一线 ， 它的重量只有普通护目镜的四分之三 ， 同时还可根据个人面部数据实现私人化定制 。
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3D技术“打印”的隔离病房图片来源：中新网
【物资不够，打印来凑？ 3D打印成疫情下的救场奇兵】3D打印技术的快速发展让人们不禁令人想问：神奇的3D打印 ， 还有什么是“你”做不到的？
Part.13D打印诞生已久
3D打印并非新生事物 ， 它的前身是快速原型制造 ， 在上世纪80年代已经应用于工业设计和生产过程 。 现在通用的各3D打印技术 ， 在当时基本上都已经开发出来了 。 反而3D打印这名字来得晚 ， 直到1995年麻省理工学院的两名毕业生JimBredt和TimAnderson才第一次提出了“3D打印”的概念 。
3D打印技术虽然有好多种 ， 但思路都是一样的 ， 专业术语叫做“分布式材料制造” 。 举个大家都容易看懂的例子：一个人做一个柜子那是需要很长时间 ， 想要加快的话那就得增加人手 ， 但若人数固定的话还有什么办法加快制造速度呢？那就是做一堆积木 ， 然后找个人将积木按照一定的形状堆积起来 ， 再一粘就是了——前提是他能看懂说明书 。
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图片来源：veer图库
Part.23D打印独具特色
与传统加工手段相比 ， 3D打印又具有诸多独到之处 。
先说说用传统的冲压方式生产一个小型的车用零件拢共要用几步 。 首先 ， 要有冲压用的模具 。 这个模具好比月饼印一样 ， 决定了零件的形状 。 一般是用专门的模具钢制造 ， 硬度高而且韧性好 。 模具分为上模和下模 ， 上模安装在压力机上 ， 可以以很高的速度压向下模 。 要加工的材料好比是做月饼的面团 ， 被这么瞬间一压 ， 就变成了模具的形状 ， 之后用车床除去多余的部分 ， 再进行一些研磨抛光一类的机械加工 ， 零件就完成了 。
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冲压工艺制成的车用小型零件（图片来源：名古屋丰田博物馆参观纪念）
3D打印制作同样的零件又是个什么套路呢？首先 ， 在电脑上绘制好零件的设计图 ， 然后将设计数据导入3D打印机 ， 就可以开始制造零件了 。
以熔融沉积式3D打印机为例 ， 事先准备好的低熔点线材如塑料 ， 石蜡等经由3D打印机的喷嘴加热后喷出 。 在电脑的控制下 ， 喷嘴在空间中由低到高逐层进行描画 ， 最后形成零件 ， 基本无须任何的后处理 。
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左：某塑料熔融沉积式低端工业用3D打印机 ， 白色线卷即为塑料原料
右：该打印机的喷头部位特写 ， 双喷头设计 ， 可同时打印两种不同塑料图片来源：百度图片
上面这个例子已经把3D打印最为本质的两个特点反映得很清楚了 。 首先 ， 3D打印与计算机辅助设计（CAD）以及计算机辅助制造（CAM）密不可分 ， 任何3D打印的零件都要从电脑设计图开始自己的生命历程 。 假如事先只有图纸 ， 没有电脑可以直接利用的造型数据 ， 也得重新在电脑中建立模型 ， 绘制设计图 。
其次 ， 3D打印是一种增材制造技术 ， 也就是说与传统的车床机械加工一类减材制造技术不同 ， 产品是由原料直接在空间中堆砌而成 。 可以把车床机械加工比作石雕 ， 刀斧锤凿齐上阵 ， 最终的作品比起最初的原石只少不多 。
另外一方面 ， 3D打印好比泥塑 ， 塑造形象的组成部分不断叠加 ， 最终的作品比起最初的泥胚只多不少 。 有了这迥异于其他前辈的两大特色 ， 3D打印能在机械制造技术的武林之中自立门户也就不足为奇了 。
Part.33D打印技术 ， 生物材料也能打印出来
3D打印技术诞生之后 ， 人们为了解决移植器官来源有限的问题又发明了3D生物打印 。 因为在现有的医疗手段中 ， 一个器官的获取要以另一个人器官的失去为前提 ， 而主动或被动失去的器官数量又远远少于需要的器官 。 基于现有打印技术的3D生物打印机使用了生物材料 ， 可以复合细胞、生长因子等活性成分 ， 从而逐层构建活体组织 。
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3D生物打印过程（图片来源：百度图片）
2009年底 ， Organovo公司制造出第一台3D生物打印机的原型机 。 研究者在供打印的液态材料中复合从骨髓、脂肪等组织中提取出的干细胞 ， 或不同的活性因子 ， 通过打印头将液体按照一定图案打印在接收平台上 。 打印头每打印过一层 ， 就会提升一个层高的刻度 ， 继而开始下一层图案的打印 ， 从而逐渐实现人造组织的成型 ， 这一过程类似于普通3D打印在工业应用中的模型制造 。
3D打印在其他生物领域的应用也很广 。
现在 ， 医用钛合金人工骨 ， 人工关节等已经广泛采用了3D打印技术 。 首先 ， 通过CT或者核磁共振等成像技术获知患者身体的精确三维结构 ， 然后将数据利用计算机进行处理并完成个性化设计 。 之后利用3D打印生成独一无二的专属人工骨 ， 极大的提升了患者的治疗质量 。
2017年 ， 美国西北大学的一个课题组利用3D打印技术将明胶打印成类似于卵巢组织的结构 。 然后将从小鼠体内提取出的卵泡和激素生成细胞植入这种明胶骨架 ， 得到3D打印的人工卵巢组织 。 该人工卵巢在移植入摘除卵巢的小鼠体内后 ， 表现出了功能健全卵巢的特性 ， 可以正常排卵 ， 在小鼠经过多代繁殖后也未见后代异常 。
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科学家用镊子夹着一片凝胶状的小鼠卵巢生物假体图片来源：央广网
虽然离人工制造组织或者器官这样的人类终极梦想仍然遥远 ， 3D打印还是帮助我们迈出了开拓性的一步 。
3D打印 ， 未来可期 。
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