中国工程院院刊：3D打印技术在多个领域取得进展( 二 ) 3D打印概念成为主流已近40年

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心脏3D打印过程
“我不知道我们能否达成这个目标——有各种不同的细胞类型和维持它们存活所需的血管系统，器官实在是太复杂了。 ”美国明尼苏达州明尼苏达大学机械工程学教授Michael McAlpine说， “我们一直以来的错误在于试图完全复制生物学。也许通过聚合物和电子技术，你可以制造出一个能像肝脏一样工作的设备，但实际上该设备比大自然创造出来的要好得多。 ”
然而， 3D生物打印已得到了更直接的应用，其中包括药物发现和消费品测试。在McAlpine的许多项目中，有一个可用于脊髓再生的3D打印设备和嵌入有可监测患者生理和生化标志物的传感器的电子纹身。
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虽然3D生物打印主要集中在很小的领域，但是美国得克萨斯州的创新者正在使用超大规模的3D打印来建造房屋。位于得克萨斯州奥斯汀市的建筑技术公司Icon开发了一台名为Vulcan II的3D打印机，该打印机可以在大约24h内打印37m2 的两居室房屋的墙壁。 Vulcan II是专门为偏远农村的房屋建造而设计的，由于有限的资源、无法预测的天气以及不稳定的电源，使用传统的建筑方式几乎是不可能完成房屋建造的。这台高3.5m、重1725kg的机器连续堆积了一层高2.5cm、宽5cm的被称为“lavacrete”的可延展型混凝土基线材料，并将其硬化成墙。
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Icon公司（位于美国得克萨斯州奥斯汀市）的Vulcan II 3D打印机堆积了一层大约2.5 cm×5 cm的名为“lavacrete”的混凝土基线材料，建造了如图所示的37 m2 房屋的墙壁，花费了约24 h 。来源：Icon公司（新闻稿）。
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Icon公司的Vulcan II 3D打印机位于三个结构的最末端，该打印机在美国得克萨斯州奥斯汀市的一个地基上创建了三座37 m2 房屋的墙壁，这些房屋的平面图各不相同
Icon公司目前正在51英亩（注：1acre=4046.873m2 ）土地上为美国奥斯汀东北部地区的无家可归者打印数十套房屋，并为墨西哥塔巴斯科小镇约50个家庭提供房屋。虽然Vulcan II减少了建造房屋的工作量，但建造过程并非一步到位，工人仍然需要打下地基并安装屋顶。 3D打印房屋除了能节省时间外，与其他低成本住房相比，它还能够打印平滑曲线和倾斜墙壁以实现其更自由的设计。
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在另一项大规模应用中，总部位于美国加利福尼亚州洛杉矶市的Relativity Space公司开发了一种名为“Stargate”的3D打印机，用于建造几乎不以地面为基础的物体，即30m高的火箭飞船。 Relativity Space公司计划用3D打印技术打印第一枚火箭的整个生产线，即Terran-1 ，但不包括电子设备、电缆和少量活动部件。相比之下， SpaceX、Blue Origin和其他公司也使用3D 打印技术，但仅用于生产部分零件。 Relativity Space公司与许多卫星运营商签订了发射有效载荷的合同，并同意他们使用美国国家航空航天局位于密西西比州汉考克县的John C.斯坦尼斯航天中心的两个测试设施。该公司还获得了从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的“Launch Complex-16”发射“Terran1”火箭的权利，其中第一枚火箭有望在2021年发射。
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Relativity Space公司（总部位于美国加利福尼亚州洛杉矶市）的 Stargate 3D打印机使用定向能量沉积制造巨大的金属物体，如火箭的燃料箱和发动机。打印机高9 m ，且具有3个庞大的机械臂。一只机械臂使用强大的激光来熔化金属丝，金属丝会逐层沉积以形成火箭的零件。另外两只机械臂用于固定工具以完成打印的部件。来源：Relativity Space公司，维基共享资源（CC BY-SA4.0）。
尽管火箭通常由数千个单独的零件组成，但Relativity Space公司设计的零件却合并了一些部件，这些部件通常是被分开制造然后组装的。所以，他们的火箭零件数量将是同类火箭的零件数量的1/100 。更少的零件意味着更少的接口和更少的出错机会。此外，尽管大多数制造商必须重新配置其设备以制造额外的硬件，但Relativity Space公司只需要在打印机软件中运行一个新程序即可创建下一个零件。而且与传统的火箭制造相比，该公司的3D打印机进行设计更改也更容易且成本更低。