1.3 3D打印应用行业

3D打印机应用范围之广是我们无法想象的，可以用于珠宝、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育和地理信息系统，甚至食品等很多领域。从理论上来说，只要是能够在计算机上绘制成型的产品，都可以通过3D打印机实现。下面通过3D打印机在各行业打印的那些美妙绝伦的产品，来畅想一下3D打印所创造的未来。

1.3.1 汽车制造业

3D打印适用于汽车设计制造的原型制造和模具开发等环节。现阶段，3D打印技术在汽车行业的应用主要在以下三个方面：

1）提高产品设计的速度和性能，包括用于功能性测试的样件生产，以及生产过程中应用模具的开发制造。

2）在维修环节的零部件直接制造。

3）个性化和概念汽车部件的直接制造。

例如摩根汽车（Morgan Motor），这家英国手工汽车品牌，106年以来一直坚持用手工为用户打造高端汽车。这种高度定制化，唯有3D打印技术与之更加贴合。在2015年5月开幕的伦敦3D打印展上，该公司现场展示了3D打印机制造的限量版汽车“Special Project 1”（简称SP1），如图1-11所示。3D打印公司Stratasys的代表介绍：“摩根公司在车内使用了很多直接3D打印的定制部件，包括内饰、后视镜、格栅、标志等。”摩根公司除使用3D打印技术为SP1和其他定制车型3D打印部件外，工程师用来手工制造汽车部件的制造工具，大部分也由3D打印而成。可以看出，汽车制造商已经充分认识到3D打印技术在高端定制的细分市场中的重要性。

1.3.2 考古与古生物学

众所周知，很多文物非常珍贵，不可能经常搬动，3D打印技术则可以复制这些文物，比如瓷器、青铜器等。博物馆里常常会用很多替代品来保护原始作品不受环境改变或意外事件的损害，复制品也能将艺术品或文物的影响传播到更多更远的地方。

日本的寺院已经采用3D打印来复制佛像。例如，日本岛根县江津市有一尊身高90cm的佛像，塑造于镰仓时代。寺院的住持知道了3D打印复制技术后，决定给珍贵的原版做个复制品。除了不怕被盗以外，3D打印的佛像也不再害怕火灾和虫蛀，如图1-12所示。

对文物进行3D打印复制可对文物实现保护的同时，也产生了另一个新的问题，就是如何对打印的文物赝品进行鉴别。

在古生物学领域，可以通过3D打印来复制整个古生物的骨架和造型，让研究人员更立体地进行研究。美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。

1.3.3 建筑行业

如果不是从事建筑学专业，恐怕没有几个人能够在看建筑图纸的同时就在头脑中构想出建筑物的3D形状。通过手工制作建筑模型成本很高，而通过3D打印技术却可以很容易地在短时间内打印出一个建筑模型。即使客户有修改意见，同样可以短时间内就完成修改，提高设计阶段的效率。在国内外的建筑行业甚至地理地貌研究中，已经有不少设计师、工程师通过3D打印机打印建筑模型和沙盘模型，不仅成本更为低廉，而且更接近设计师的原始构思，提高了工作效率，节省了大量的建筑原材料，如图1-13所示。

1.3.4 医学和生物科学

3D打印在医学上的应用很多，特别是在修复性医学领域，个性化需求十分明显。医疗领域用于治疗个体的产品，基本上都是定制化的，不存在标准的量化生产。而3D打印技术的引入，降低了定制化生产的成本。

其主要应用有：

1）修复性医学中的人体移植器官制造，如假牙、骨骼、肢体等。

2）辅助治疗中使用的医疗装置，如齿形矫正器和助听器等。

3）手术和其他治疗过程中使用的辅助装置。

外科医生对一些复杂的手术往往只能通过CT、核磁共振等医学影像资料进行可能的判断，然后进行手术，但是有时候病灶的复杂程度远远超出想象，手术成功率低。3D打印技术可以利用已有的医学影像资料，先打印一个3D的模型出来，通过在模型上进行模拟，进而确定可行的手术方案。

目前，国内口腔界已能利用3D打印技术打印出义齿基托，用树脂重建颌骨以及牙齿。图1-14为MoonRay DLP光固化3D打印机打印的牙齿模型。

而大家寄予厚望的可移植器官的3D打印，有赖于生物材料、干细胞、组织培养等多学科的突破。有的技术是先用生物材料打出“骨架”，然后在它上面进行干细胞培养，诱导形成组织；有的技术则设想直接打印生成器官；更大胆的想法，是用打印机直接在人体上打印，省去了植入的过程。当然，暂时还有材料、生物活性等各方面的问题亟待解决。

1.3.5 航空航天领域

3D打印技术在航空航天领域的主要应用包括：

1）无人飞行器的结构件加工。

2）生产一些特殊的加工、组装工具。

3）涡轮叶片、挡风窗体框架、旋流器等零部件的加工。

波音公司是率先将3D打印技术应用于飞机设计和制造领域的国际航空制造公司。通用电气公司前期收购了Morries Technologies等3D打印公司，从2016年起，生产第一个增材组件——燃油喷嘴。西门子公司从2014年1月起在发电和维修部门运用3D打印生产备件和发动机涡轮。

美国航空航天局（NASA）甚至发射3D打印机到国际空间站，进行工具和零件的打印，如图1-15所示。

1.3.6 娱乐艺术领域

3D打印机还可根据电子游戏、三维动画和其他的三维数据轻松制作雕像和角色。在电影中，我们看到过很多演员扮演的类人形的怪物，好莱坞这样的制片基地，以前都是通过手工技术来进行这些特殊的造型，如今已经普遍采用3D打印技术，可以很方便地打印出个性化的怪物头套和全身装备，效果可以乱真。3D打印巨头Stratasys与Legacy Effects的工程师、技术人员合作制作出几十个3D打印部件，并将这些部件组装成14ft高的巨兽。Legacy Effects公司曾为《钢铁侠》《阿凡达》《环太平洋》《机械战警》等影片3D打印制作过多个银幕角色。图1-16所示为特效公司采用3D打印机打印的钢铁侠。

在艺术设计领域，国内的艺术类院校已经开始用3D打印机和3D打印笔来进行服装、饰品等艺术品的设计和艺术创造，雕塑、工业设计等专业用3D打印机来设计雕塑和工业产品。结合三维软件的优势和超前的艺术设计理念，艺术类高校师生使用3D打印机设计和创作更是得心应手。编者就曾为大连工业大学服装学院3D打印制作服装人台，如图1-17所示。大连工业大学很多服装设计和首饰专业的学生也选用3D打印机来制作服装上的首饰和配饰，如图1-18所示。

1.3.7 食品行业

尽管3D打印机短期内还无法普及到千家万户，但是一个特别有吸引力的功能，便是食物打印。只要准备合适的面粉、糖类等食物原料，就可以打印出糖果、巧克力、意大利面，甚至是饺子，不需要复杂的烘焙或技巧。图1-19为3D打印机打印的糖果。

食物3D打印机配合传统计算机所用的CAD设计软件，可以把特定材料放在特定位置，逐行逐层铺上去，还可以通过计算机和云数据来调节人所需要的营养。使用食物打印机制作食物可以大幅缩减从原材料到成品的环节，从而避免食物加工、运输、包装等环节的不利影响。厨师还可借助食物打印机发挥创造力，研制个性菜品，满足挑剔食客的口味需求。

食物3D打印机的普及成功，势必大大改变人类的生活面貌。这并非科幻小说里的内容，荷兰2012年就研制出打印各种造型食品的食物打印机。西班牙Natural Machines发明了一款名为“Foodini”的3D食物打印机。全球知名的意大利面制造商百味来（Barilla）计划在未来几年内在餐厅里推出3D打印食物。美国军方和航空航天局都推出自己的食品3D打印机。我国已经研制出可以打印巧克力的3D打印机，如图1-20所示。