3D打印技术发展日新月异，应用范围越来越广泛。为了深入了解当前3D打印的应用现状以及发展动向，本刊记者专程采访了北京市计算中心齐轶鹏博士。

北京市计算中心 齐轶鹏博士

智能制造：目前3D打印技术受到大家的关注，请您谈谈目前3D打印技术主要的应用领域以及解决方案，还有哪些问题亟待解决？

齐轶鹏：3D打印技术主要应用在工业、医疗、教育和文化创意等领域。在工业领域中，装备制造业的很多零部件都可以用3D打印的方式生产；磨具行业的快速模具、模具修复和金属磨具是通过3D打印制作的；产品端的产品试制、快速样机、快速样件的开发也是用3D打印呈现的。在教育领域中，从小学到大学再到研究室，3D打印技术应用都很广泛，在小学主要是培养学生的动手能力和创造力，目前在北京已经有很多的小学设立了3D打印实验室；在大学主要用于教学工作以及学生的毕业设计和科研任务。在医疗领域中，由于3D打印是具有高度个性化、定制化属性的工具，基本可以无视空间结构，而患者的发病机理和生理结构不同，3D打印更加适合病理模型的呈现，以供医生进行术前的检查诊断和医患沟通。而在骨科的植入物研究方面3D打印技术也有较深入的应用。在手术中应用定位导航板技术可以减少病人痛苦，提高手术成功率和手术精度，缩短手术时间和减少出血量等等。另一种在医疗领域中针对组织工程领域应用的3D打印技术是通过打印细胞来培养组织，目前这种技术还没有应用于临床上治疗疾病，更多的是用于药物筛选和病理性研究。在国防航空航天领域，3D打印技术可以做出构造复杂而且重量轻的部件，可以缩减零部件的体积并使整个设备的性能得到提升。在文化创意领域中，2015年遍地开花的众创众筹产品原型，其中很多都是通过3D打印来做的，由于个性化、定制化的自身属性，使得3D打印在文化创意领域很早就得以广泛应用。3D打印应用场景时时刻刻都在不断的更新和拓展，比如在虚拟现实领域，通过3D打印技术的介入可以实现更多的可能性。

目前3D打印行业的确存在着一些问题，3D打印从技术原理上是一种增材制造，同时又是一门交叉学科，其基础最主要是材料科学。材料和机械以及程序之间的配合是3D打印的关键。在机械方面，其本身具有固定的精度和成本控制；而在材料方面则不同，其关键是以何种成型方式打印出所需要的材料质量，优秀的材质一直是3D打印行业孜孜不倦的追求。目前3D材料主要分为金属、高分子聚合物和磨砂非金属等，我们需要长期持续的投入来研发3D打印材料，以光敏树脂为例，国内和国外的材料性质有较大的差异，在关键参数和成型精度以及成型之后的滤水膨胀率、光照稳定性、热稳定性等方面有差距，所以材料研发应当是3D打印行业未来发展的主要任务。另一个问题是在国内3D打印行业内，研发3D打印设备的厂家很多，而3D打印行业如何与传统的行业应用场景深入的衔接，做这方面研究的人却很少。以汽车行业为例，如何使 3D打印真正结合材料、结合技术，深入应用到日常消费级别的汽车里，应当是广大3D打印行业人员应当深入研究的。　

智能制造：在北京市计算中心目前有哪些3D打印设备？能否介绍下这些3D打印设备的特点和优势？　　

齐轶鹏：目前，计算中心拥有以下几种3D打印设备。首先是桌面级的3D打印机，主要用于科普展示以及打印小型零部件和模型。其次就是工业级的FDM设备，其打印材料主要是ABS工程塑料，可以打印精度要求不高但强度要求高的工业用零部件，比如机器人自动机器臂的盖板零部件。另外还有工业级的光敏树脂类3D打印机，主要用于高精度打印，其精度可到达单侧层厚16um，适用于对模型精度要求高的电子消费类产品、医疗模型和科研用模型等等。

计算中心拥有多款3D扫描仪，主要用来获取目标模型的三维几何参数。首先是手持式3D扫描仪，其特点是移动灵活，可以在现场以手持的方式来扫描人物或者物品。其次是大空间式3D扫描仪，可以扫描大型建筑物和大型场景，一幅画面即可扫描300米。另外还有高精度3D扫描仪，主要针对扫描精度非常高的零部件，其精度可达到0.01mm的水平。

智能制造：计算中心提供的高精度和低成本两种3D打印解决方案有哪些区别？这两种解决方案主要针对哪些目标客户？

齐轶鹏：高精度、低成本的3D打印解决方案是一个阶梯状的分布，分几种方式，比如SLA的精度介于PolyJet和FDM精度之间。较之于FDM，SLA的精度和成本都要高一些，而PolyJet的精度和成本又比SLA都要高一些。这两种解决方案其实是一种针对市场的细分。客户仅需要得到产品的大体形状，我们推荐低成本打印，以客户可以接受的价格达到预期的精度要求。如果是特定的应用领域，比如要求精度必须达到50um，必须使用高精度的设备才能达到要求。高精度解决方案主要针对一些高端客户比如科研单位、医疗单位和研发单位等等。

智能制造：近期计算中心和航空总医院共同举办了“3D打印+医疗”科普交流会，请问目前3D打印技术在医疗行业有哪些应用？目前，计算中心在医疗方面提供的3D打印服务有哪些？

齐轶鹏：3D打印技术在医疗行业中的应用必须以解决方案的形式进行服务，因为医疗行业是一个高度专业化的领域，传统3D打印行业与其存在一定的距离。当3D打印介入时，计算中心有一个医疗团队作为支撑，其作用主要是抚平3D打印和医疗以及医生之间的技术鸿沟。计算中心实际上在做桥梁性的工作。

3D打印技术在医疗行业比较成熟的解决方案首先是从医学影像出发，比如CT技术，通过CT技术可以把病人的病理模型和生理模型重构出来，虽然CT是二维图像，我们可以利用CT、核磁共振甚至3D超声影像来逆向重建出所需要的精准3D模型，并依据3D模型和医生做技术上的交流沟通。因为涉及到医生的医疗方案、手术方案以及所使用的医疗器械，因此计算中心会与医生进行多轮次的沟通，之后制定手术方案，并确定计算中心所要做的配合，比如术前的患者病理模型和术中解决方案。患者术前病理模型主要应用于肝胆外科肿瘤切除的手术，因为肝胆肿瘤的环境复杂，医生通过二维影像不易判断肿瘤在组织中的突变位置，而用3D打印的形式呈现出来后，医生可以很快判断手术需要在哪里把组织切开并剥离肿瘤。同时医生可以通过3D病理模型做出详尽而且准确的手术预案。术中解决方案比如颅骨修复、颌面外壳的手术，在术中使用导航定位板来正确摆放碎骨的位置以确保手术重构的准确。在术中除了把医学影像转化为三维数据，还需要和医生沟通以什么样的方式固定碎骨，以及计算中心提供什么样的导航定位板的技术，医生通过怎样的紧固具、手术用具把碎骨固定住，以及如何把导航定位板撤销等等，这个流程结束后再进行3D打印，然后对导航定位板进行医学消毒，最后在手术室将导航板应用到手术中。

对于牙科领域的种植体的种植导板，通过定位板技术保证种植牙的种植方向是精准的，以保证未来的咬合正常。在牙齿正畸中的隐形正畸具也是3D打印技术在齿科领域的应用，这项技术解决了以往正畸过程中正畸具不美观、不易摘的问题。

另外3D打印在心血管领域和神经外科领域也有应用，计算中心和沈阳陆军总医院以及中科院金属研究所有相关合作。通过应用3D打印技术做植入物的研究，不仅需要考虑成功的植入问题，还要考虑到3D打印部件的力学性能、耐久性和寿命等问题。植入物在心脏外科、心脏内科领域已有临床上的应用，也有国内外少见的前端科学研究。以血液研究为例，需要研究流体力学、血液动力学，是比较系统、比较庞杂的科学研究，同时解决植入物问题的技术基础也是3D打印技术。

智能制造：请您介绍下在3D打印服务方面，计算中心强大的云计算能力和云平台服务扮演着什么样的角色，有哪些重要的意义？

齐轶鹏：北京市计算中心的云计算平台即“云链”，它是一个服务于广大企业的云计算服务平台。3D打印实际上是“云链”的一个有机组成部分。云计算依托的是高性能的云计算服务，3D打印服务既有线上又有线下的服务模式，用户可以通过线上以云的方式提交模型，通过审核后进行打印，也可以在线下以传统模式的方式加工。3D打印在“云链”中的位置是介于云链和实体工作之间，具有桥梁性作用。“云链”是基于互联网的技术，其中更多的提供云计算的工具，包括计算工具、在线办公软件和在线设计软件等等。而用户在通过“云链”完成计算和设计之后不满足仅在电脑上表现设计，这时3D打印介入进来，帮助用户完成实体工序的实现。未来，3D打印不仅仅满足做出模型而是集成设计和实现等更多功能的平台。也就是说，用户在这个平台上提出设计想法，就能拿到真实的、带有功能性的产品。

智能制造：您认为不断发展的3D打印技术在未来将如何影响人们的生活？

齐轶鹏：作为3D打印的行业人员，我很高兴谈谈3D打印未来的美好设想。在未来，3D打印的发展潜力是巨大的，而3D打印技术进步带来的改变眼前就能看到，目前美国用3D打印的组织可以存活一到两周的时间，这在之前几乎是无法设想的。较之克隆技术会带来人体器官使用方面的伦理问题，3D打印技术则不会面临如此情况。乐观地讲，在未来或许真的会有3D打印的植入器官出现，而人类的寿命也将会因为器官的可更换而大大延长。

在传统制造业，随着产品品质的提高，人们对个性化定制产品的需求越来越高。目前在汽车行业已经实现汽车内饰和配件的定制，未来的产品将会实现高度符合用户个人的使用特点，3D打印技术将在这方面发挥积极作用。

另外，未来3D打印技术或许将会对物流行业产生影响。目前，在航天领域的空间站物流运输上已经实现通过传输数据到空间站，并通过3D打印机生产所需物品的案例，以此节省成本。所以未来如果3D打印技术成熟，成本降低以及材料上满足要求，物流的形式将不仅拘泥于实物的传递，而是信息数据的传送，数据从提供方到3D打印机接收方，通过打印机将产品呈现出来，这也许是物流行业未来一个新的业态。

记着手记：3D打印技术的飞速发展得益于这个时代有一批对技术革新孜孜不倦的工程师以及为技术落地不懈努力的科学工作者。从齐轶鹏博士身上我能深刻感受这一点。技术的进步永无止境，正如齐博士所说的，“3D打印的应用场景时时刻刻都在拓展”，只需展望一下未来，就知道3D打印将深刻而长远地影响我们的生活。