神奇的3D打印机
我们的生活用品都是用机器制造的，从原材料到产品成型，要经过一道道工序，要制造出一架飞机就更复杂了。但这架小飞机是用激光烧结打印机，通过层层打印的方式，造出塑料或金属结构，用“卡扣固定”技术连接，整架飞机在几分钟内完成组装，不要任何工具。
自电脑问世后，1984年，惠普公司的工程师发明了喷墨打印机，这种让设计与印刷融为一体的技术，给人们的工作和生活带来了方便。2010年，一位名叫恩里科·迪尼的发明家设计出了神奇的3D（三维）打印机。工作时，它那1 000个喷嘴会同时喷出沙子和镁基胶，形成特定的形状，最终“打印”出一个完整的雕塑或模型。迪尼的发明打开了科学家的思路：将打印机里的墨水换成塑料、尼龙、金属粉，不是说可以按设计程序制造出零部件吗？很快，各式3D打印机很快就用到了生产上。制造商发现，像飞机、汽车上的挂钩等一些产品，用打印制造比传统造法更快、更省钱。
美国麻省理工学院用3D打印技术制作出了一支能够正常吹奏的长笛。德国专业小提琴制作公司也用3D打印技术制作出一把斯特拉迪瓦里小提琴的复制品。它采用了独特而复杂的激光烧结技术，这种技术可以让复制品看起来更加接近手工制品的水平，但使用的原料是工业聚合物，而不是木材。2011年11月，美国和加拿大两家公司用3D打印技术制造出一辆汽车。它以电池和汽油作为混合动力，不仅环保，而且安全性高，造价也不贵。
巧克力打印机
打印巧克力，2012年1月，在英国伦敦奥林匹克展览馆举行的英国礼品展销盛会上，3D巧克力打印机成了电子产品中的一大亮点，吸引了很多商家和人们的眼球。这是英国埃克塞特大学研究人员发明的新型三维打印机，它的墨盒里装的不是墨水，而是不同色彩的液态巧克力。打印时，先生成一个平面的横截图，然后用巧克力液一层层打印，好像将平面的纸铺叠，堆成三维的立体形状。印完一层，等它凝固后，机器才喷第二层，不像传统制作一次成型，速度不是很快。早在2010年，美国康奈尔大学的工程师就研制出生产食品的3D打印机，但没有很好地解决食物原料溶化和凝结的恰当温度，喷嘴的设计也有些问题。而埃克塞特大学的发明解决了这些难题，使3D打印用于餐馆和食品加工成为可能。
一位面部烧伤者的硅胶面具
打印毛细血管，挽救器官器质性病变者的生命，目前最有效的办法是器官移植。据统计，我国每年有150万病人等待器官移植，但有幸排上手术的只有约1万人，大多数病人都在等待中死去。原因之一是受传统观念的影响，意外死亡后捐赠器官的人很少，器官不够用；二是用组织工程培养的器官还不能实用，科学家还不能造出毛细血管，无法给人造组织和器官运送氧气和营养。我国曹谊林教授曾完成了裸鼠背上再生人耳实验，但这种用组织工程方法培养的耳朵，由于缺乏毛细血管，支撑不了几周就会死亡。以现在的生物技术，用病人的干细胞培养出组织和一些器官并不难，难的是如何在组织和器官中布局神经和血管。
就在医学家们进退维谷时，德国科学家将3D打印技术与“双光子聚合技术”相结合，用高分子聚合物制造出了毛细血管。科学家用高功率激光让聚合物分子按程序重组，成为一块有弹性的固体后，再合成高精度的弹性毛细血管结构。这种人造毛细血管具有生物的相容性，能与组织相互融合。这项发明使医学组织工程技术如虎添翼，也将给需要器官移植的患者带来福音。
打印下颚，荷兰的科学家利用3D打印技术制成了首个完整的钛基下颚，并成功将其移植给了一位83岁的老妇。这名女性患者因患有骨髓炎，损坏了下颚的正常功能。科研人员通过核磁共振成像（MRI）获取了病患下颚的准确形状，并利用激光烧结3D打印机熔化钛微粒，使其一层层融合，直至重塑出病患下颚的模型，却无需使用任何黏合剂。这种名为“附加生产”的技术，利用高精度激光束连续熔化很薄的钛金属粉末来制造器官。每层钛粉末都与上一层的截面黏合。1 mm厚度需要熔化33层钛金属粉末，而制造整个下颚则需要熔化数千层钛粉末。制成的下颚上面甚至还带有可促进肌肉连结的凹痕和孔腔，以及允许下颌神经通过的套简，以增加患者未来可能需要的支撑结构。其外面也覆盖了与生物相容的陶瓷层，以便它附着于患者的面部。
人工下颚重约107 g，虽然要比天然下颚重1/3，但病人使用起来并不困难。手术完成之后，患者的下颚迅速恢复了原来的形状，吞咽、说话和呼吸功能等也恢复了正常。通常这种手术都需要住院15~30天才能完成，而这位病患仅花费了4 h就完成了此次下颚移植手术。与传统的制造方法相比，3D打印技术使用的材料更少，生产时间也更短。
打印皮肤，人体的皮肤展开有2 m2，它使体内环境和体外环境隔开，是人体的屏障。一旦皮肤被大面积损伤，对人体是致命的。在治疗皮肤损伤或烧伤的病人时，植皮是重要的医学手段。但很多皮肤被大面积烧伤的病人不是由于没有皮肤来源，就是由于手术感染而死亡。
为解决植皮难题，科学家发明了自体皮肤再生培养法，并发明了人工皮。而美国卡罗来纳州再生研究所的科学家则发明了打印皮肤的技术，将皮肤细胞直接种在病人的伤口上。这种3D打印机里放的是细胞培养液，先通过内置的扫描器对受伤的面积和深度进行准确的扫描，并将得到的信息转化为三维数字图像，再决定需要放置多少层细胞和多大的面积，才能恢复成组织原先的结构。皮肤细胞的组织培养比培养皮肤快，细胞的活性也好。这种种皮技术由机器人在无菌环境下进行，医生只需要在旁监督调整即可。直接在病人身上打印皮肤，虽然现在只是实验成功，但科学家估计，20年后，它将成为植皮的主流技术。
打印耳朵，东尼是澳大利亚墨尔本一个8岁小男孩，他家有一只可爱的牧羊犬。有一天放学后，东尼一如既往地与狗亲热，牧羊犬不知怎么地一口咬掉了他的左耳。破裂的耳朵已无法接上，医生只得将伤口处理包扎，并给东尼装了一只硅胶假耳。现在的硅胶假耳，可以用3D打印机制造：通过扫描录下耳朵的三维信息，打印机就用硅胶造出一只可以乱真的假耳，不仔细观察无法区别。
想用3D技术打印出组织结构与真耳一样的人造耳，这太难了。因为看似简单的外耳，组织中也有精致的血管和神经网络，科学家现在仅能打印软骨。软骨没有固定的形状，结构相对简单，血管也很少。用生物工程的方法培养器官，已取得很大的进展，也许不远的将来可以在支架上长出一只活的人耳。用打印的方法生产人耳可以瞬间生成，吸引力很大。但科学家们认为，即使解决了血管与神经网络与其他组织的同步打印，能生产出一只活的人耳，怎样与伤口的血管和神经相连，这也是一大难题。打印耳朵是生物打印机走向应用的开端，但要真正打印出实用的器官，还得科学家们继续努力。
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本文标题：神奇的3D打印术
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