火箭发动机 乡村公厕……3D打印打出“顶天立地” 广州生物3D打印技术填补国内空白 企业超过130家

  机，患者骨折后骨骼的具体恢复状况被成功复制；借助轿车汽缸的三维实景数据，经过机的一番操作，一个实体汽缸就诞生在我们眼前；拿到卡通人物的三维数据，你的偶像也能被轻松“打印”。这是最近记者在广州市一家公司的线D打印被视为引领新一轮科技革命和产业变革的核心技术之一。当前，广州市在激光与增材制造及

  产业方面已具有非常明显的发展优势和先导地位。本期《科技周刊》，记者来到广东省唯一一家被科技部认定的3D打印产业国家级科技公司孵化器——广州市3D打印产业园采访，向读者们介绍3D打印的科学原理和神奇应用。

  在广州市3D打印产业园的广州捷和电子科技有限公司，记者见到了多款工业级3D打印设备。公司CEO李一奇饶有兴致地讲述了3D打印机的工作原理。

  SLA技术是3D打印的核心技术，全称是立体光固化成型法，是利用激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，之后随着面与面的层层累加，周而复始就构成了一个三维实体。

  理论上，任何物体都可通过相互垂直的X轴、Y轴、Z轴构建的三维函数来进行建模，随后将数据输入3D打印机主板，打印机的激光器就能开始层层打印。只要3D打印机足够大，任何物体都可以一体成型。

  运行3D打印机还离不开软件和硬件主板。李一奇介绍，公司开发的主板性能优良，只要将三维数据通过USB接口连接打印机主板，读取数据后，就可以指导激光系统完成打印任务。而光固化材料以树脂路线为主，目前，公司生产的性能最优良的3D打印机配备了10个激光模组，其工件制作速度可达1.7kg/小时，最大成型空间为2250毫米（长）、900毫米（宽）、400毫米（高），这也代表着不少航空航天、汽车的大型部件，能够最终靠这台机器直接打印。

  3D打印离不开光固化材料。很常见的是光敏树脂，其在3D打印机内以液态呈现，当激光照射到液体树脂时，便会瞬间凝固，形成固体模型。

  另一类光固化材料则是金属粉末，以钛合金、铝合金、模具钢等粉末为主。此外，尼龙一样能作为光固化材料。

  3D打印离不开激光系统，其核心为二极管固体激光器，其发出的光斑，直径可精细至0.1毫米，被激光照射的光固化材料会固化、未照射激光的则不会。经过控制光斑的明暗，能控制哪个点要打印，哪个点不用打印，由此构建3D打印的基础。

  一台3D打印机需要有重涂系统，对打印出来的材料来吸附涂铺，李一奇介绍，公司开发的工业级3D打印设备中的智能真空吸附涂铺系统，可精细打印层厚精度，其中精密制作层厚精度为0.05毫米至0.1毫米。

  要实现分层打印，打印机还需要有升降系统，李一奇介绍，目前公司所产3D打印机的重复定位精度可达±0.01毫米，垂直分辨率可达0.0002毫米。

  “总的来说，3D打印是利用激光和光固化材料衍生而来的，所以我们业内，3D打印更专业的名称为激光与增材制造，3D打印则是非常形象的形容词。”

  广州医科大学于今年8月发布国内首台商业化体积打印装备OrganSEC，并推出自主研发的国内首款体积打印装备控制系统软件（Haomiao）

  3D打印技术专家、华南理工大学机械与汽车工程学院教授宋长辉和记者说，在前沿领域，世界上已出现生物3D打印、微纳3D打印、太空3D打印等新方向。在生物3D打印领域，广州医科大学于今年8月发布国内首台商业化体积打印装备OrganSEC，并推出自主研发的国内首款体积打印装备控制系统软件（Haomiao）。体积打印技术能解决常规逐层式打印速度慢、细胞存活率低的问题，技术指标达到国际一流，填补国内空白。设备将主要是针对类器官市场，包括类器官制备、基于类器官的肿瘤个性化用药以及基于类器官的药物筛选等。

  企业中科宇航在2022年试车的“玄鸢一号”20吨级液氧煤油火箭发动机大量采用3D打印，该型发动机采用高压气起动、点火剂点火，使用起来更便捷，维护简单；推力室通过采用隔板喷嘴一体化设计的具体方案，突破了高效稳定液液燃烧技术。微纳3D打印技术能够在微米至纳米尺度上精确构建复杂的三维结构，可以在极细的分辨率下制作出具有高度复杂性和精确度的产品。可大范围的应用于微纳机电系统、微纳光学器件、微纳

  华南理工大学、广东工业大学、广州医科大学、暨南大学、广东省科学院等高校和相关科研院所都对3D打印技术开展研究。广州市3D打印产业园是国内最早的国家级增材制造科技公司孵化器之一

  宋长辉认为，在3D打印领域，广州最大的优势是其创新核心原动力。目前，华南理工大学、广东工业大学、广州医科大学等高校和相关科研院所都对3D打印技术开展研究。位于荔湾区的广州市3D打印产业园是国内最早的国家级增材制造科技公司孵化器之一。

  广州市产业门类非常齐全，从上游的原材料工业，到3D打印机的生产制造企业及相关的软件设计企业，都能够找到。广州在生物医药、汽车工业、

  等领域的布局，也为3D打印产业提供丰富的下游客户和适配应用场景。宋长辉建议，接下来广州应深化产学研融合，逐步提升产业的创新能力，并进一步打造3D打印产业集群，培育出更大的有国际影响的龙头企业。

  、爱司凯等上市企业，在2022年工业与信息化部发布的《首批增材制造典型应用场景名单》中，3家企业入选4个场景；在创造新兴事物的能力和产业园区建设方面，拥有8个国家级平台和12个省级工程技术探讨研究中心。荔湾区正积极地推进激光与增材制造产业高质量发展，并与中国科学院院士冷劲松共建广州未来增材研究院。

  记者了解到，3D打印最早应用于医疗领域。目前最常见的是口腔医院的整形牙套，牙齿矫正是一个漫长的治疗过程，每一个时期都需要有配套的整形牙套帮助矫正，整套治疗下来，需要30多副整形牙套，目前，李一奇所在公司已与广州市内多家口腔医院合作，医生向公司提出牙套的设计需求，通过3D打印牙套来帮助患者矫正。

  目前，3D打印对手术中的复杂植骨术也有重要帮助。对于一部分口腔癌患者，医生必须手术切除颌骨（下巴骨），这不仅会导致患者毁容，还会极度影响其咀嚼、吞咽等功能，这就需要医生进行颌面重建手术。公司目前与市内多家三甲医院合作，根据患者的CT图，3D打印出患者的下颌骨模型。手术时，医生会取出患者的腓骨，根据患者的下颌骨模型，将腓骨打断，设计成患者的下颌骨模样，再植入患者体内，以保留患者下巴的功能和容貌的完整性。

  此外，医生还会根据CT图，3D打印骨折患者的患骨，以便更清晰判断骨折的恢复状况，减少误诊误判等。

  在汽车领域，如今3D打印的功用已不可或缺。李一奇向记者展示其公司利用3D打印技术铸造的汽缸等

  。汽车工业对于材料的要求很高，不少零部件并不能直接用金属3D打印的方式制成，但仍可利用3D打印与失蜡铸造相结合的办法进行生产。其原理是利用一种特殊的熔点低、残留少的光固化树脂，先精细打印零部件的模型，再将模型内外包裹一层易凝固、熔点高、不变形的特殊物质，待这一物质完全固化定型后，利用蒸汽、焙烧等办法，将树脂烧掉，只留下一个类似模具的外壳。最后，再向外壳中浇铸符合汽车工业要求的金属，等金属冷却定型后，整个零部件便产出了。

  在民生领域，3D打印也展现出独特魅力，比如花都区在花东镇联安村和花城街罗仙村安置区试点利用3D打印技术建设乡村公厕，3D打印公厕的材料是回收的建筑垃圾，非常环保。广州供电局也曾利用建筑3D打印技术建设配电房，该技术运用先进的计算机和控制技术，将传统的砌砖、浇筑等人工工序转变为工业自动化打印方式，大幅度提升实施工程质量和效率。

  在今年广交会上，有一款采用3D气凝胶面料以及3D打印叠层技术的羽绒服，可以自主感知温度、调整厚度，受到不少人的关注。