3D打印技術(shù)能否引領(lǐng)不銹鋼制造？

何為3D打印？

3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車(chē)，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

3D打印技術(shù)始于20世紀(jì)90年代，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它的打印原理同日常生活中使用的打印機(jī)沒(méi)什么兩樣，只是將油墨換成了液態(tài)塑料或粉末金屬。

3D打印的應(yīng)用

航天科技：2014年9月底，NASA預(yù)計(jì)將完成首臺(tái)成像望遠(yuǎn)鏡，所有元件基本全部通過(guò)3D打印技術(shù)制造。NASA也因此成為首家嘗試使用3D打印技術(shù)制造整臺(tái)儀器的單位。

這款太空望遠(yuǎn)鏡功能齊全，其50.8毫米的攝像頭使其能夠放進(jìn)立方體衛(wèi)星（CubeSat，一款微型衛(wèi)星）當(dāng)中。據(jù)了解，這款太空望遠(yuǎn)鏡的外管、外擋板及光學(xué)鏡架全部作為單獨(dú)的結(jié)構(gòu)直接打印而成，只有鏡面和鏡頭尚未實(shí)現(xiàn)。該儀器將于2015年開(kāi)展震動(dòng)和熱真空測(cè)試。

2014年8月31日，美國(guó)宇航局的工程師們剛剛完成了3D打印火箭噴射器的測(cè)試，本項(xiàng)研究在于提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)某個(gè)組件的性能，由于噴射器內(nèi)液態(tài)氧和氣態(tài)氫一起混合反應(yīng)，這里的燃燒溫度可達(dá)到6000華氏度，大約為3315攝氏度，可產(chǎn)生2萬(wàn)磅的推力，約為9噸左右，驗(yàn)證了3D打印技術(shù)在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造上的可行性。

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：2014年8月28日，46歲的周至農(nóng)民胡師傅在自家蓋房子時(shí)，從3層樓墜落后砸到一堆木頭上，左腦蓋被撞碎，在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院手術(shù)后，胡師傅雖然性命無(wú)損，但左腦蓋凹陷，在別人眼里成了個(gè)“半頭人”。

除了面容異于常人，事故還傷了胡師傅的視力和語(yǔ)言功能。醫(yī)生為幫其恢復(fù)形象，采用3D打印技術(shù)輔助設(shè)計(jì)缺損顱骨外形，設(shè)計(jì)了鈦金屬網(wǎng)重建缺損顱眶骨，制作出缺損的左“腦蓋”，最終實(shí)現(xiàn)左右對(duì)稱(chēng)。

2014年8月，北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功地為一名12歲男孩植入了3D打印脊椎，這屬全球首例。據(jù)了解，這位小男孩的脊椎在一次足球受傷之后長(zhǎng)出了一顆惡性腫瘤，醫(yī)生不得不選擇移除掉腫瘤所在的脊椎。不過(guò)，這次的手術(shù)比較特殊的是，醫(yī)生并未采用傳統(tǒng)的脊椎移植手術(shù)，而是嘗試先進(jìn)的3D打印技術(shù)。

房屋建筑：2014年8月，10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區(qū)內(nèi)交付使用，作為當(dāng)?shù)貏?dòng)遷工程的辦公用房。這些“打印”的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照電腦設(shè)計(jì)的圖紙和方案，經(jīng)一臺(tái)大型3D打印機(jī)層層疊加噴繪而成，10幢小屋的建筑過(guò)程僅花費(fèi)24小時(shí)。

汽車(chē)行業(yè)：用3D打印技術(shù)打印一輛斯特拉提轎車(chē)并完成組裝需時(shí)44小時(shí)。整個(gè)車(chē)身上靠3D打印出的部件總數(shù)為40個(gè)，相較傳統(tǒng)汽車(chē)20000多個(gè)零件來(lái)說(shuō)可謂十分簡(jiǎn)潔。充滿曲線的車(chē)身由先由黑色塑料制造，再層層包裹碳纖維以增加強(qiáng)度，這一制造設(shè)計(jì)尚屬首創(chuàng)。汽車(chē)由電池提供動(dòng)力，最高時(shí)速約64公里，車(chē)內(nèi)電池可供行駛190至240公里。

服裝服飾：許多女人深知，遇到一件很合身的衣服是很不容易的事，用3D打印機(jī)制作的衣服，可謂是解決女人們挑選服裝時(shí)遇到困境的萬(wàn)能鑰匙。一個(gè)設(shè)計(jì)工作室已經(jīng)成功使用3D打印技術(shù)制作出服裝，使用此技術(shù)制作出的服裝不但外觀新穎，而且舒適合體。

3D打印技術(shù)能否引領(lǐng)不銹鋼制造？

隨著3D打印金屬部件技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，增材制造將逐步替代切割制造。我國(guó)自主研發(fā)的3D打印金屬部件技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于制造航天部件和國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)部件。

我們不妨設(shè)想一下，我們只需要將不銹鋼粉末放進(jìn)事先設(shè)計(jì)好的3D打印機(jī)中，然后利用數(shù)學(xué)建模將需要制造的無(wú)縫鋼管的管徑、厚度、長(zhǎng)度確定編制相應(yīng)的程序。就可打印一根無(wú)縫鋼管，不論從制造時(shí)間還是節(jié)約設(shè)備、人力成本上來(lái)說(shuō)都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

如果這一技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)，那么有一天，是否我們只需要將鐵礦石等原材料粉碎，放在3D打印機(jī)中，就可制造出相應(yīng)的鋼材來(lái)，屆時(shí)，這些污染性極高的高爐煉鋼就可被人類(lèi)淘汰出局。