3D打印过去听起来很高端，现在感觉也就那样。因为设备在市场上就以买到，买回家之后，随随便便就可以打印。

小到打印一个手办，大到可以打印一把手枪。

其实不然3D打印技术是实实在在的高端技术，比如使用钛合金作为原料进行3D打印，全世界掌握这项技术的就两个国家。

其一美国，在这项技术上研究了三十多年的时间，在相当长的一段时间里，处于一家独大的局面，其他国家根本就不会。

其二中国，中国是在2009年拥有了这项技术，而且一出生就比美国的高级。

比如，用3D打印飞机的钛合金主风挡整体窗框，中国一出手五十五天，就可以完成了。

这还不是最关键的，最关键的是成本，使用3D打印机技术打印，成本只有传统工艺开模具成本的十分之一。

（注：传统工艺指的是锻造。）

那么今天就来说3D打印那些事

很多人以为3D打印是出现在本世纪的，其实不然，早在上个世纪八十年代的时候，3D打印就已经出现了。

当时提出的概念是，利用数字模型将一个物体一层一层的打印出来，目的是按照原型进行快速制造。

所以3D打印出现的时候，不叫3D打印而是叫快速成型技术。

这个技术理论是在八十年代完成的，首台可以进行商业化的3D打印机（这个时候还叫印刷机），在1986年就已经被美国一位叫查尔斯.哈尔的科学家给发明出来了。

在这里有一个小知识必须说明一下。

其实从3D打印的专利申请时间上来说，法国的一位科学家可要比美国的这位查尔斯.哈尔，至少要早三个星期的时间。

那么为什么查尔斯.哈尔就被认为是3D打印技术的发明人呢？

原因是法国的这位科学家在发明出3D打印技术之后，就被该技术放在了箱子里锁了起来，并没有把这项技术做成产品。

他不认为这东西有什么价值，以为就是一件非常新奇的东西，没有看到3D打印技术转化为产品的潜在市场。

所以就出现了发明出来之后，就丢在一边的现象。

而查尔斯.哈尔在发明出该项技术之后，就开始将3D打印进行商业化，试图做出成品来。

再加上当时美国的专利商标局，对于各种专利都是非常重视的，哪怕现在看起来没什么用的专利。

所以查尔斯.哈尔就被美国专利商标局列入发明家名人堂，这就更进一步夯实了查尔斯.哈尔3D打印机发明人的身份。

后来证明3D打印技术不仅仅是一座金矿，而是一份可以挂在历史上的荣誉，因为3D打印技术可以说是下一次工业革命的一个小标志。

从这件事上，也得出一个结论，任何科研成果从实验室中诞生出来并不是结束，而是开始，没有进入到工业化制作阶段，一点意义都没有。

在整个八十年代3D打印技术并没有太耀眼的事迹，进入到九十年代和本世纪初期，这才得到了全面的发展。

在1993年，麻省理工学院获得3D打印机专利，然后是1995年美国一家公司从麻省理工学院获得该项技术唯一授权专利，开始开发3D打印技术。

3D打印技术这才被快速的推动起来。

直到2005年的时候，世界首台高清晰彩色3D打印机才从该公司走向了市场。

从个时间点开始，很多科研人员开始尝试，用3D打印机打印各种东西。

比如2010年，美国用3D打印机打印出了世界首台汽车，第二年是比基尼，接着是巧克力原料的打印机，甚至还打印出了一架飞机。

这就开始了以3D打印机为核心的各种打印，比如各种艺术品，金属手枪，以至于美国都通过立法承认3D打印手枪是合法的。

最有意思的事是苏格兰的科学家，使用人体细胞首次打印出了人造肝脏组织。

出现这件事之后，3D打印机在医学领域就有了突破，俄罗斯的宇航员甚至在太空，打印出了老鼠的甲状腺。

现在3D打印机中，都有专门的分支——3D生物打印机。

现在可以做到利用病人的细胞组织打印一颗心脏。

还有一位来自墨西哥的病人，用3D打印技术打印出一只耳朵，并成功的装到了病人的头上。

这都是小问题，在2019年的时候，美国的加州大学一所分校，甚至打印出了模仿中枢神经系统的脊髓支架，然后装上神经干细胞，植入到大老鼠的脊柱中，让大老鼠恢复运动能力。

听起来这很惊奇，还有更惊奇的，2023年以色列的一家食品公司利用3D打印技术，成功的打印出了和真实鱼肉没有差别的鱼肉。

最最惊奇的事，同年有科学家甚至使用3D打印技术，在线虫的体内打出了电路。

所以3D打印技术根本就不是人们看到的使用方法，它有着非常高深的研究领域。

3D打印技术不管如何发展，但核心是不会变的，利用计算机的能力让材料一层层的叠加，然后获得一个立体实物。

目前3D打印技术利用最多的地方是制造技术，尤其是金属材料的打印，很多专家都预计未来的制造业，不再是各种金属材料铸造零件，而是利用3D打印技术进行打印金属零件。

比如钛合金的3D打印技术，在目前的各行各业中都有了很大的发展。

因为钛合金本身的属性就非常的好，不仅是一种重要的有色金属，而且密度小、强度高、耐腐蚀、生物相容性好等等。

材料很好，但利用过去的锻造技术来进行大型的复杂钛合金构建的制造，成本会很高，同时工艺也会变的复杂，甚至材料都会严重损耗。

所以使用锻造技术发展钛合金制造，就有了很大的瓶颈，以至于无法让钛合金产品进行大面积的推广。

比如目前世界上最大的锻造机大概是五万吨左右，用这台锻造机锻造钛合金零件，最大的尺寸不会超过五平方米。

所以，一旦一个钛合金零件的大小超过了五平方米，这就意味着该零件就需要分段锻造。

那么分段锻造就会出现这么一个毛病，整个零件出现一个个的接口。

问题来了接口的强度和整体锻造强度相比较，谁的强度更好？谁的疲劳性能更棒？

所以锻造显然已经不适合大型零件的制作了。

这就是为什么，3D打印技术在各行各业发展起来的时候，钛合金铸造领域的科研人员将希望放到了3D打印技术上了。

其实中国的3D打印机应用到金属打印上的研发时间并不晚。

在1995的时候，就已经开始了，当时王华明带领着科研团队就开始攻克金属3D打印技术。

以当时的技术，金属3D打印其实并不难，所以有关小型零件的打印技术，王华明带领团队在很短的时间内就突破了。

不过随着零件的尺寸不断的扩大，出现的问题也就越来越大了。

最大的麻烦就是打印过程中产生的内部热应力问题。

因为尺寸越大打印的时间越长，那么3D打印说穿了就是将粉末融化之后，一层又一层进行印刷，在反复的印刷过程中让物体从平面刷成立体的。

在这个过程中，热量来不及消散，在一层层的叠加上去之后，内部的热量就会不断攀升。

如果是小型零件还好，温度不算太高达不到临界值的时候，热量就会驱散。

那么大型零件需要的时间长，热量很容易突破这个临界值，这就会导致打印的时候出现变形和开裂的现象。

或者说虽然零件打印完成，肉眼看起来没有问题，但内部因为凝固结晶，或者冷却方法不对，导致零件出现隐患缺陷。

这个问题，王华明团体在很长时间里就没能处理好。

到了2005年的时候，这个项目研发了十年的时间，王华明团队终于迎来了一个小小的突破，使用3D打印出来的钛合金零件装到了飞机上，不过零件还是属于小零件。

但不管怎么说，这次事件，让中国的金属3D打印技术迈出了关键性的一步。

后来国产大飞机C919的研发到了关键时刻，一个零件遇到了大麻烦。

这个零件就是机头部位的风挡窗框。

一说风挡窗框，很多人感觉这应该不含什么高科技的，其实不然，整个飞机的风挡窗框的形状很复杂，通过普通的焊接方法制作是没有办法完成的。

全世界想要通过锻造方式制作这个飞机窗框，就只有欧洲一家企业可以做到，可对方仅模具费一项就要价二百万美元。

这也就算了，制作周期还长达两年的时间。

所以当时就算是花钱也等不起这个时间。

后来就找到了王华明团队，要求在腊月二十之前，能把这个任务完成。

当时的压力挺大的，在研发的过程中，各种小问题不断出现，到了除夕的时候，这才打印出了成品。

当然了产品出来之后，还不能用，必须放到一个设备中进行应力处理，但整个零件又大又重，就没有办法放到设备中。

后来没办法，所有人回家先休息一晚上。

可当团队成员，第二天来到实验室的时候，发现打造好的成品，经过一夜的变化，已经断成了三段。

所以又得想办法。

总之在接下任务之后，王华明团队用了不到五十五天的时间，交出了满意的答卷。

最有意思的是，这个零件成本不足欧洲公司开出模具成本的10％。

当然了，这个时候使用3D技术打印飞机钛合金大型零件技术，仅仅停留在实验室里。

小批量的制作还是没有问题的，但要是谈到工业化，还差一大截。

不过这个问题在很短时间内就被解决了，在2013年左右，王华明团队就已经实现了工业化制造。

这让中国制造飞机的成本大幅度下降。

王华明曾经说过，一架大飞机中的钛合金使用，20％是钛合金材料。

以运20为例，一架飞机重达220吨，仅钛合金材料就会用掉四十四吨。

仅这一项的材料费用就达到了一亿两千万元。

如果借国外的工艺加工，大一点的部件就要两年，就以模具开价二百万美元计算，这得多少钱？

而且这种大型飞机，并不是制作一架就可以的，都是以百架起步制造的。

当然军用飞机不好说的太清晰，那么以C919这种大飞机为例说一说。

C919公开的信息中就提到了，仅钛合金紧固件就需要二十万件。

而首批的订单就有一百架，这就需要二百万钛合金紧固件。

以两年的制作周期，这是一个什么样的时间制作成本，而且费用绝对不低。

这还是首批，因为订单到了2018年的时候，就会每年递增一百五十架。

也就是说从2018年开始，每年会递增三千万件钛合金紧固件。

这成本就不用说了，这种技术可不会因为需求变多了价格会便宜，而是做的越多了，说不准价格还会上扬。

而使用王华明的3D打印技术五十五天交工不说，成本只有对方模具成本的10％。

目前全世界掌握这项技术的除了美国，就只有中国了。

关键是中国的3D打印技术超美国五年，要知道美国在这方面研究的时间是最长的。