无所不能的3D打印
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发展篇——2050年，见证奇迹的时刻
1986 年，美国人查尔斯·哈尔Charles Hull发明了世界上第一台3d打印机，所采用的技术被称为“立体光刻技术”，利用紫外线照射将树脂凝固成形制造物体。他创立的3D Systems公司是世界上第一家生产3D打印设备的公司，也是目前世界3D打印领域的巨头和领航者。1992年，该公司卖出第一台商业化产品。
1994年，美国麻省理工学院发明了“三维打印”（3?Dimensional?Printing，简称“3DP”）技术，并申请了专利。1997年为了将3DP技术推向市场，Z—corporation公司正式成立。Z—corporation最先推广通过降低精度降低成本和售价的办公室版3D打印机，也是唯一一家生产彩色3D打印机的公司。该公司现已被3D Systems收购。
2004年11月，由意大利人恩里科·迪尼发明的第一台建筑打印机的概念机面世，并于2007 年 4 月正式完工。同年，恩里科在伦敦成立了一家主营3D建筑打印的公司。
2010年6月，据外媒报道，美国Organovo公司研制出了“按需打印”人体活器官的机器。2011年底，两家澳大利亚公司Organov，??Inc和Invetech??Pty??Ltd合作，开发出了世界上第一台商业化的3D生物打印机，并因此而获得了近日联邦政府AusIndustry颁发的工程创新奖。
2011年9月23日报道，世界上第一辆打印出来的汽车在加拿大亮相，这辆3D打印汽车名叫Urbee，是一辆三轮、双座混合动力车。它使用电池和汽油作为动力。虽然单缸发动机制动功率只有8马力，但由于其小巧轻便，最高时速可达112公里。
同年，南安普敦大学利用激光烧结技术模仿“Spitfire”飞机打印了一台翼展为6.5英尺的飞机，并对其进行材质上的修改，让传统材料和复合材料交织在一起，改变飞机的形状和结构，成功地让这架打印出来的飞机以100英里的速度飞行。
2012年7月，英国《每日邮报》报道称，美国宾夕法尼亚大学宣布用改进的3D打印技术打印出了鲜肉，这种利用糖、蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的有和真正的肉类相似的口感和纹理，就连肉里的微细血管都能打印出来。
近日，美国《福布斯》杂志报道称，欧洲飞机制造公司空客计划从飞机零部件开始，在2050年前实现3D打印飞机。届时，飞机重量将减轻65%，成本也会大幅缩减。该公司生产的军用飞机“台风”式战斗机，已经用上了3D打印的空调系统。
美国南加州大学Behrokh Khoshnevis教授预计，截至2050年，使用石灰、水泥为耗材的“3D打印房子”也将实现，20小时内就能打印出一套房子，住5～10年都没有问题。
医疗篇——将医疗机械化
在浙江工业大学机械学院教授，同时也是杭州六维（6D）齿科医疗技术有限公司老板的彭伟看来，3D打印技术简直是为医疗应用量身定做的。“快速成型在工业界可能还是用在产品开发阶段，但在医疗中已经直接进入了临床应用。”
“3D打印产品区最突出的特色是什么？精准、复杂、个性化。最大的局限是什么？成本高。而医疗用品呢？不仅要求精准、制作复杂、用完即扔。而且因为人体的特殊性，往往必须量身定制。比起3D打印，用传统方式定制的医疗用品增加了设计和制造磨具的环节，成本显然更高。”所以3D打印就是医疗应用的福音。
3D打印在医疗上的应用大致分为2个方面，一个是制作辅助工具，比如提高手术精确度的个性化手术导板；一个是人造器官，比如假体和脏器等。
作为机械系的教授，彭伟和他的技术团队参与的是手术过程的设计阶段，包括和医生一起看着CT影像讨论手术方案、制造患者的人体模型供医生进行仿真手术、以及打造最终使用的手术导板。
就拿最常见的种牙举例。所谓6D牙种植技术结合了计算机断层扫描技术（CT）、计算机辅助设计技术（CAD）和快速原型制造技术（RP，即3D打印）。首先，工程师根据CT和石膏模型激光扫描后获得三维重建模型。然后医生综合考虑患者的牙缺失情况、骨骼情况（包括骨质与骨量等）、对颌牙等因素，设计出最佳的种植体空间位置。最后，工程师根据医生的要求设计出手术导板，以确保手术的精确。
所谓六维是指手术打孔涉及的，六个自由度：孔在骨面上的中心点位置由X和Y两个自由度确定、孔的深度由Z坐标确定、孔的中心线是否倾斜则由绕X轴旋转α和绕Y轴旋转β两个自由度确定，孔的大小由直径Φ确定。 在没有这项技术之前，这一切都要依赖于医生的经验和手术时的发挥——X和Y即前后左右的位置容易定位，但深度和倾斜度则难以琢磨了，如果手术时手一抖，不仅种牙失败，还极有可能伤及口腔的其他部位。
但医疗团队里又增加了工程师，手术费用会不会翻倍？彭伟说，“普通种牙费用在6000元到15000元左右，数字化种牙只比传统种牙增加了5%左右的费用。而且它保障了手术的安全和术后的修复。”
同理，将机械设计进入到手术当中几乎可以应用到所有的骨科、脑外科及整形科手术中，彭伟和他的“数字化医学和快速制造技术”研究项目在成立六维齿科之前，就和医院成功合作过髋关节复位手术、巨颅症修复手术等等。至于为什么最终选择以齿科为主，除了这一类手术的精密程度对机械辅助的需求度高以外，“还因为手术多啊，这是市场化必须考虑的事情”。
先别兴奋过度，彭伟非常坦诚地介绍道，这个填补了中国空白的技术并不是他的首创，甚至没那么新鲜。这还有个小故事。“当年，作为省重点学科，我们学院当时得到了一笔不菲的经费置备设备。经过一番讨论和调查之后，我们购入了现在使用的这台高强度的快速成型机器。在当时这是全亚洲的第一台，花了300多万。2006年，为了找到一个合适的学科，最大化地利用这台机器，我到美国俄亥俄州的托莱多大学做访问学者。”
彭伟在美国的学术领域做了一番调查。“当时，我看到一本杂志叫《快速成型RP》，就是介绍RP的应用，其中有相当分量的文章都是关于RP在医疗中的应用。不过那时候还没有牙种植手术导板这一说。”看准了在医疗领域的应用，彭伟搜集了大量的文献资料，回到学校。“刚开始国内还没这个概念，我们去找整形科，希望合作研究，却屡屡碰壁。后来机缘巧合之下我们决定同骨科合作，参与的第一个手术就是髋关节复位。”