3D 激光打印機(jī)將來是否會讓每家每戶的生活都變得更美好，目前還尚未可知。但是有一點(diǎn)可以肯定，通過3D 打印機(jī)生成的產(chǎn)品有助于保持健康，甚至拯救生命。

社會大眾大都對3D 打印機(jī)懷揣著夢想：小到咖啡杯，大到小汽車，這臺無所不能的裝置只要通過打印機(jī)粉末和激光就能把任何生活用品都變出來。然而，幾乎沒有人能意識到，工業(yè)界一直懷揣著這個(gè)夢想并且開始取得實(shí)際成果。工業(yè)界遵循的目標(biāo)與普羅大眾完全不同。而是可取代工藝升級、材料和系統(tǒng)，能夠以高度精準(zhǔn)的方式執(zhí)行具體的任務(wù)，這些任務(wù)能夠在工業(yè)級別上編程重現(xiàn)。

近年來，激光增材制造技術(shù)領(lǐng)域默默無聞地取得了進(jìn)步，基于快速成型技術(shù)的增材制造已經(jīng)滲透到諸多領(lǐng)域，這歸功于它不受幾何形狀的限制。如今，該技術(shù)已經(jīng)在小規(guī)模生產(chǎn)和工具制造中廣泛應(yīng)用，快速制造和快速成型是它的核心理念。尤其是航空航天業(yè)以及汽車制造業(yè)，基于創(chuàng)新的工藝設(shè)計(jì)理念，專家們正在努力開發(fā)出符合工業(yè)化的工藝應(yīng)用。而另一方面，醫(yī)療技術(shù)業(yè)也在努力探尋這種技術(shù)的更多應(yīng)用方法。

醫(yī)療技術(shù)的目的之一，讓人體中使用的植入體和生物環(huán)境相適應(yīng)。如今，計(jì)算機(jī)X 線斷層攝影技術(shù)已經(jīng)可以在復(fù)雜手術(shù)前就提供關(guān)于病人的高分辨率3D 圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)病人的骨骼、器官和四肢精確圖像，可以制作出適合患者的植入物和假肢。第一批用激光增材制造方法制作的植入物之一的是由Lima 公司制造的髖關(guān)節(jié)假肢。其表面的多孔型結(jié)構(gòu)可以提高其與人體組織配合性。這種植入體是用電子束輻射設(shè)備生產(chǎn)的。此外，在科學(xué)文獻(xiàn)中不斷報(bào)道了在口腔、頜、面部手術(shù)中應(yīng)用了激光增材制造技術(shù)制作的植入體。然而，牙科植入體已經(jīng)在使用這種技術(shù)進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

但是要進(jìn)一步擴(kuò)大激光增材制造技術(shù)在醫(yī)學(xué)移植方面的應(yīng)用范圍，還需要必要的和昂貴的軟件基礎(chǔ)設(shè)施、通過生產(chǎn)工藝認(rèn)證以及根據(jù)93/42/EEC 歐盟指令獲得的臨床許可。目前，工業(yè)界以及學(xué)術(shù)界都在全力以赴，填補(bǔ)生產(chǎn)技術(shù)、軟件和臨床許可的空白。醫(yī)療技術(shù)不僅僅把接近得到實(shí)際應(yīng)用的研發(fā)成果向前推進(jìn)，它們的需求還推動了很大一部分基礎(chǔ)研究的發(fā)展。這方面的研究課題主要是如何對很難焊接的、可生物降解的或者功能性材料進(jìn)行加工處理。例如，著名的漢諾威激光中心（LZH）的表面技術(shù)研究小組正在研究鎂粉的激光增材加工工藝。這項(xiàng)研究是由德國研究協(xié)會、漢諾威醫(yī)學(xué)院口腔及頜面部外科學(xué)系以及漢諾威獸醫(yī)學(xué)院聯(lián)合展開的研究項(xiàng)目的一部分。該項(xiàng)目的目的是，能為重建損傷的顱面骨生產(chǎn)出可控生物降解的混合式植入體。在重建受損部位時(shí)，這樣的一個(gè)植入體可以首先取代受傷的部分骨骼，支撐起上面的重建部分。愈合以后，植入體會逐漸分解，讓位于再生長的骨細(xì)胞。這也意味著，隨著骨骼的愈合，所出現(xiàn)的作用力會逐漸轉(zhuǎn)移到新長出的骨骼上。這項(xiàng)研究的目的是，用激光增材制造術(shù)生產(chǎn)出可生物降解的鎂合金支架。然后給這個(gè)支架涂上聚合涂層，在必要的情況下，也可以使用鈦合金用以加固。為了加速并改善植入體與周圍組織的融合，在實(shí)驗(yàn)室時(shí)就已經(jīng)開始在植入體上培植骨細(xì)胞了。用激光增材技術(shù)制造鎂合金三維部件的最大挑戰(zhàn)，就是這種材料的熔點(diǎn)和汽化點(diǎn)之間溫度差異極小。在正常環(huán)境條件下，用選擇性激光熔化技術(shù)(SLM) 只能將鎂粉加工成一個(gè)簡單的軌跡熔融體，此外鎂粉有顯著的聚集傾向。該項(xiàng)目所確定的方法，是在增壓條件下使熔化和汽化點(diǎn)之間的溫差變大。利用SLM 公司的解決方案，改造了一臺商用的激光熔化設(shè)備，并配備了一個(gè)針對2 bar 增壓設(shè)計(jì)的加工腔室。目前，首個(gè)三維的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)已經(jīng)制造成功，這標(biāo)志著向目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。

表面技術(shù)研究小組也重點(diǎn)研究以激光為基礎(chǔ)的增材微加工，激光熔覆焊接和選擇性激光微熔化。這樣就能制作醫(yī)學(xué)微型植入體，或者是對表面進(jìn)行功能性微結(jié)構(gòu)處理。由醫(yī)用鋼材制作的藥物傳輸系統(tǒng)，其作用是將藥物直接導(dǎo)入到目標(biāo)組織，就是關(guān)注的領(lǐng)域之一，例如用在微行器的鎳鈦記憶合金的加工。具體應(yīng)用決定了選擇何種激光加工工藝：要么使用分為兩步、基于粉末床的激光微熔化技術(shù)，要么使用一步到位的激光微熔覆焊接技術(shù)，這兩種方法制造出的物品均不會有孔眼和缺陷，其微結(jié)構(gòu)尺寸在 30-40 微米之間。與選擇性激光熔化相反，激光微金屬沉積不需要粉末床，因?yàn)檫@種工藝使粉狀輔助材料直接進(jìn)入加工區(qū)。對于自由曲面或是大型組件的表面結(jié)構(gòu)，激光微金屬沉積是更好的選擇。激光微熔化尤其適合制作多個(gè)零部件或者是帶有底切的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。如果人們觀察最新的出版物和事件就會發(fā)現(xiàn)，激光增材制造已經(jīng)慢慢處于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中。無論是作為傳統(tǒng)工藝的替代選擇，或者是應(yīng)用于激光增材技術(shù)所開辟的新的應(yīng)用領(lǐng)域。盡管各種不同激光加工工藝無論是成熟度還是應(yīng)用廣度相互之間差異極大， 但是激光微金屬沉積和激光微熔化技術(shù)目前還處于大規(guī)模應(yīng)用的初始階段。隨著發(fā)展，用戶和研究學(xué)者之間互動越來越多，從而更多地展現(xiàn)出工業(yè)界的實(shí)際要求，并確定新的科研方向。預(yù)計(jì)在未來幾年，激光增材制造技術(shù)會取得顯著的進(jìn)步

作者：克里斯汀. 諾爾克是漢諾威激光中心表面技術(shù)組的負(fù)責(zé)人。他在多個(gè)技術(shù)委員會任職，其中包括德國焊接學(xué)會(DVS) FA13“ 生成工藝”技術(shù)委員會，同時(shí)他也在德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會 (DIN) 參與起草 DIN ISO / TC261 標(biāo)準(zhǔn)。