電子信息 　　增材制造前沿應用方向示意圖。 　　中國機械工程學會供圖

核能動力 　　增材制造前沿應用方向示意圖。 　　中國機械工程學會供圖

組織器官 　　增材制造前沿應用方向示意圖。 　　中國機械工程學會供圖

太空制造 　　增材制造前沿應用方向示意圖。 　　中國機械工程學會供圖

2026深圳國際3D打印、增材制造及精密成型展覽會上展示的大尺寸3D打印設備。 　　毛雨東攝（影像中國）

　　近期，英國《自然》雜志刊發文章，介紹3D打印在科學實驗領域的創新應用：植物學樣品前處理工具、聲學頭骨模型、化學流動反應器、催化攪拌珠、神經科學動物懸吊系統等科研器具均可快速定制制備。文章將3D打印比作科研人員攀登科學高峰的“登山杖”——它能夠快速把創新構想轉化為實體物件，在時間和成本上明顯優於傳統制造。

　　從實驗室工具走向產業關鍵工藝，從地面制造延伸到太空“原位生產”，從打印零件邁向“打印生命”，3D打印正不斷改寫人們對“制造”的理解。伴隨這項技術向著簡易化、智能化迭代，大量傳統制造工藝難以實現的復雜結構和形態正被制造出來。它既是科技創新的有力工具，也為人類生產和生活方式的深層變革打開新的可能。

　　效率更高、成本更低地制造復雜內部構造，催生更加靈巧、分布式的新型生產方式

　　3D打印的“學名”是增材制造。與傳統“減材制造”——從實體材料中切削去除多余部分——不同，增材制造把金屬、聚合物、陶瓷、玻璃或復合材料等原料，從液體、粉體、線材等離散形式逐層累加，制造出三維實體。其突出的優勢在於，它可以效率更高、成本更低地制造蜂窩結構、點陣結構等復雜內部構造，在保証強度的同時減輕重量，提升零部件的比強度和比剛度。

　　自上世紀80年代誕生以來，增材制造從單一工藝，發展出光固化成型、黏結劑噴射成型、金屬熔覆成型等多條技術路線，形成交叉融合的技術領域。2012年，英國《經濟學人》將其視作“第三次工業革命”標志性技術，提出計算機與3D打印的結合，或將催生更靈巧、分布式的新型生產方式。

　　從玩具、首飾到食品、房屋，再到汽車、飛機、火箭，如今3D打印已從實驗室走向工業生產和日常生活，成果更加豐富。相關數據顯示，2025年全球3D打印市場規模約為242億美元。工業級市場中，航空航天、醫療、汽車、建筑等應用持續拓展﹔消費級市場中，AI建模、智能切片、自動校准等技術顯著降低使用門檻，家庭個性化定制、潮玩文創、教育數字化等場景不斷涌現。

　　同時，增材制造也在不斷革新傳統的生產組織方式。波音公司通過全球3D打印中心就近生產飛機零件，減少運輸成本。德國EOS等企業探索“零件按使用量計費”模式，企業無需購買設備即可調用全球打印網絡。同時，推動創客模式蓬勃發展，創作者可通過雲平台實現“設計即生產”，形成“線上協同設計、線下本地制造”的柔性供應鏈。

　　在航空航天、海洋工程、核工程、電子信息、生物醫學等領域加快應用發展

　　近些年，增材制造在航空航天、海洋工程、核工程、電子信息、生物醫學等前沿領域，展現出廣闊應用前景。

　　在航空航天領域，3D打印已成為無人機、火箭發動機、衛星支架等關鍵部件的重要工藝。中航邁特公司採用自研鈦合金粉末，借鑒鳥類骨骼、昆虫翅膀的結構對零件進行拓扑優化，一體成型高性能機翼支撐構件，重量減輕40%，續航能力提升26%。美國SpaceX猛禽系列發動機依托3D打印技術將數百個零部件精減為少數幾個，制造成本顯著降低。

　　在海洋工程領域，3D打印可用於制造船舶螺旋槳、船體結構等復雜部件，縮短造船周期。北京理工大學重慶創新中心利用電弧3D打印技術制造船舶螺旋槳，將交貨周期從傳統鑄造方式的約3個月縮短至10天。2025年，阿聯酋推出全球首艘全3D打印雙體游艇，使用回收海洋塑料垃圾打印，建造周期僅6天多，造價為傳統游艇的1/3。

　　在核工程領域，3D打印能夠制造出具有復雜內部結構的核反應堆核心部件、燃料元件和熱交換器，增強核反應堆的安全性。美國核能初創公司Ampera已採用3D打印技術制造出全球首個全尺寸核反應堆模塊，包括碳化硅反應器核心和壓力容器，無需中途更換燃料和頻繁維護，有望連續運行30年。

　　在電子信息領域，3D打印正推動智能可穿戴設備向小型化、多功能化發展。今年4月，美國萊斯大學開發出一種微波3D打印新工藝，可在常溫環境下對導電墨水進行局部“按需加熱”固化成型，為柔性電子和生物醫學器件制造提供了新路徑。

　　在生物醫學領域，3D打印正從“替代加工”走向“重塑治療”。體外診療模型和手術導板提升了手術精准度﹔康復輔具延伸了患者身體功能﹔骨植入物、氣管支架、血管支架等已進入臨床試驗階段。西安交通大學研發的個體化3D打印可降解乳房支架，通過微結構仿生制造使支架力學性能更接近乳腺組織，可在人體內引導自體組織生長和愈合，推動乳腺疾病治療向精准化、個體化發展。

　　太空3D打印、細胞3D打印、4D打印等前沿技術不斷拓展“制造”邊界

　　增材制造正不斷拓展“制造”的邊界：它從地面走向太空，從工業部件邁向生命體構建，從靜態結構升級為可隨環境變化的智能形態，呈現出跨空間、跨學科、跨維度的發展態勢。

　　太空3D打印，推動制造從“地造天用”邁向“天造天用”。它不再依賴從地球運送完整部件，而是將原材料送入太空，或利用太空資源直接制造。西安交通大學團隊圍繞月基制造開展研究，已推進適合太空環境的金屬絲直寫工藝、非金屬材料驗証及模擬月壤磚打印。今年以來，我國在亞軌道微重力環境下首次成功制備完整金屬構件，隨后又在600公裡軌道完成太空金屬增材制造演示驗証，初步具備相關關鍵技術的系統驗証能力。國際空間站也開展了太空金屬3D打印實驗，該技術有望服務於在軌制造與維修、空間設施備件制造和深空任務自主保障，為長期太空駐留和深空探索提供支撐。

　　細胞3D打印，致力於再造“人體組織與器官”。它使用包裹活細胞、生物材料和生長因子的“生物墨水”，按人體組織三維模型逐層沉積，並在體外培養或植入體內后繼續生長、融合。其最大挑戰不僅在於精確成型，更在於處理活細胞、生物材料與微環境之間復雜的相互作用，目標不止於“形似”，更關鍵的是“神似”，即讓打印組織在體內發揮相應生理功能。目前，皮膚、角膜、軟骨等簡單組織已進入臨床應用探索階段，血管、心臟瓣膜等結構也在推進中，但全尺寸功能性器官移植仍面臨血管化、細胞存活、免疫相容性等難題，尚需持續攻關。

　　4D打印，則賦予物體“動態功能”。傳統3D打印制造的是靜態結構，而當它與智能材料結合，結構便能在溫度、光照、電磁、濕度等外界刺激下發生形變或功能響應，實現自適應、可變化的智能特性。這種具備時間維度的制造方式，正逐步發展為4D打印技術。其技術核心是，讓打印結構在外界激勵下自主改變形狀、性能與功能，滿足“變形—變性—變功能”的應用需求。4D打印在生命醫學等領域的應用正快速發展。比如，可展開血管支架可在植入后按預設形態展開，降低了手術復雜度﹔自適應藥物釋放系統可根據體內環境精准控制釋藥節奏，優化患者治療過程。

　　未來，4D打印還有望在組織工程支架、自適應機翼、磁控軟體機器人等方向逐步落地。在此基礎上，還可進一步展望5D打印：打印后的結構在生化環境中逐步轉化為生物組織，甚至“生長”為生物器官。目前，再生骨血管化等研究正在推進，有望為人工器官制造開辟新路徑。

　　當前，3D打印正成為影響產業競爭力、供應鏈韌性和科技創新能力的重要力量。美國推出“增材制造推進”計劃，德國將增材制造納入“工業4.0”關鍵支柱。我國把增材制造作為智能制造和制造強國建設的重要方向，已建立國家增材制造創新中心，為航空航天、高端裝備及新質生產力提供關鍵共性技術，目前正圍繞空天海重大裝備輕量化開展攻關研究。

　　與數千年歷史的鑄鍛焊等成型制造技術、數百年歷史的車銑刨磨等減材制造技術相比，3D打印隻有40余年歷史，是一項年輕的制造技術。其未來的一大重要發展方向是多材料功能結構一體化制造，這需要進一步研究材料、工藝和裝備對制件精度與性能的作用規律。隨著人工智能、新材料、生物制造和太空制造等技術不斷拓展，3D打印將進一步融入生產與生活，持續推動先進制造業向智能化、綠色化、個性化方向發展。

　　（作者分別為中國工程院院士、西安交通大學教授、國家增材制造創新中心主任，西安交通大學精密微納制造技術全國重點實驗室教授、中國機械工程學會增材制造分會副主任委員）

　　《 人民日報 》（ 2026年10月30日 14 版）