电子信息 　　增材制造前沿应用方向示意图。 　　中国机械工程学会供图

核能动力 　　增材制造前沿应用方向示意图。 　　中国机械工程学会供图

组织器官 　　增材制造前沿应用方向示意图。 　　中国机械工程学会供图

太空制造 　　增材制造前沿应用方向示意图。 　　中国机械工程学会供图

2026深圳国际3D打印、增材制造及精密成型展览会上展示的大尺寸3D打印设备。 　　毛雨东摄（影像中国）

　　近期，英国《自然》杂志刊发文章，介绍3D打印在科学实验领域的创新应用：植物学样品前处理工具、声学头骨模型、化学流动反应器、催化搅拌珠、神经科学动物悬吊系统等科研器具均可快速定制制备。文章将3D打印比作科研人员攀登科学高峰的“登山杖”——它能够快速把创新构想转化为实体物件，在时间和成本上明显优于传统制造。

　　从实验室工具走向产业关键工艺，从地面制造延伸到太空“原位生产”，从打印零件迈向“打印生命”，3D打印正不断改写人们对“制造”的理解。伴随这项技术向着简易化、智能化迭代，大量传统制造工艺难以实现的复杂结构和形态正被制造出来。它既是科技创新的有力工具，也为人类生产和生活方式的深层变革打开新的可能。

　　效率更高、成本更低地制造复杂内部构造，催生更加灵巧、分布式的新型生产方式

　　3D打印的“学名”是增材制造。与传统“减材制造”——从实体材料中切削去除多余部分——不同，增材制造把金属、聚合物、陶瓷、玻璃或复合材料等原料，从液体、粉体、线材等离散形式逐层累加，制造出三维实体。其突出的优势在于，它可以效率更高、成本更低地制造蜂窝结构、点阵结构等复杂内部构造，在保证强度的同时减轻重量，提升零部件的比强度和比刚度。

　　自上世纪80年代诞生以来，增材制造从单一工艺，发展出光固化成型、黏结剂喷射成型、金属熔覆成型等多条技术路线，形成交叉融合的技术领域。2012年，英国《经济学人》将其视作“第三次工业革命”标志性技术，提出计算机与3D打印的结合，或将催生更灵巧、分布式的新型生产方式。

　　从玩具、首饰到食品、房屋，再到汽车、飞机、火箭，如今3D打印已从实验室走向工业生产和日常生活，成果更加丰富。相关数据显示，2025年全球3D打印市场规模约为242亿美元。工业级市场中，航空航天、医疗、汽车、建筑等应用持续拓展；消费级市场中，AI建模、智能切片、自动校准等技术显著降低使用门槛，家庭个性化定制、潮玩文创、教育数字化等场景不断涌现。

　　同时，增材制造也在不断革新传统的生产组织方式。波音公司通过全球3D打印中心就近生产飞机零件，减少运输成本。德国EOS等企业探索“零件按使用量计费”模式，企业无需购买设备即可调用全球打印网络。同时，推动创客模式蓬勃发展，创作者可通过云平台实现“设计即生产”，形成“线上协同设计、线下本地制造”的柔性供应链。

　　在航空航天、海洋工程、核工程、电子信息、生物医学等领域加快应用发展

　　近些年，增材制造在航空航天、海洋工程、核工程、电子信息、生物医学等前沿领域，展现出广阔应用前景。

　　在航空航天领域，3D打印已成为无人机、火箭发动机、卫星支架等关键部件的重要工艺。中航迈特公司采用自研钛合金粉末，借鉴鸟类骨骼、昆虫翅膀的结构对零件进行拓扑优化，一体成型高性能机翼支撑构件，重量减轻40%，续航能力提升26%。美国SpaceX猛禽系列发动机依托3D打印技术将数百个零部件精减为少数几个，制造成本显著降低。

　　在海洋工程领域，3D打印可用于制造船舶螺旋桨、船体结构等复杂部件，缩短造船周期。北京理工大学重庆创新中心利用电弧3D打印技术制造船舶螺旋桨，将交货周期从传统铸造方式的约3个月缩短至10天。2025年，阿联酋推出全球首艘全3D打印双体游艇，使用回收海洋塑料垃圾打印，建造周期仅6天多，造价为传统游艇的1/3。

　　在核工程领域，3D打印能够制造出具有复杂内部结构的核反应堆核心部件、燃料元件和热交换器，增强核反应堆的安全性。美国核能初创公司Ampera已采用3D打印技术制造出全球首个全尺寸核反应堆模块，包括碳化硅反应器核心和压力容器，无需中途更换燃料和频繁维护，有望连续运行30年。

　　在电子信息领域，3D打印正推动智能可穿戴设备向小型化、多功能化发展。今年4月，美国莱斯大学开发出一种微波3D打印新工艺，可在常温环境下对导电墨水进行局部“按需加热”固化成型，为柔性电子和生物医学器件制造提供了新路径。

　　在生物医学领域，3D打印正从“替代加工”走向“重塑治疗”。体外诊疗模型和手术导板提升了手术精准度；康复辅具延伸了患者身体功能；骨植入物、气管支架、血管支架等已进入临床试验阶段。西安交通大学研发的个体化3D打印可降解乳房支架，通过微结构仿生制造使支架力学性能更接近乳腺组织，可在人体内引导自体组织生长和愈合，推动乳腺疾病治疗向精准化、个体化发展。

　　太空3D打印、细胞3D打印、4D打印等前沿技术不断拓展“制造”边界

　　增材制造正不断拓展“制造”的边界：它从地面走向太空，从工业部件迈向生命体构建，从静态结构升级为可随环境变化的智能形态，呈现出跨空间、跨学科、跨维度的发展态势。

　　太空3D打印，推动制造从“地造天用”迈向“天造天用”。它不再依赖从地球运送完整部件，而是将原材料送入太空，或利用太空资源直接制造。西安交通大学团队围绕月基制造开展研究，已推进适合太空环境的金属丝直写工艺、非金属材料验证及模拟月壤砖打印。今年以来，我国在亚轨道微重力环境下首次成功制备完整金属构件，随后又在600公里轨道完成太空金属增材制造演示验证，初步具备相关关键技术的系统验证能力。国际空间站也开展了太空金属3D打印实验，该技术有望服务于在轨制造与维修、空间设施备件制造和深空任务自主保障，为长期太空驻留和深空探索提供支撑。

　　细胞3D打印，致力于再造“人体组织与器官”。它使用包裹活细胞、生物材料和生长因子的“生物墨水”，按人体组织三维模型逐层沉积，并在体外培养或植入体内后继续生长、融合。其最大挑战不仅在于精确成型，更在于处理活细胞、生物材料与微环境之间复杂的相互作用，目标不止于“形似”，更关键的是“神似”，即让打印组织在体内发挥相应生理功能。目前，皮肤、角膜、软骨等简单组织已进入临床应用探索阶段，血管、心脏瓣膜等结构也在推进中，但全尺寸功能性器官移植仍面临血管化、细胞存活、免疫相容性等难题，尚需持续攻关。

　　4D打印，则赋予物体“动态功能”。传统3D打印制造的是静态结构，而当它与智能材料结合，结构便能在温度、光照、电磁、湿度等外界刺激下发生形变或功能响应，实现自适应、可变化的智能特性。这种具备时间维度的制造方式，正逐步发展为4D打印技术。其技术核心是，让打印结构在外界激励下自主改变形状、性能与功能，满足“变形—变性—变功能”的应用需求。4D打印在生命医学等领域的应用正快速发展。比如，可展开血管支架可在植入后按预设形态展开，降低了手术复杂度；自适应药物释放系统可根据体内环境精准控制释药节奏，优化患者治疗过程。

　　未来，4D打印还有望在组织工程支架、自适应机翼、磁控软体机器人等方向逐步落地。在此基础上，还可进一步展望5D打印：打印后的结构在生化环境中逐步转化为生物组织，甚至“生长”为生物器官。目前，再生骨血管化等研究正在推进，有望为人工器官制造开辟新路径。

　　当前，3D打印正成为影响产业竞争力、供应链韧性和科技创新能力的重要力量。美国推出“增材制造推进”计划，德国将增材制造纳入“工业4.0”关键支柱。我国把增材制造作为智能制造和制造强国建设的重要方向，已建立国家增材制造创新中心，为航空航天、高端装备及新质生产力提供关键共性技术，目前正围绕空天海重大装备轻量化开展攻关研究。

　　与数千年历史的铸锻焊等成型制造技术、数百年历史的车铣刨磨等减材制造技术相比，3D打印只有40余年历史，是一项年轻的制造技术。其未来的一大重要发展方向是多材料功能结构一体化制造，这需要进一步研究材料、工艺和装备对制件精度与性能的作用规律。随着人工智能、新材料、生物制造和太空制造等技术不断拓展，3D打印将进一步融入生产与生活，持续推动先进制造业向智能化、绿色化、个性化方向发展。

　　（作者分别为中国工程院院士、西安交通大学教授、国家增材制造创新中心主任，西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室教授、中国机械工程学会增材制造分会副主任委员）

　　《 人民日报 》（ 2026年10月30日 14 版）