3D激光打印机将来是否会让每家每户的生活都变得更美好，目前还尚未可知。但是有一点可以肯定，通过3D打印机生成的产品有助于保持健康，甚至拯救生命。

社会大众大都对3D打印机怀揣着梦想：小到咖啡杯，大到小汽车，这台无所不能的装置只要通过打印机粉末和激光就能把任何生活用品都变出来。然而，几乎没有人能意识到，工业界一直怀揣着这个梦想并且开始取得实际成果。工业界遵循的目标与普罗大众完全不同。而是可取代工艺升级、材料和系统，能够以高度精准的方式执行具体的任务，这些任务能够在工业级别上编程重现。

近年来，激光增材制造技术领域默默无闻地取得了进步，基于快速成型技术的增材制造已经渗透到诸多领域，这归功于它不受几何形状的限制。如今，该技术已经在小规模生产和工具制造中广泛应用，快速制造和快速成型是它的核心理念。尤其是航空航天业以及汽车制造业，基于创新的工艺设计理念，专家们正在努力开发出符合工业化的工艺应用。而另一方面，医疗技术业也在努力探寻这种技术的更多应用方法。

医疗技术的目的之一，让人体中使用的植入体和生物环境相适应。如今，计算机X线断层摄影技术已经可以在复杂手术前就提供关于病人的高分辨率3D图像数据。根据病人的骨骼、器官和四肢精确图像，可以制作出适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公司制造的髋关节假肢。其表面的多孔型结构可以提高其与人体组织配合性。这种植入体是用电子束辐射设备生产的。此外，在科学文献中不断报道了在口腔、颌、面部手术中应用了激光增材制造技术制作的植入体。然而，牙科植入体已经在使用这种技术进行大批量生产。

但是要进一步扩大激光增材制造技术在医学移植方面的应用范围，还需要必要的和昂贵的软件基础设施、通过生产工艺认证以及根据93/42/EEC欧盟指令获得的临床许可。目前，工业界以及学术界都在全力以赴，填补生产技术、软件和临床许可的空白。医疗技术不仅仅把接近得到实际应用的研发成果向前推进，它们的需求还推动了很大一部分基础研究的发展。这方面的研究课题主要是如何对很难焊接的、可生物降解的或者功能性材料进行加工处理。例如，著名的汉诺威激光中心（LZH）的表面技术研究小组正在研究镁粉的激光增材加工工艺。这项研究是由德国研究协会、汉诺威医学院口腔及颌面部外科学系以及汉诺威兽医学院联合展开的研究项目的一部分。该项目的目的是，能为重建损伤的颅面骨生产出可控生物降解的混合式植入体。在重建受损部位时，这样的一个植入体可以首先取代受伤的部分骨骼，支撑起上面的重建部分。愈合以后，植入体会逐渐分解，让位于再生长的骨细胞。这也意味着，随着骨骼的愈合，所出现的作用力会逐渐转移到新长出的骨骼上。这项研究的目的是，用激光增材制造 术生产出可生物降解的镁合金支架。然后给这个支架涂上聚合涂层，在必要的情况下，也可以使用钛合金用以加固。为了加速并改善植入体与周围组织的融合，在实验室时就已经开始在植入体上培植骨细胞了。用激光增材技术制造镁合金三维部件的最大挑战，就是这种材料的熔点和汽化点之间温度差异极小。在正常环境条件下，用选择性激光熔化技术(SLM)只能将镁粉加工成一个简单的轨迹熔融体，此外镁粉有显著的聚集倾向。该项目所确定的方法，是在增压条件下使熔化和汽化点之间的温差变大。利用SLM公司的解决方案，改造了一台商用的激光熔化设备，并配备了一个针对2 bar增压设计的加工腔室。目前，首个三维的试验结构已经制造成功，这标志着向目标迈进了一 大步。

表面技术研究小组也重点研究以激光为基础的增材微加工，激光熔覆焊接和选择性激光微熔化。这样就能制作医学微型植入体，或者是对表面进行功能性微结构处理。由医用钢材制作的药物传输系统，其作用是将药物直接导入到目标组织，就是关注的领域之一，例如用在微行器的镍钛记忆合金的加工。具体应用决定了选择何种激光加工工艺：要么使用分为两步、基于粉末床的激光微熔化技术，要么使用一步到位的激光微熔覆焊接技术，这两种方法制造出的物品均不会有孔眼和缺陷，其微结构尺寸在30-40微米之间。与选择性激光熔化相反，激光微金属沉积不需要粉末床，因为这种工艺使粉状辅助材料直接进入加工区。对于自由曲面或是大型组件的表面结构，激光微金属沉积是更好的选择。激光微熔化尤其适合制作多个零部件或者是带有底切的复杂三维结构。如果人们观察最新的出版物和事件就会发现，激光增材制造已经慢慢处于大规模工业应用中。无论是作为传统工艺的替代选择，或者是应用于激光增材技术所开辟的新的应用领域。尽管各种不同激光加工工艺无论是成熟度还是应用广度相互之间差异极大， 但是激光微金属沉积和激光微熔化技术目前还处于大规模应用的初始阶段。随着发展，用户和研究学者之间互动越来越多，从而更多地展现出工业界的实际要求，并确定新的科研方向。预计在未来几年，激光增材制造技术会取得显著的进步

作者：克里斯汀.诺尔克是汉诺威激光中心表面技术组的负责人。他在多个技术委员会任职，其中包括德国焊接学会(DVS) FA13“ 生成工艺”技术委员会，同时他也在德国标准化学会(DIN)参与起草DIN ISO / TC261标准。