2015年11月13日星期五

3D打印技術助力生物醫學快速發展(一)



3D打印,即快速成型技術的一種,逆向工程它是一種RP以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。近年來,3D打印技術在生物醫學領域的應用越來越廣泛,本文中盤點了3D打印技術在生物技術發展、臨床應用及市場開發上的研究現狀。

3D打印完整的人體器官是科學家一直以來的目標。近日,德國科學家朝這一目標前進了一大步,他們研制出了可3D打印人體組織的“墨水”。德國弗勞恩霍夫界面工程和生物技術研究所日前發表公報稱,他們對明膠進行化學處理後,使其成為適用於打印人體組織的“墨水”。明膠是從膠原質中提取的一種水溶性蛋白質,它是構成人體組織的主要成分。由明膠制成的生物“墨水”在打印過程中可以保持液態,而非膠狀。在紫外線照射後,這種生物“墨水”的分子會交叉融合,形成一種水凝膠。這種水凝膠聚合體含有大量的水分,與真正的人體組織一樣。當溫度升高至37攝氏度時,它可以在水相環境中保持穩定。

布萊漢姆女子的科學家開發出一種新型顯微機器人技術,該技術能夠組裝符合材料,是3D打印和組3D列印織工程的基礎。相關報道發表在近期的Nature Communications雜志上。組織工程和3D打印無疑在未來醫學中具有舉足輕重的作用。由於缺少足夠的器官供體,許多病人都不能恢復健康。用病人自身的細胞進行組織培養產生新器官不僅能夠緩解器打樣官供體的問題,還能解決排斥反應問題。該新技術采用顯微控制技術,能夠在單細胞水平精確控制分隔細胞的水凝膠結構。該顯微機器人由磁場控制,精確度高。這對組織工程有重要意義,因為人類組織結構非常復雜,組織不同層面,不同位置的細胞類型都有可能是有差異的。Tasoglu博士稱,該新技術較以往技術的優勢在於,能夠精確控制,達到組織工程需要的精度。 

對3D打印最重要的期望之一是,我們終有一天能夠打印所需的器官。要一個新肝髒嗎?這就來,按下按鈕就可以了。我們期望的未來並不遙遠,來自澳大利亞臥龍崗大學(樣品UniversityofWollongong)的科學家已經研制出了生物筆(BioPen),它可以讓外科醫生在人體上3D打印出幾乎全新的骨骼。生物筆使用所謂的“干細胞墨水”,一種可以形成新骨骼的人類細胞。所需的另一種物質是一種聚合物,它可以隔離受到手術的區域,以便干細胞不受打擾的工作。你可以想像這是多麼的行之有效:如果有人在事故中失去了部分骨頭,這種像筆一樣的工具可以直接對受傷區域進行修補。




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數控機械展 新增3D列印區


3D列印正夯,預定明年5月上旬登場的2014年台北國樣品際數控機械暨制造技術展」順應潮流新增3D列印產品專區,預計吸引超過1。RP5萬名國外買主及國內業者到訪。

由中華民國對外貿易發展協會及台灣區機械工業同業公會共同舉辦3D列印的「2014年台北國際數控機械暨制造技術展(MTduo 2014)」將於2014年5月8日至11日在南港展覽館展出。

同時,台北國際木工機械暨材料展及台灣家具制造技術展也同期展出,在買主加乘效應下,參展廠商可開拓全新市場及客源。

外貿協會表示,MTduo 2014展覽預計征集300家廠商,使用1000個攤打樣位,除展示最新型自動化工具機及智慧型機器人產品外,也彙集最夯的3D列印產品國內外大廠,展出最新機種與未來應用趨勢。

外貿協會指出,新增的3D列印產品專區,除力邀國內知名業者馬路科技、實威國際參展,展出代理的美國知名大廠3D-system產品及提供3D逆向工程列印解決方案外,也展出台灣最新3D列印研發產品,包括從專業級到個人級的產品。

此外,為提高參展效益,外貿協會除邀請重量級國際買主來台觀展外,並安排一對一采購洽談會、舉辦新產品發表會與創新技術應用研討會,讓業者一窺產業未來發展趨勢與市場潮流。


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中國3D列印市場處於產業化起步階段


隨著3D印表機日前在商城、亞馬遜等電子商務平台上架銷打樣售,3D列印引發業內外各界討論。亞洲制造業協會首席執行官、世界3D列印技術產業聯盟秘書長羅軍指出,2012年是中國的3D列印科普年,隨著3D列印概念的普及,3D印表機會引起更廣泛的關注和推廣。

3D列印上世紀80年代誕生於美國,學名是“增材制造”,是將設計好的物體轉化為三維設計圖,采用分層加工、疊加成型的方式逐層增加材料來RP列印真實物體。其工作原理與傳統列印原理類似,只不過3D印表機不用紙與墨,而是用塑膠、金屬、陶瓷、沙子等材料做成粉狀後充當“墨水”進行列印。

“市面上(包括網路上)銷售的只是桌面級3D印表機,這是3D列印技術裡面最簡單、科技含量最低,而且是3D列印未來最有可能在大眾中得到普及的3D印表機。”羅軍表示,桌面級3D印表機主要是滿足設計、創意類行業的需求,目前,價位大都在1萬元人民幣左右,多以國產為主。

據了解,中國市場上的3D印表機主要分為三大類,分別是桌面級、工業級和生物醫學級。“中國3D列印技術起步於90年代初期。目前,還處於產業化的起步階段,基本與國際同步。”羅軍說,中國3D印表機總體上與國際的差距並不大,但是由於工業化起步較晚、工業基礎比較薄弱,中國在工業級3D印表機的穩定性、精密度、材料等領域與國外還有一些差距。“但是,中國在大型金屬結構件直接制造方面也有自己的優勢,中國率先突破了在大型復雜金屬結構件制造方面的障礙,走在世界的前列樣品。”

去年10月,中國3D列印產業聯盟成立,標志著3D列印產業的資源整合已經步入新階段,不再是以往“小而散”的狀況。

羅軍預測,中國的3D列印市場將在三年內從逆向工程目前的約10億元人民幣增長到100億元。
全球3D列印產業的權威研究機構美國沃勒斯發布的全球3D列印產業報告顯示,2012年全球3D列印設備和服務整體市場為22億美元,其中,美國約佔60%,德國、日本、中國等各約佔10%。




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數字打樣


不同於上述兩種方法,既不需要中介的分3D列印色網點膠片,也不需要印版。將數字印前系統(計算機)中生成的數字彩色圖像(又稱數字頁面或數字膠片)直接轉換成彩色樣張,即從計算機直接出樣張。數字打樣分為軟打樣和硬打樣。

軟打樣是將數字頁面直接在彩色顯示器(如計算機顯示屏)上進行顯示,它能夠做到與計算機處理實時顯示,具有速度快、成本低的優點,但因為是加色法顯色原理,而且材質和觀察條件也與實RP際印刷品相差較遠,如今出現利用液晶顯示屏的軟打樣,已有改進。硬打樣如同計算機彩打樣色噴繪樣品一樣,直接將數字頁面轉換成彩色硬拷貝(采用噴墨打印、染料升華、熱蠟轉移、彩色靜逆向工程電照相等成像技術)。由於計算機圖像處理和模擬、控制技術的進步,盡管紙張和呈色劑都與實際印刷不完全一樣,但數字硬打樣已經可以做到與實際印刷品效果非常接近,高質量的產品(如染料熱升華)可達到95%以上的完全一致。

數字打樣是20世紀90年代初期才興起的打樣方法,但其快速、高效和直接數字轉換的特點與印刷技術數字化和網絡化的發展完全吻合,21世紀初已成為主要的打樣方法之一。




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打樣


在印刷生產過程中,用照相方法或電子分色機RP所制得並作了適當修整的底片,在印刷前印成校樣或用其他方法顯示制版效果的工藝。目的是確認印刷生產過程中的設置、處理和操作是否正確,為客戶提供最終印刷品的樣品,並不要求在視覺效果和質量上與最終印刷品完全一樣。打樣大體可以分為三種方法,即打樣機打樣、(色粉)簡易打樣、數字打樣。

最傳統的也是最可靠的一種打樣方法。它使用與正式印刷機相似的設備、印版、紙張和油墨,但打樣機一般都是單色或雙色機(一次運行只能得到一種或兩種顏色),自動3D列印化程度不高,需要很高的操作技能和經驗,而且必須事先制作印版,因此打樣機打樣效率低、需要恆溫恆濕環境打樣控制、成本較高。這種打樣方法在中國、日本等國家應用廣泛。

一種利用光化學反應獲得影像和彩色的打樣技術,主要有疊層膠片打樣和色粉打樣兩種。這兩種方法的共同特點是將分色網點膠片(如黃版)與附著在膠片或紙張底基上的感光高分子塗層疊合(采用抽真空的方法),通過分色加網膠片一側用紫外光源進行曝光,使曝光部分成為不可溶或失去黏著性,然後經過溶液顯影或色粉顯影,即可得到彩色影像。所不同的是,前者使用分別攜帶有黃、品紅、青、黑顏料的感光高分子塗層的四張膠片,將曝光、溶液顯影處理後的膠片疊合在一起即可得到一張透射型彩色樣張;後者使用一張與實際印刷品相同的紙張,將無色黏性高分子塗層(類似於不干膠)附著在上面(采用專用的覆膜機),經過曝光、色粉顯影處理,重復四次,即可得到一樣品張反射型彩色樣張。色粉打樣起始逆向工程於20世紀70年代中期,在歐、美等國家應用廣泛,但由於成像過程與實際印刷過程相差甚遠,很難做到樣張與印刷品完全一致。


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2015年11月11日星期三

專家說3D列印正向多領域滲透


看過3D電影,玩過3D游戲,逆向工程是否嘗試過3D列印?以色列3D列印高管28日說,3D列印這項過去10年間發展起來的新興技術,正向多領域滲透,必將對包括設計業在內的多個行業產生重大影響。

所謂3D列印,其工作原理與傳統列印原理類似,主要區別在於3D印表機使用的“墨水”是實實在在的原材料。3D印表機不用紙或墨,而是通過電腦輔助設計、 遠端資料傳輸、鐳射掃描、材料熔融等一系列技術,使特定金屬粉或者可塑性高的材料熔化,並按電子模型圖的指示一層層疊加“鑄造”起來,最終把電子模型圖變 成實物。據業內人士估算,去年3D列印產品和服務的銷售額是17億美元,其中零部件制造業占了很大比重。

以色RP列Objet亞太區經理吉拉德•伊龍28日在德國法蘭克福3D列印技術展會上對新華社說,眼下3D列印的主要目標群體仍是專業領域人員,但專業群體和業余群體的差距正不斷縮小。伊龍認為,伴隨著科技進步,3D列印將逐步從專業領域走入民眾日常生活。Objet 是高解析度、超薄3D列印系統和材料的全球供應商。該首席執行官大衛•賴斯介紹說,3D列印現在已開始應用於藝術、醫療等多個領域,幫助藝術家創 作,協3D列印助醫生解決醫療難題。比如,日本、荷蘭研究人員已成功借助3D列印技術設計培育出人體組織,以減輕患者痛苦。預計,未來的傢俱生產商將不再需要設計千篇一律、缺乏新意的產品,而是由顧客提供自行設計的產品圖。購物網站可能只需提供產品設計圖,由顧客在家自行列印成品,從而大幅減少運費……

雖然3D列印現階段會對設計業產生重大影響,但賴斯同時表示,借助這項技術實現制造業的徹底改變仍需很長時間。打樣據他判斷,在今後很長樣品一段時間內,3D列印與傳統制造工藝將不可分割地共存。




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明膠“墨水”可3D列印人體組織


3D列印完整的人體器官是科學家一直以來的目標。近日,德國樣品科學家朝這一目標前進了一大步,他們研製出了可3D列印人體組織的“墨水”。

德國弗勞恩霍夫介面工程和RP生物技術研究所日前發表公報稱,他們對明膠進行化學處理後,使其成為適用於列印人體組織的“墨水”。明膠是從膠原質中提3D列印取的一種水溶性蛋白質,它是構成人體組織的主要成分。

由明膠製成的生物“墨水”在列印過程中可以保持液態,而非膠狀。在紫外線照射後,這種生物“墨水”的分子會交叉融合,形成一種水凝膠。這種水凝膠聚合體含有大量的水分,與真正的人體組織一樣。當溫度升高至37攝氏度時,它可以在水相環境中保持穩定。

通過控制生物“墨水”的化學處理過程,還可使凝膠具有不同的強度和膨脹性,使其像較堅硬的軟骨組織或柔軟的脂肪組織。

目前,醫學介面臨的最大挑戰是生成帶有血管網的打樣組織。一旦擁有自身的血管體系,3D列印的組織就可以自給自足地獲得營養。研究人員表示,希望不逆向工程久在此方面獲得突破。




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中國3D列印方興未艾



風靡全球的3D列印技術在中國正掀起一股發展熱潮,傳統產業從業者和新興創業者紛紛將未來經濟增長的目光轉向這個被視為推動“第三次工業革命”的新技術,但熱鬧的背後,不少人認為,現階段3D列印的發展取決於其市場能否被有效打開。2014世界3D列印技術產業大會暨博覽會19日在山東青島開幕,來自10多個國家和地區的3D列印企業代表和1000多名專家參加,國內外110多家3D列印企業展示最新3D列印設備、工藝和作品。

盡管起步晚於國外,中國3D列印企業所展現的熱情毫不遜色。展會RP的組織方之一中國3D列印技術產業聯盟秘書長羅軍介紹說,從去年首屆列印大會上聯盟成立起,由國內十幾家企業組成的產業聯盟一年內增加到了五六十家企業,標志著中國3D列印資源整合步入新階段,告別以往“小而散”的局面。展會上首發的《中國3D列印的未來》一書從技術的角度解釋,實際上3D列印是將設計好的物體轉化為三維設計圖,采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來列印真實的物體。這次展會上中國企業所展示的產品,大到建築、小到細胞都已能通過3D列印實現。去年涉足3D列印打樣的金運鐳射股份有限展示了擁有自主知識產權的桌面3D印表機,3D列印事業部彭軍說,今年2月3D印表機研發成功,至今已經賣出數百台,主要是用於產品設計模型列印。

“3D列印將成為未3D列印來發展的新增長點,因為市場太大了,很多東西都能通過3D列印實現,並帶來可觀的利潤。”兩年前開始提供3D造像列印服務的“記夢館”創始人楊智博在去年博覽會上的展位只有9平米,這次擴大到150平米。“‘記夢館’創立6個月就實現了盈利,今年我們又推出了3D列印雲平台和雲工廠,提供線上線下定制服務。目前,每天接50-100單,20多台3D印表機一直滿負荷運轉。”楊智博說,“記夢館”已經分布在北京、上海、等大中城市擁有20家連鎖門店,營業額同比增長300%。3D列印在工業、醫療領域的應用更凸顯了未來的潛力。3D列印企業青島尤尼樣品科技有限在博覽會上稱,他們通過3D生物印表機列印輸出的脂肪干細胞和眼角膜基質細胞已連續培養9天,成功傳代3次,至今保持活性。

中國3D列印市場增長非常快。據中國3D列印技術產業聯盟提供的數據,2012年,全球3D列印的產業值約是120億元人民幣,其中中國是10億元。去年,全球是200億元規模,中國突破20億元。今年中國的產值有望達到40億元到50億元的規模。不過,不少人坦言,炙手可熱的3D列印在絕大多數中國消費者的頭腦中還只是個概念,中國3D列印市場應用推廣與產業的成長還不匹配,仍有很大的潛力可挖,關鍵是尋找一個成熟的商業模式

制約3D列印大眾消費市場的第一要素是應用性,專業客戶可以操控這個設備,但大多數普通消費者不懂3D列印軟體。此外,3D列印原材料的研發,用於模具、模型和大型金屬構件直接制造的工業類印表機以及用於列印牙齒、骨骼修逆向工程復等產品的生物工程類印表機的研發與國外同行仍有一定的差距。


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“3D列印”開始影響普通人生活



先在電腦裡用軟體設計形狀各異的三維模型,再將模型數據輸入3D印表機,按下“確定”按鈕後,印表機就開始忙碌起來。材料噴頭先擠出一個點,接著是一條線,再是一層平面,然後再覆蓋一層……近兩個小時過去,虛擬世界中的三維模型就“搬”到了現實。

正在青島召開的“2014世界3D列印技術產業大會暨博覽會”上RP,來自世界各地的3D列印企業向參觀者提供著類似的3D列印體驗。據世界3D列印技術產業聯盟秘書長羅軍介紹,3D列印就是將設計好的物體轉化為三維設計圖,采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來列印真實的物體。“3D列印”在教育領域已形成了較大的市場。“從小學到大學,國內不少學校均將3D印表機作為教學實踐的工具3D列印,小學生不用像過去那樣剪紙了,可以用它將自己的想法變成實物,大學生也可以用它完成各種設計的創作。”

不僅是教學,來自國內外的企業展出的用3D打樣印表機列印出來的各種生活用品讓人們大開眼界:縮小版的世界知名建築如樣品獅身人面像逆向工程,輕便的自行車,列印完即可穿走的運動鞋,惟妙惟肖的人物造型……生活中常見的物品就這樣被列印出來。一些企業和專家認為,“3D列印”將使得人們的生活更加便捷,這不僅體現在個性化的產品,同時也體現在其他領域。據參加大會的專家和企業介紹,目前“3D列印”已被運用在文化創意、文物修復、生物醫療、工業設計等多個領域。例如在醫療領域,“3D列印”被運用於牙齒再造和骨骼修復等方面,從而使治療更加精准及時。

不過,一些專家也預計,隨著知識的普及和相關技術的完善,“3D列印”消費的成本將進一步下降。中國科學院材料技術與工程研究所高級研究員張文武說:“可以預測一下,今後10年內可能是3D列印技術快速發展的階段,無論是制造工藝還是材料方面,都會有大規模的成本下降和技術工藝的成熟,甚至有可能15年左右3D列印技術將出現非常大的變化。”




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3D列印用途廣 有助手術一目瞭然


3D列印技術日新月異,可廣泛運用在各領域,其中RP3D列印醫學也是適用範圍。衛福部臺打樣北骨樣品科醫師潘毅軒就透過3D列印,做出一比一大小的骨頭模型,向82歲的陳婆婆說明手術規劃,不僅能讓患者更清楚了解手術過程,還能縮短手術時間,並減少骨骼旁的軟組織破壞,增加手術成功率。最後,陳婆婆手術順利成功,復原狀況良好。

高齡82歲的陳婆婆,左手因為前2周跌倒,造成疼逆向工程痛不已,曾到某治療,被診斷為單純骨裂,僅需打石膏固定。但在某次門診追蹤時發現,不僅骨折嚴重,關節還脫位,醫師建議手術治療。但由於陳婆婆有骨質疏鬆問題,無法預期手術成功率,讓患者感到擔憂,隨後,聽從朋友建議來到臺北骨科求診。潘毅軒說,透過電腦斷層影像了解,手術的確存在高風險,為讓患者能了解手術經過,特別以3D列印方式,做出和原來骨骼尺寸大小相同的模型。

在有了模型輔助後,可以更清楚了解骨折情形,協助手術時縮小傷口和減少組織破壞。手術中使用的骨板,也可透過模型,協助術前挑選,和預先扳折至完全符合病患骨骼構造,提升精準度。潘毅軒指出,大部分病情單純和成功率高的手術,不需要用3D列印;而緊急手術因有時效性,也無法使用。像是粉碎骨折及矯正切骨等較複雜的手術,且非緊急時,3D列印可派上用場,增進手術成功率。


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2015年11月1日星期日

3D打印在醫療中的應用:大幅度降低手術風險


近年來,隨著技術的發展,3D打印逆向工程已率先在醫療領域獲得應用上的突破。這主要因為醫療行業個性定制化需求顯著,鮮有標准的量化生產,而個性化、小批量和高精度恰是3RPD打印技術的優勢所在。

黑船為醫療行業提供的解決方案旨在有效地降低手術風險——“以往醫生們做手術,或是研究治療方案,參考的都是患者的CT片。”薛慧強說嗎,“黑船的技術就是將這些CT片變成可以拿在手裡的模型,病人的病灶區域很直觀地展現在醫生面前。”

也就是說,通過這種技術可以打印出一個11的模型,將病灶、靜脈血管和動脈血管用不同的顏色標記,醫生可3D列印以根據模型制定手術方案。而手術中的醫生也可以一邊對照模型,一邊進行操作。相比2D的CT片,醫生通過3D模型能更直觀地看到腫瘤和各個組織的距離,從而下刀更精確,手術的安全性也有了更大的提高。

“以前醫生做手術,腫瘤在什麼位置,前後各有哪些血管包圍,手術中切除到什麼程度才不會傷害到重要組織和血管,這些都仰仗於醫生的經驗。”薛慧強說,“尤其是一些脊椎上的手術,稍有不慎就有可能傷到神經,所以這類手術往往都交給經驗很豐富的老醫生。但現在通過3D打印技術,不但降低了手術的風險,也可以讓更多年輕醫生參與這些手術。”

目前上海本地多家都與黑船建立了合作關系。就在不久前,雲南省第一人民就完成了打樣一次3D打樣品印模型引導的腹腔鏡多器官聯合切除手術,在國內外尚屬首例。


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3D打印仍以輔助手術為主


3D打印是第三次工業革命的重要技術樣品,實際上3D打印在其他領域的應用很多,但在醫療事業上剛剛RP起步。在臨床上,3D打印仍是一個輔助技術,在骨科、整形外科、牙科等領域,利用3D打印技術打印出“一模一樣”的3D列印器官模型,讓醫生根據模型制定手術方案等,降低手術風險。

而在醫學領域,未來最具想像空間的是生物3D打印技術,可以“打印”出功能性的人體器官。什麼是生物3D打印呢?清華大學機械系教授、邁普再生醫學科技有限創始人之一徐弢介紹,生物3D打印是利用3D增材制造原理,以加工活性材料包括生物材料、生長因子、細胞等為主要內容,以重建人體組織和器官為目標,跨學科和領域的新型再生醫學工程技術。生物3D打印代表了3D打印技術的最高水平。 生物3D打印分為四個層次。第一個層次是沒有生物相容性要求的材料,普通材料可以打印,例如醫療模型和體外醫療器械。第打樣二個層次是有生物相容性要求,要進入人體,但是不需要降解,以陶瓷和金屬為例,屬於永久植入的概念。第三個層次是比第二個再高一些,材料可以降解,更為重要的是刺激它能夠打開人自身修復的機制,就是組織工程支架的概念。第四個層次是以活性細胞、蛋白儀器其他細胞外基質,用人的細胞打印活組,更遠的是打印活組織用到人身上。

“現在第一層次的技術已經突破了,正在轉化階段。”徐弢說,第二層次是永久植入,目前國內西安交大的研究成果也正在報批,北醫三院的3D打印多孔椎體產品也進入臨床階段。
  第三個層次是組織工程支架概念,隨著組織生長的要求,慢慢降解,把位置讓給新生組織,甚至打開新生組織生長機制。清華大學通過低溫沉澱成形制造的3D打印做了一些臨床動物試驗,對照起來發現有明顯的好處。目前第一到第三層次的生物3D打印技術相對成熟,有產業化的競爭。第四個層次把細胞介入基本單元,屬於前沿科學,是現代意義上的生物3D打印,這也是目前科研重點攻克的方向,“如果研發成功,就具逆向工程有非常大價值和意義,就搶占了產業的制高點。”徐弢說。


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3D打印助力航天航空業七大突破



增材制造(3D打印)從其早期的應用衍變至今打樣,已經走過了30多年的路程。工業級3D打印最普遍的流程是在粉末床上層層堆疊打印,通過電子激光束選擇性燒結粉末顆粒,RP最後成型。

  3D打印對制造業中長久存在的批量與範圍困境提出了兩方面的挑戰:首先,它降低了大規模打印對像的成本。一台打印機能同步構建多個不同設計的復雜部件,這樣一來,高度集中的工廠生產線就變得無用武之地(進入當地制造業的門檻降低了)。其次,3D打印在相同投資的條件下,增加了設計的多樣性。因此,制造復雜的部件、實現生產轉型以及個性化定制的成本得以縮減。

與大規模制造行業相比,航天航空業主要集中於復雜的小批量制造,這一行業正努力利用最新最前沿的科技,同時,它也是3D打印行業的主要市場之一,將3D打印視作克服主要挑戰的方式,這些挑戰包括環境性能限制、高昂的制造成本、競爭激烈的市場環境。

3D打印使工程師們能能夠更快地設計出原型,並將概念設計轉換為實體。3D打印省去了模具制造環節,直接制作出最終成品,從而加速了整個研發生產流程。這樣一來,就能快速測試多種設計結構,並以此為基礎確定顧客偏好、降低產品退回率、縮短產品推向市場的時間。

  同樣,增材制造在制作模型和小批量生產方面也頗具優勢,能在這兩方面縮減或節省昂貴又缺乏分攤的模具制造成本。

  3D打印通過遠程合作能順利實現眾包。隨著時間推移,這種模式有可能影響到的研發。眾包的力量在未來的某個時刻會取代傳統的研發方式,成為企業的首要選擇。

  2013年,美國3D列印國防部高級研究計劃局申請改善飛機的垂直升降系統。通過3D打印技術,波音不到30天就生產出了對應的模型。這樣的一個模型,如果用其它方式制造,動輒耗上幾個月。

傳統的設計很大程度上會受到生產技術的限制。以往,工程師們設計前,幾乎都先考慮銑削、旋轉、鑄造、鍛造和焊接過程的可能性和限制性,一些拓補學優化的設計由於結構復雜無法是生產出來的。增材制造可以制造出塑料及金屬復雜部件,比如鋼、鋁等。航天航空中已經使用3D打印的Ti-6Al-4V鈦合金和718鉻鎳鐵合金來制作部件,這兩種材料在幾何結構上的靈活變動性很強,為創新設計提供了更廣樣品闊的空間。同時,3D打印也使得設計師們可以不用理會傳統制造的限制,實現產品性能最大化。GE航空也在利用增材制造生產渦輪葉片,這些渦輪葉片形狀復雜,有利於減少氣流阻力。用傳統方式制造這些渦輪葉片,則會相當費力耗時。GE計劃,到2016年將實現這些渦輪葉片的大批量增材制造。

由於本身賦予了應對高設計難度的特性,增材制造能夠將復雜部件轉化為組件,實現了減量生產,直接減少了裝配的時間與成本。更重要的是,它簡化了最終設逆向工程計模型的改動流程。理論上說,落實一項設計時,通過焊接或其他方式進行,會損害最終產品的質量和耐用性,因此一般不傾向於組合多個部件。 GE制造出了一體化的燃油噴嘴,這些燃油噴嘴以往通常是由獨立的20余個不同部件組合而成。用在通用電氣LEAP航空發動機上的3D打印燃油噴嘴,相比傳統方法制造的燃油噴嘴來說,耐用性要強5倍。


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3D生物打印受追捧



3D打印藥片技術的工作原理是采3D列印用逐層打印方法制造出RP物品。在打印藥品時,打印機制造出的是藥物化合物,而非常見的聚合物。

  毫無打樣爭議,3D打印技術用於藥物研發是當前國際上的研究熱點。苟馬玲在采訪中告訴,3D打印技術可用於藥物研發的各個環節,有望引領新藥研發取得新的突破。

  “近年來,3D打印藥物受到了國際上的重視,圍繞3D打印藥物開展了一系列基礎與轉化研究,但絕大部分研究處於臨床前研究階段,缺乏個性化的3D打印系統是限制3D打印藥物發展的重要因素。”

  談到國內3D生物打印的發展,苟馬玲告訴,中國是最早開展3D生物打印技術研究的國家之一,有多家單位正在開展3D生物打印的基礎與轉化研究,成立了中國生物材料學會生物醫用材料3D打印分會,一批3D打印產品正處於臨樣品床前研究階段。

  “我國也很重視3D打印藥物的研究,但與美國等發達國家相比還有較大的差距,特別是在基本原理、關鍵技術和重大儀器裝備研究方面有待加強。”

  從全球範圍來看,3D打印技術已在醫療逆向工程保健領域獲得廣泛證實,很多醫生都使用該技術為受傷病患定制適合他們的植入物。Aprecia表示,Spritam將在2016年第一季度上市。其實,在通過3D打印藥物之前,FDA已經批准包括義肢在內的一些醫療設備使用3D打印技術。

  “我國目前自主研發了一批3D生物打印系統及3D生物打印材料,在3D打印技術用於醫療器械研發、新藥研發、活體器官構建等方面積累了較豐富的經驗,為推動3D打印技術進入臨床應用提供了很好的支撐。但是,3D打印活體器官研究還面臨多個難題,離臨床應用還有較長的距離,有待進一步深入研究。”苟馬玲介紹說,而從國際上看,“用於藥物早期評估的3D打印微型肝髒已在美國等地實現商品化。”


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3D打印的發展方向



標准和標准的制定機構:當一間RP實驗室作出了圖紙,需要拿出來共享時,會發現有太多的格式和標准了,因此,33D列印D 打印原型機這個領域看起來像是野蠻生長,毫無標准。

開源的設計、配置和軟件:當有了統一的標准後,3D 打印行業將會迎來開源。現在,太多的團隊注重提高自己的3D 打打樣印水平,在自我的閉環中發展。實際上,行業需要設備和軟件的開樣品源,在統一的標准下產生更多有用、高效、開放的創新。

原型機實驗室原型機打印並不受到重視,所以現在很多醫療器械商都是在一個髒亂、布滿灰塵的地方放置打印設備。其實,現在已經有商業化運營的3D 打印實驗室,來幫助這些企業逆向工程打印出質量更高的原型機。



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