2015年12月2日星期三
3D打印在醫學領域的應用
3D打印肝髒模型：日本築波大學和大日本印刷組成的科研團隊2015年7月8日宣布，已研發出用3D打印機低價制作可以看清血管等內部結構的肝髒立體模型的方法。據稱，該方法如果投入應用就可以為每位患者制作模型，有助於術前確認手術順序以及向患者說明治療方法。這種模型是根據CT等醫療檢查獲得患者數據用3D打印機制作的。模型按照表面外側線條呈現肝髒整體形狀，詳細地再現其內部的血管和腫瘤。
由於肝髒模型內部基本是空洞，重要血管等的位置一目了然。據稱，制作模型需要少量價格RP不菲的樹脂材料，使原本約30萬至40萬日元(約合人民幣1。5萬至2萬元)的制作費降到原先的三分之一以下。利用3D打印技術制作的內髒器官模型主要逆向工程用於研究，由於價格高昂，在臨床上沒有得到普及。科研團隊表示，他們一方面爭取到2016年度實現肝髒模型的實際應用，另一方面將推進對胰髒等器官模型制作技術的研發。
3D打3D列印印頭蓋骨：2014年8月28日，46歲的周至農民胡師傅在自家蓋房子時，從3層樓墜落後砸到一堆木頭上，左腦蓋被撞碎，在當地手術後，胡師傅雖然性命無損，但左腦蓋凹陷，在別人眼裡成了個“半頭人”。除了面容異於常人，事故還傷了胡師傅的視力和語言功能。醫生為幫其恢復形像，采用3D打印技術輔助設計缺損顱骨外形，設計了鈦金屬網重建缺損顱眶骨，制作出缺損的左“腦蓋”，最終實現左右對稱。醫生稱手術約需5至10小時，除了用鈦網支撐起左邊腦蓋外，還需要從腿部取肌肉進行填補。手術後，胡師傅的容貌將恢復，至於語言功能還得術後看恢復情況。
3D打印脊椎植入人體：2014年8月，北京大學研究團隊成功地為一名12歲男孩植入了3D打印脊椎，這屬全球首例。據了解，這位小男孩的脊椎在一次足球受傷之後長出了一顆惡性腫瘤，醫生不得不選擇移除掉腫瘤所在的脊椎。不過，這次的手術比較特殊的是，醫生並未采用傳統的脊椎移植手術，而是嘗試先進的3D打印技術。研究人員表示，這種植入物可以跟現有骨骼非常好地結合起來，而且還能縮打樣短病人的康復時間。由於植入的3D脊椎可以很好地跟周圍的骨骼結合在一起，所以它並不需要太多的“錨定”。此外，研究人員還在上面設立了微孔洞，它能幫助骨骼在合金之間生長，換言之，植入進去的3D打印脊椎將跟原脊柱牢牢地生長在一起，這也意味著未來不樣品會發生松動的情況。
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3D打印在航天科技的應用
2014年9月底，NASA預計將完成首台成像望遠鏡，所有元件基本全部通過3D打印技術制造。NASA也因此成為首家嘗試使用3D打印技術制造整台儀器的單位。這款太空望遠鏡功能齊全，其50。8毫米的攝像頭使其能夠放進立方體衛星（CubeSat，一款微型衛星）當中。據了解，這款太空望遠鏡的外管、外擋板及光學鏡架全部作為單獨的結構直接打印而成，只有鏡面和鏡頭尚未實現。該儀器將於2015年開展震動和熱真空測試。
這款長50。8毫米的望遠鏡將全部由鋁和鈦制成，3D列印而且只需通過3D打印技術制造4個零件即可，相比而言，傳統制造方法所需的零件數是3D打印的5-10倍。此外，在3D打印的望遠鏡中，可將用來減少望遠鏡中雜散光的儀器擋板做成帶有角度的樣式，這是傳統制作方法在一個零件中所無法樣品實現的。
2014年8月31日，美國宇航局的工程師們剛剛完成了3D打印火箭噴射器的測試，本項研究在於提高火箭發動機某個組件的性能，由於打樣噴射器內液態氧和氣態氫一起混合反應，這裡的燃燒溫度可達到6000華氏度，大約為3315攝氏度，可產生2萬磅的推力，約為9噸左右，驗證了3D打印技術在火箭發動機制造上的可行性。本項測試工作位於阿拉巴馬亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心，這裡擁有較為完善的火箭發動機測試條件，工程師可驗證3D打印部件在點火環境中的性能。
制造火箭發動機的噴射器需要精度較高的加工技術，如果使用3D打印技術，就可以降低制造上的復雜程度，在計算機中建立噴射器的三維圖像，打印的材料為金屬粉末和激光，在較高的溫度下，金屬粉末可被重新塑造成我們需要的樣子。火箭發動機中的噴射器內有數十個噴射元件，要建造大小相似的元件需要一定的加工精度，該技術測試成功後將用於制造RS-25發動機，其作為美國宇航局未來太空發射系統的主要動力，該火箭可運載宇航員超越近地軌道，進入更遙遠的深空。馬歇爾中RP心的工程部主任克裡斯認為3D打印技術在火箭發動機噴油器上應用只是第一步，我們的目的在於測試3D打印部件如何能徹底改變火箭的設計與制造，並提高系統的性能，更重要的是可以節省時間和成本，不太容易出現故障。本次測試中，兩具火箭噴射器進行了點火，每次5秒，設計人員創建的復雜幾何流體模型允許氧氣和氫氣充分混合，壓力為每平方英寸1400磅。
2014年10月11日，英國一個發燒友團隊用3D打印技術制出了一枚火箭，他們還准備讓這個世界上第一個打印出來的火箭升空。該團隊於當地時間在倫敦的辦公室向媒體介紹這個世界第一架用3D打印技術制造出的火箭。團隊隊長海恩斯說，有了3D打印技術，要制造出高度復雜的形狀並不困難。就算要修改設計原型，只要在計算機輔助設計的軟件上做出修改，打印機將會做出相對的調整。這比之前的傳統制造方式方便許多。既然美國宇航局已經在使用3D打印技術制造火箭的零件，3D打印技術的前景是十分光明的。
據介紹，這個名為“低軌道氦輔助導航”的工程項目由一家德國數據分析贊助。打印出的這枚火箭重3公斤，高度相當於一般成年人身高，是該團隊用4年時間、花了6000英鎊制造出來的。等一筆1。5萬英鎊的資助確定之後，他們將於今逆向工程年底在新墨西哥州的美國航天港發射該火箭。一個裝滿氦的巨型氣球將把火箭提升到20000米高空，裝置在火箭裡的全球定位系統將啟動火箭引擎，火箭噴射速度將達到每小時1610公裡。之後，火箭上的自動駕駛系統將引導火箭回返地球，而裡頭的攝像機將把整個過程拍攝下來。
美國國家航空航天局（NASA）官網2015年4月21日報道，NASA工程人員正通過利用增材制造技術制造首個全尺寸銅合金火箭發動機零件以節約成本，NASA空間技術任務部表示，這是航空航天領域3D打印技術應用的新裡程碑。
2015年6月22日報道，國營企業俄羅斯技術集團以3D打印技術制造出一架無人機樣機，重3。8公斤，翼展2。4米，飛行時速可達90至100公裡，續航能力1至1。5小時。發言人弗拉基米爾•庫塔霍夫介紹，用兩個半月實現了從概念到原型機的飛躍，實際生產耗時僅為31小時，制造成本不到20萬盧布(約合3700美元)。
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3D打印在海軍艦艇的應用
2014年7月1日，美國海軍試驗了利用3D打印等先進制造技術快速制造艦艇零件，希望借此提升執行任務速度並降低成本。2014年6月24日至6月26日，美海軍在作戰指揮系統活動中舉辦了第一屆制彙節，開展了一系列“打印艦艇”研討會，並在此期間向水手及其他相關人員介紹了3D打印及增材制造技術。
3D列印 美國海軍致力樣品於未來在這方面培訓水手。采用3D打印及其他先進制造方法，能夠顯著提升執行任務速度及預備狀態，降低成本，避免從世界各地采購RP艦船配件。
美國海軍作戰艦隊後勤科副科長Phil Cull打樣om表示，考慮到成本及海軍後勤及供應鏈現存的漏洞，以及面臨的資源約束，先進制造與3D打印的應用越來越廣，他逆向工程們設想了一個由技術嫻熟的水手支持的先進制造商的全球網絡，找出問題並制造產品。
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3D打印的社會評價
3D打印技術是無法應用於大量生產，所以有些專家鼓吹3D打印是第三次工業革命，這個說法只是個噱頭。康為蘋果代工生產iPhone已經多年。郭台銘以3D打印制造的手機為例，說明3D打印的產品只能看不能用，因為這些產品上不能加上電子元器件，無法為電子產品量產。3D打印即使不生產電子產品，但受材料的限制，可以生產的其他產品也很少，“即使生產出來的產品，也無法量產，而且一摔就碎。
“3D打印的確更適合一些小規模制造，尤其是高端的定制化產品RP，比如汽車零部件制造。雖然主要材料還是塑料，但未來金屬材料肯定會被運用到3D打印中來，”克倫打樣普說，3D打印技術先後進樣品入了牙醫、珠寶、醫療行業，未來可應用的範圍會越來越廣。 2014年11月末，3D打印技術被《時代》周刊為2014年25項年度最佳發明。對消費者和企業而言，這是個福音。
僅在過去一年中，中學生們3D打印了用於物3D列印理課實驗的火車車廂，科學家們3D打印了人類器官組織，通用電氣則使用3D打印技術改進了其噴氣引擎的效率。美國三維系統的3D打印機能打印糖果和樂逆向工程器等，該首席執行官阿維•賴興塔爾說:“這的確是一種巧奪天工的技術。”
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3D打印的限制因素
材料的限制：雖然高端工業印刷可以實現塑料、某些金屬或者陶瓷打印， 但無法實現打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機也還沒有達到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。研究者們在多材料打印上已經取得了一定的進展，但除非這些進展達到成熟並有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。
機器的限制：3D打印技術在重建物體的幾何形狀和RP機能上已經獲得了一定的水平，幾乎任何靜態的形狀都可以被打印出來，但是那些運動的物體和它們的清晰度就難 以實現了。這個困難對於制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術想要進入普通家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那麼機器的限制就必須得3D列印到解決才行。
知識產權的憂慮：在過去的幾十年裡，音樂、電影和電視產業中對知識產權的關注變得越來越多。3D打印技術也會涉及到這一問題，因為現實中的很多打樣東西都會得到更 加廣泛的傳播。人們可以隨意復制任何東西，並且數量不限。如何制定3D打印的法律法規用來保護知識產權，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現泛樣品濫的現像。
逆向工程道德的挑戰：道德是底線。什麼樣的東西會違反道德規律是很難界定的，如果有人打印出生物器官和活體組織，在不久的將來會遇到極大的道德挑戰。
花費的承擔：3D打印技術需要承擔的花費是高昂的。第一台3D打印機的售價為1萬5。如果想要普及到大眾，降價是必須的，但又會與成本形成衝突。每一種新技術誕生初期都會面臨著這些類似的障礙，但相信找到合理的解決方案3D打印技術的發展將會更加迅速，就如同任何渲染軟件一樣，不斷地更新才能達到最終的完善。
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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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