3D打印在醫(yī)療行業(yè)的市場調(diào)查報告

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1、第一章 3D打印概述 一、3D打印概念 3D打印（3D printing），即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。通俗點講，3D打印是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床就可以打造任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型的技術(shù)。 二、3D打印原理和過程 “3D打印”層層印刷的原理和噴墨打印機類似，打印機內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制采用分層加工，疊加成型的方式來“造型”，會將設(shè)計產(chǎn)品分為若干薄層，每次用原材料生成一個薄

2、層，一層一層疊加起來，最終在計算機上的藍圖變?yōu)閷嵨铩?D打印是一種直接數(shù)字化制造技術(shù)，是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。 每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散，然后是噴灑一層均勻的粉末。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用，加工過程僅需確定所需塑料、樹脂、金屬等物料，材料耗費僅相當于傳統(tǒng)制造的十分之一，而誤差可輕易控制到0.1mm之內(nèi)。它無需生產(chǎn)線，亦可制造那些常規(guī)方法無法生產(chǎn)的奇形怪狀的零件。 三維打印的設(shè)計過程是：先通過計算機

3、建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。分步驟描述如下： 1、三維建模 通過goSCAN之類的專業(yè)3D掃描儀或是Kinect之類的DIY掃描設(shè)備獲取對象的三維數(shù)據(jù)，并且以數(shù)字化方式生成二維模型。也可以使用Blender、SketchUp、AutoCAD等二維建模軟件從零開始建立三維數(shù)字化模型，或是直接使用其他人已做好的3D模型。 2、分層切割 由于描述方式的差異，3D打印機并不能直接操作3D模型。當3D模型輸入到電腦中以后，需要通過打印機配備的專業(yè)軟件來進一步處理，即將模型切分成一層層的薄片，每個薄片的厚度由噴涂材料的屬性和打印

4、機的規(guī)格決定。 3、打印噴涂 由打印機將打印耗材逐層噴涂或熔結(jié)到二維空間中，根據(jù)工作原理的不同，有多種實現(xiàn)方式。比較流行的做法是先噴一層膠水，然后在上面撒一層粉末，如此反復；或是通過高能激光融化合金材料，一層一層地熔結(jié)成模型。整個過程根據(jù)模型大小、復雜程度、打印材質(zhì)和工藝耗時幾分鐘到數(shù)天不等。 4、后期處理 模型打印完成后一般都會有毛刺或是粗糙的截面。這時需要對模型進行后期加工，如固化處理、剝離、修整、上色等等，才能最終完成所需要的模型的制作。 三、3D打印技術(shù)主要種類 3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件

5、。 類型 累積技術(shù) 基本材料 擠壓 熔融沉積式 (FDM） 熱塑性塑料，共晶系統(tǒng)金屬、可食用材料 線 電子束自由成形制造(EBF) 幾乎任何合金 粒狀 直接金屬激光燒結(jié)（DMLS） 幾乎任何合金 電子束熔化成型（EBM） 鈦合金 選擇性激光熔化成型(SLM) 鈦合金，鈷鉻合金，不銹鋼，鋁 選擇性熱燒結(jié)（SHS） 熱塑性粉末 選擇性激光燒結(jié)（SLS） 熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末 粉末層噴頭3D打印 石膏3D打印 (PP) 石膏 層壓 分層實體制造（LOM） 紙、金屬膜、塑料薄膜 光聚合 立體平板印刷（SLA） 光硬化樹脂 數(shù)字光處理

6、 (DLP) 光硬化樹脂 （一） 熔融沉積式技術(shù)(FDM )：最早的3D打印技術(shù) 　 FDM技術(shù)是由Stratasys公司于1980年中后期發(fā)明。該成型設(shè)備采用成卷的塑料絲或金屬絲作為材料，工作時將材料供應(yīng)給擠壓噴嘴，噴嘴加熱融化材料，并在計算機輔助制造軟件的控制以及步進電機或伺服電機的驅(qū)動下，沿著水平和垂直方向移動打印，熱塑性材料湊夠噴嘴擠出，形成層并迅速硬化。打印完成后，拿掉固定在零件或模型外部的支撐材料即可。 　　整個成型過程需要恒溫環(huán)境，熔融狀態(tài)的絲擠出成型后如果驟然受到冷卻，容易造成翹曲和開裂，適當?shù)沫h(huán)境溫度最大限度地減小這種造型缺陷，提高成型質(zhì)量和精度。由于FDM工藝

7、不用激光，使用、維護簡單，成本較低，同時兼具成型材料種類多，成型件強度高、精度較高的特點，使該工藝可以直接制造功能性零件。 　　目前，F(xiàn)DM技術(shù)可以打印的材料包括ABS，聚碳酸醋、PLA，聚苯礬等。與其他的3D打印技術(shù)相比，F(xiàn)DM是唯一使用工業(yè)級熱塑材料作為成型材料的積層制造方法，打印出的物件具有可耐受高熱、腐蝕性化學物質(zhì)、抗菌和強烈的機械應(yīng)力等特性，被用于制造概念模型、功能模型，甚至直接制造零部件和生產(chǎn)工具。 　　FDM技術(shù)被Stratasys公司的Dimension， uPrint和Fortus全線產(chǎn)品以及惠普大幅面打印機作為核心技術(shù)所采用。由于其成型材料種類多，成型件強度高、精度高，

8、表面質(zhì)量好，易于裝配、無公害，可在辦公室環(huán)境下進行等特點，使得該工藝發(fā)展極為迅速，目前FDM在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30% 。 　　2012年3月，Stratasys公司發(fā)布的超大型快速成型系統(tǒng)Fortus 900mc，代表了當今FDM技術(shù)的最高成型精度、成型尺寸和產(chǎn)能，成型尺寸高達914.4mm X696mmX914.4mm，打印誤差為每毫米增加0.0015-0.089mm，打印層厚度最小僅為0.178mm，被用于打印真正的產(chǎn)品級零部件。 (二） 電子束自由成形制造(EBF) 電子束自由成形Electron beam freeform fabrication（EBF3）

9、是一種采用電子束作為熱源，利用離軸金屬絲建造零件的工藝。采用該增材制造工藝制造的近凈成形零件需要通過減材工藝進行后續(xù)的精加工。該工藝最初為美國NASA 蘭利研究中心開發(fā)，其合同商 Sciaky 是當前該工藝開發(fā)方面的最領(lǐng)先公司，目前已經(jīng)加入DARPA“創(chuàng)新金屬加工-直接數(shù)字化沉積（CIMP-3D）”中心的研究。該工藝的研究主要用于航空航天領(lǐng)域。 ??EBF3工藝可替代鍛造技術(shù)，大幅降低成本和縮短交付周期。它不僅能用于低成本制造和飛機結(jié)構(gòu)件設(shè)計，也為宇航員在國際空間站或月球或火星表面加工備用結(jié)構(gòu)件和新型工具提供了一種便捷的途徑。EBF3 技術(shù)可以直接成形鋁、鎳、鈦、或不銹鋼等金屬材料，而且可將

10、兩種材料混合在一起，也可將一種材料嵌入另一種，例如可將一部分光纖玻璃嵌入鋁制件中，從而使傳感器的區(qū)域安裝成為可能。EBF3 系統(tǒng)已經(jīng)在 NASA 噴氣式飛機上進行測試，并經(jīng)歷了短暫的失重狀態(tài)。 （三） 直接金屬激光燒結(jié)（DMLS） 通過使用高能量的激光束再由3D模型數(shù)據(jù)控制來局部熔化金屬基體，同時燒結(jié)固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀的實體零件。通過選用不同的燒結(jié)材料和調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，可以生成性能差異變化很大的零件，從具有多孔性的透氣鋼，到耐腐蝕的不銹鋼再到組織致密的模具鋼。這種離散法制造技術(shù)甚至能夠直接制造出非常復雜的零件，避免了采用銑削和放電加工，為設(shè)計提供了更寬的

11、自由度。早些年只有相對軟的材料適用這種技術(shù)，而隨著技術(shù)的不斷進步，適用領(lǐng)域也擴展到了塑料、金屬壓鑄和沖壓等各種量產(chǎn)模具。應(yīng)用這項技術(shù)的優(yōu)點不僅是周期短，而且使模具設(shè)計師能夠把心思集中在如何建構(gòu)最佳的幾何造型，而不用考慮加工的可行性上。結(jié)合CAD和CAE技術(shù)可以制造出任意冷卻水路的模具結(jié)構(gòu)。 （四） 電子束融化成型（EBM） 　　電子束熔煉是一種金屬部件的積層制造技術(shù)，可打印鈦合金等材料。電子束熔煉技術(shù)是通過高真空環(huán)境下的電子束將融化的金屬粉末層層疊加，與直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)低于熔點的生產(chǎn)環(huán)境有所不同，EBM技術(shù)生產(chǎn)出的物件密度高、無空隙且非常堅固。采用EBM技術(shù)的代表設(shè)備為瑞典ARCAM

12、公司的EBM系統(tǒng)。 （五） 選擇性激光熔化成型(SLM) SLM技術(shù)是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)。為了完全熔化金屬粉末，要求激光能量密度超過106W／cm2。目前用SLM技術(shù)的激光器主要有Nd-YAG激光器、Co2激光器、光纖（Fiber）激光器。這些激光器產(chǎn)生的激光波長分別為1064nm、10640nm、1090nm。金屬粉末對1064nm等較短波長激光的吸收率比較高，而對10640nm等較長波長激光的吸收率較低。因此在成型金屬零件過程中具有較短波長激光器的激光能量利用率高，但是采用較長波長的Co2激光器，其激光能量利用率低。 　　在高

13、激光能量密度作用下，金屬粉末完全熔化，經(jīng)散熱冷卻后可實現(xiàn)與固體金屬冶金焊合成型。SLM技術(shù)正是通過此過程，層層累積成型出三維實體的快速成型技術(shù)。 　　根據(jù)成型件三維CAD模型的分層切片信息，掃描系統(tǒng)（振鏡）控制激光束作用于待成型區(qū)域內(nèi)的粉末。一層掃描完畢后，活塞缸內(nèi)的活塞會下降一個層厚的距離；接著送粉系統(tǒng)輸送一定量的粉末，鋪粉系統(tǒng)的輥子鋪展一層厚的粉末沉積于已成型層之上。然后，重復上述2個成型過程，直至所有三維CAD模型的切片層全部掃描完畢。這樣，三維CAD模型通過逐層累積方式直接成型金屬零件。最后，活塞上推，從成型裝備中取出零件。至此，SLM金屬粉末直接成型金屬零件的全部過程結(jié)束。 （六

14、） 選擇性激光燒結(jié)（SLS） 由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結(jié)下層截面。 SLS工藝最大的優(yōu)點在于選材較為廣泛，如尼龍、蠟、ABS、樹脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金屬和陶瓷粉末等都可以作為燒結(jié)對象。粉床上未被燒結(jié)部分成為燒結(jié)部分的支撐結(jié)構(gòu)，因

15、而無需考慮支撐系統(tǒng)（硬件和軟件）。SLS工藝與鑄造工藝的關(guān)系極為密切，如燒結(jié)的陶瓷型可作為鑄造之型殼、型芯，蠟型可做蠟?zāi)?，熱塑性材料燒結(jié)的模型可做消失模。由于該類成型方法有著制造工藝簡單，柔性度高、材料選擇范圍廣、材料價格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特點，針對以上特點SLS法主要應(yīng)用于鑄造業(yè)，并且可以用來直接制作快速模具。 (七） 石膏3D打印 (PP) 使用PP技術(shù)的3D打印機每次噴一層石膏或者樹脂粉末，并通過橫截面進行粘合。打印機不斷重復該過程，直到打印完每一層。此技術(shù)允許打印全色彩原型和彈性部件，將蠟狀物、熱固性樹脂和塑料加入粉末一起打印，還可以增加強度。采用

16、此打印技術(shù)的代表設(shè)備為3D Systems公司的ZPrinter系列 3D打印機。 （八） 分層實體制造（LOM） 其工藝原理是根據(jù)零件分層幾何信息切割箔材和紙等，將所獲得的層片粘接成三維實體。其工藝過程是：首先鋪上一層箔材，然后用CO，激光在計算機控制下切出本層輪廓，非零件部分全部切碎以便于去除。當本層完成后，再鋪上一層箔材，用滾子碾壓并加熱，以固化黏結(jié)劑，使新鋪上的一層牢固地粘接在已成形體上，再切割該層的輪廓，如此反復直到加工完畢，最后去除切碎部分以得到完整的零件。該工藝的特點是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高。缺點是前、后處理費時費力，且不能制造中空結(jié)構(gòu)件。 （九

17、） 立體平板印刷（SLA） SLA的主要實現(xiàn)途徑是用于生產(chǎn)固件部件的光固化成型技術(shù)。SLA技術(shù)最早由美國3D Systems公司成功買現(xiàn)商業(yè)化，其生產(chǎn)的Projet系列和iPro系列3D打印設(shè)備均采用了SLA技術(shù)。該技術(shù)由于具有成型過程自動化程度高、制作原型表面質(zhì)量好、尺寸精度高以及能夠買現(xiàn)比較精細的成型尺寸等特點，因而成為廣泛應(yīng)用的快速成型工藝方法。但SLA系統(tǒng)的缺點是對液態(tài)光敏聚合物進行操作的精密設(shè)備，對工作環(huán)境要求苛刻，同時，成型件多為樹脂類，強度、剛度和耐熱性有限，不利于長期保存。 　　Objet公司的PolyJet系統(tǒng)是一種噴頭打印技術(shù)，目前已買現(xiàn)以16 -30um的超

18、薄層噴射光敏聚合物材料，并層層構(gòu)建到托盤上，直至部件制作完成。每一層光敏聚合物在噴射時即采用紫外線光固化，打印出的物件即為完全凝固的模型，無需后固化。被設(shè)計用來支撐復雜幾何形狀的凝膠體支撐材料，通過手剝和水洗即可除去。 (十） 數(shù)字光處理 (DLP) 在數(shù)字光處理技術(shù)中，大捅的物體聚合物被暴露在數(shù)字光處理投影機的安全燈環(huán)境下，暴露的液體聚合物快速變硬，然后設(shè)備的構(gòu)建盤以較小的增量向下移動，液體聚合物再次暴露在光線下。這個過程不斷重復，直到模型建成。最后排出捅中的液體聚合物，留下買體模型。采用DLP技術(shù)的代表設(shè)備是德國EnvisionTec公司的Ultra 3D打印數(shù)字光處理快速成型

19、系統(tǒng)。 　　DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似，也是采用光敏樹脂作為打印材料，不同的是SLA的光線是聚成一點在面上移動，而DLP在打印平臺的頂部放置一臺高分辨率的數(shù)字光處理器(DLP)投影儀，將光打在一個面上來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進行光固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快。 　　DLP的應(yīng)用非常廣泛，該技術(shù)最早是由德州儀器開發(fā)的，它至今仍然是此項技術(shù)的主要供應(yīng)商。最近幾年該技術(shù)放入3D打印中，利用機器上的紫外光(白光燈)，照出一個截面的圖像，把液態(tài)的光敏樹脂固化。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。 　　S

20、LA與DLP打印所需的液態(tài)光敏樹脂材料也因生產(chǎn)商家和機型的不同而各有特點，比如EnvisionTec的各類機型都可以使用EC-500型蠟基液體樹脂材料制造各類精致飾品模型以用于失蠟法鑄造，但其每千克材料成本高達幾千元。其民用代表機型有B9 Creator（2500美元)，F(xiàn)orm1（3300美金)等。 （十一) 3DP三維噴繪打印技術(shù) 　　3DP是一種基于微噴射原理(從噴嘴噴射出液態(tài)微滴)，按一定路徑逐層打印堆積成形的打印技術(shù)，這種技術(shù)和平面打印非常相似。3DP打印機主要部件為儲粉缸和成形室工作臺。打印時首先在成形室工作臺上均勻地鋪上一層粉末材料，接著打印頭按照零件截面形狀，將粘結(jié)材料有

21、選擇性地打印到已鋪好的粉末層上，使零件截面有實體區(qū)域內(nèi)的粉末材料粘接在一起，形成截面輪廓，一層打印完后工作臺下移一定高度，然后重復上述過程。如此循環(huán)逐層打印直至工件完成，再經(jīng)后處理，得到成形制件。 　　同立體印刷、疊層買體制造和選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)相比，3DP不需要昂貴的激光系統(tǒng)，具有設(shè)備價格便宜、運行和維護成本低的優(yōu)勢。與熔融沉積快速成形技術(shù)相比，3DP可以在常溫下操作，具有運行可靠，成形材料種類多和價格低的優(yōu)勢。此外，與其它RP系統(tǒng)相比，3DP還有操作簡單、成形速度快、制件精度高、成形過程無污染，適合辦公室環(huán)境使用等優(yōu)點。 幾種方法優(yōu)劣比對：目前FDM和SLS為主流 　　金屬零

22、件快速制造技術(shù)代表了RP技術(shù)的最新發(fā)展方向。目前，真正能夠制造精密金屬零件的快速成型技術(shù)只有選擇性激光熔化和選擇性激光燒結(jié)。SLS成型方法成型金屬零件時，多采用樹脂或低熔點材料包覆的金屬粉末作為原材料，通過激光掃描使樹脂熔化將金屬粉末固結(jié)在一起，在成型后經(jīng)過脫脂、浸滲低熔點金屬(如青銅等)來提高致密度。使用該技術(shù)成型，金屬零件工序復雜且零件強度與精度多數(shù)情況下仍達不到要求。而選擇性激光熔化SLM技術(shù)是一種極具創(chuàng)新的快速成型技術(shù)，能一步加工出具有冶金結(jié)合，相對密度接近100%，具有復雜結(jié)構(gòu)、 高的尺寸精度的金屬零件。目前，金屬3D打印成本偏高是其主要缺點之一。 四、3D打印相關(guān)軟件 在3D

23、打印的制作過程中，用到軟件的方面應(yīng)該是在3D打印的三維模型設(shè)計上（不包括其余過程中的常用的操作軟件）。模型的設(shè)計可以說是整個3D打印過程的核心部分，是3D打印產(chǎn)品的根本。在此介紹幾種建立三維數(shù)字化模型的建模軟件。 Blender：Blender是一個開源的多平臺輕量級全能三維動畫制作軟件，提供從建模，動畫，材質(zhì)，渲染，到音頻處理，視頻剪輯的一系列動畫短片制作解決方案。blender以python為內(nèi)建腳本，支持yafaray渲染器，同時還內(nèi)建游戲引擎。 完整集成的創(chuàng)作套件，提供了全面的3D創(chuàng)作工具，包括建模（modeling）、uv映射（uv-mapping）、貼圖（texturing）、

24、索鏈關(guān)連（rigging）、蒙皮（skinning）、動畫（animation）、粒子（particle）和其它系統(tǒng)的模擬、腳本控制（scripting）、渲染（rendering）、合成（compositing）、后期處理（post-production）和游戲制作； SketchUp：Google Sketchup是一套直接面向設(shè)計方案創(chuàng)作過程的設(shè)計工具，其創(chuàng)作過程不僅能夠充分表達設(shè)計師的思想而且完全滿足與客戶即時交流的需要，它使得設(shè)計師可以直接在電腦上進行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑設(shè)計方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。google?SketchUp軟件同3dmax等3維制作軟件同樣，有豐富的模型

25、資源，在設(shè)計中可以直接調(diào)用、插入、復制等進行編輯任務(wù)。 AutoCAD：AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國Autodesk公司首次于1982年開發(fā)的自動計算機輔助設(shè)計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計?，F(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的多文檔設(shè)計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應(yīng)用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機和工作站上運行。

26、 五、3D打印材料 （一）常用3D打印材料 常用的3D打印材料有塑料、光敏樹脂、金屬材料、復合材料、其他材料 1. 塑料 在3D打印領(lǐng)域，塑料是最常用的打印材料，常用塑料的種類有：ABS塑料、PLA(聚乳酸）、尼龍、PC、玻璃填充聚胺，通過不同比例的材料混合，可以產(chǎn)生出將近120種軟硬不同的新材料。 尼龍 材料說明： 尼龍12，具有良好的力學性能和生物相容性，經(jīng)認證達到食品安全等級，高精細度，性能穩(wěn)定，能承受高溫烤漆和金屬噴涂，適用于制作展示模型、功能部件、真空鑄造原型、最終產(chǎn)品和零配件。它的表面是有一種沙沙的、粉末的質(zhì)感，也略微有些疏松。 材料應(yīng)用：汽車、家

27、電、電子消費品 材料顏色：白色 材料熱變形溫度：110℃ 市場價位：20元-27元/千克 聚苯乙烯 材料說明：優(yōu)秀的尺寸精度，表面質(zhì)量高，性能穩(wěn)定，在高溫下氣化，灰粉殘余物極低。 材料應(yīng)用：適用于制作融模鑄造、石膏鑄造、陶瓷鑄造和真空鑄造原型。 多色樹脂 材料說明：系列材料集尺寸穩(wěn)定性和細節(jié)可視性于一身，適用于模擬標準塑料和制作模型，可實現(xiàn)逼真的最終產(chǎn)品效果。 非常適用于：廣泛的裝配與外觀測試、活動部件與組裝部件、展覽與營銷模型、電子元件的組裝、非常適用于硅膠模具? 材料應(yīng)用：電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械 材料顏色：白色藍色黑色 材料熱變形溫度：45℃

28、 市場價位：25元-30元/千克 半透明樹脂 材料說明：集高尺寸穩(wěn)定性、生物相容性和表面平滑度于一身的標準塑料模擬材料。 非常適用于：?透明或透視部件的成形和擬合測試 、玻璃、眼鏡、燈罩、燈箱?、液流的可視化、彩染、醫(yī)療、藝術(shù)與展覽模型? 材料應(yīng)用：電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械 材料顏色：半透明微黃 材料熱變形溫度：45℃ 市場價位：800元-880元/千克 聚乳酸（聚丙交酯）PLA 熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進行加工。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，有的聚乳酸（PLA）

29、還具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性。 使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由發(fā)酵過程制成乳酸，再通過化學合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境 ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ABS是常用的一種3D打印塑料之一。ABS塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。 ABS塑料的缺點：熱變形溫度較低，可燃，耐候性較差。

30、 ABS-ESD防靜電塑料材料 材料說明：ABS-ESD7是一種基于ABS-M30的熱塑性工程塑料，具備靜電消散性能，可以用于防止靜電堆積。主要用于易被靜電損壞、降低產(chǎn)品性能或引起爆炸的物體。因為ABS-ESD7防止靜電積累，因此它不會導致靜態(tài)震動也不會造成象粉末、塵土和微粒的微小顆粒的物體表面吸附。該材料是理想的用于電路板等電子產(chǎn)品的包裝和運輸。廣泛用于電子元器件的裝配夾具和輔助工具。 材料應(yīng)用：電子消費品、包裝行業(yè) 材料顏色：黑色 材料熱變形溫度：90℃ 市場價位：50元-100元/千克 PC材料、PC-ISO材料、PC-ABS材料 材料說明：PC材料是真正的熱塑性材料，

31、具備工程塑料的所有特性。高強度，耐高溫，抗沖擊，抗彎曲，可以作為最終零部件使用。使用PC材料制作的樣件，可以直接裝配使用，廣泛應(yīng)用于交通工具及家電行業(yè)。PC的強度比ABS材料高出60%左右，具備超強的工程材料屬性！ 材料應(yīng)用：電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械 材料顏色：白色 材料熱變形溫度：138℃ 市場價格：20元-42元/千克 2、光敏樹脂 光敏樹脂即是UV樹脂，由聚合物單體與預(yù)聚體組成，其中加有光（紫外光）引發(fā)劑（或稱為光敏劑）。在一定波長的紫外光（250-300納米）照射下立刻引起聚合反應(yīng)完成固化。 樹脂材料Somos 11122 材料說明：Somos 1

32、1122看上去更像是真實透明的塑料,具有防水和尺寸穩(wěn)定性。 應(yīng)用：Somos 11122 提供多種類似工程塑料的特性。這些特性使它很適合用在汽車、醫(yī)藥、電子類消費、透鏡、包裝、流體分析、RTV翻模、耐用的概念模型、 風洞試驗、快速鑄造等。 材料應(yīng)用：汽車、家電、電子消費品 材料顏色：透明 市場價位：800元-880元/千克 Somos 19120:材料為粉紅色材質(zhì)，鑄造專用材料。成型后直接代替精密鑄造的蠟?zāi)ぴ?，避免開模具的風險，大大縮短周期。擁有低留灰燼和高精度等特點。 Somos Next:材料為白色材質(zhì)，類PC新材料，材料韌性較好，精度和表面質(zhì)量更佳，制作的部件擁有最先進的剛

33、性和韌性結(jié)合。 環(huán)氧樹脂（類透明pc類） 材料說明：這種便于鑄造的激光快速成型樹脂：? 含灰量極低 (1500o F時的殘留含灰量<0.01%) ? 可用于熔融石英和氧化鋁高溫型殼體系 ? 不含重金屬銻 ? 可用于制造極其精密的快速鑄造型模。 材料應(yīng)用：汽車、家電、電子消費品 材料顏色：透明 市場價位：800元-880元/千克 3、 金屬材料 3D打印材料中以金屬粉末應(yīng)用市場最為廣闊。因此，直接用金屬粉末燒結(jié)成型三維零件是快速成形制造最終目標之一。由于各種金屬材料的化學成分、物理性質(zhì)不同，因此成型的機理也各具特征，對金屬粉末的性能要求也更為嚴苛。 目前僅德國的E

34、OS公司能生產(chǎn)出有限的幾種金屬粉末，如：不銹鋼粉、鋁硅粉、鈦合金粉，但價格是傳統(tǒng)粉體的10-20 倍。 不銹鋼 材料說明:不銹鋼材料，具有很好的抗腐蝕及機械性能，適用于功能性原型件和系列零件，被廣泛應(yīng)用于工程和醫(yī)療領(lǐng)域。不銹鋼打印在金屬打印上來講算是最便宜的一種打印形式，既具有高強度，又適合打印大物品。 材料應(yīng)用：家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械 材料顏色：玫瑰金、鈦金、紫金、銀白色、藍色 材料熱變形溫度：不同規(guī)格有不同的溫度 鐵鎳合金 主要是用于高溫下苛求優(yōu)異的機械和化學特性的合金。主要擁擠航空航天工業(yè)的動力渦輪機和相關(guān)零件的制造，在高達700°C的溫度下，該合金具

35、有極佳的蠕變斷裂強度 鈷鉻鉬超耐熱合金CobaltChromeMP1 一種基于鈷鉻鉬超耐熱合金材料，它具有優(yōu)秀的機械性能、高抗腐蝕及抗溫特性，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學及航空航天 CobaltChrome SP2 材料成分與CobaltChromeMP1基本相同，抗腐蝕性較MP1更強，目前主要應(yīng)用于牙科義齒的的批量制造，包括牙冠、橋體等 鈦合金 詳細說明：生產(chǎn)最終使用的金屬樣件，質(zhì)量可媲美開模加工的模型。鈦合金模型的強度非常高，尺寸精密，能制作的最小細節(jié)的尺寸為0.1mm。 材料應(yīng)用：家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械 材料顏色：銀白色 材料熱變形溫度：熔點

36、1672℃ 鋁合金 強度：高； 細節(jié)：好； 表面光滑度：高； 適用設(shè)備： EOS M金屬粉末燒結(jié)成型設(shè)備 銅合金 銅合金，具有良好的機械性能、優(yōu)秀的細節(jié)表現(xiàn)及表面質(zhì)量、易于打磨、良好的收縮性可使燒結(jié)的樣件達到很高的精度，適用于注塑模具和功能性原型件的制造。 金 材料說明：先將您的設(shè)計打印成一個蠟制樣件，熔化的金料注入到用蠟制樣件做出的模具內(nèi)。通常情況下這樣做出來的金件需要手工打磨才能完成。 材料應(yīng)用：首飾、人像、紀念品 材料顏色：金黃 材料熱變形溫度：熔點1064.18 °C 市場價位：278元/克 鍍銀 材料說明：此種材料是一種堅固的標準銀。銀是一種導

37、熱導電性很強的金屬，將其打磨后則表明非常明亮，并且極具延伸性。 材料應(yīng)用：首飾、人像、紀念品 材料顏色：銀白色 材料熱變形溫度：熔點： 1234.93 K℃ 4、 復合材料 非金屬+金屬 尼龍鋁 材料說明：尼龍鋁模型是由一種灰色鋁粉及腈綸混合物制作而成。尼龍鋁是一種高強度并且硬挺的材料，做成的樣件能夠承受較小的沖擊力，并能在彎曲狀態(tài)下抵抗一些壓力。尺寸精度高，高強度，金屬外觀，適用于制作展示模型，模具鑲件、夾具和小批量制造模具。 材料應(yīng)用：飛機、汽車、火車、船舶、宇宙火箭、航天飛機、人造衛(wèi)星、化學反應(yīng)器、醫(yī)療器械、冷凍裝置 材料顏色：銀白色 材料熱變形溫度：（熔點660℃）

38、 尼龍玻纖(玻璃纖維和尼龍) 材料說明：尼龍玻纖外觀是一種白色的粉末。比起普通塑料，其拉伸強度、彎曲強度有所增強，具有極好的剛硬度，非常耐磨，耐熱，性能穩(wěn)定，能承受高溫烤漆和金屬噴涂，適用于制作展示模型，外殼件，高強度機械結(jié)構(gòu)測試和短時間受熱使用的零件，耐磨損零件。熱變形溫度以及材料的模量有所提高，材料的收縮率減小了，但材料表面變粗糙，沖擊強度降低。 材料應(yīng)用：汽車、家電、電子消費品 材料顏色：白色 材料熱變形溫度：110℃ 市場價位：22元-48元/千克 5、其他材料 彩色石膏材料 材料說明：材料本身基于石膏的，易碎，堅固，色彩清晰。材料感覺起來很像巖石。按照需要使用不同的

39、浸潤方法，如低熔點蠟、Zbond 101、ZMax 90（強度依次遞減）。全彩色3D打印模型易碎?；谠诜勰┙橘|(zhì)上逐層打印的成型原理，3D打印成品在處理完畢后，表面可能出現(xiàn)細微的顆粒效果，在曲面表面可能出現(xiàn)細微的年輪狀紋理。 材料應(yīng)用：動漫，玩偶，建筑等 材料顏色：全彩色 材料熱變形溫度：200℃ 市場價位：35元-40元/25千克 橡膠類材料 材料說明：橡膠類具備多種級別的彈性材料特征：這些材料所具備的肖氏 A 級硬度、斷裂伸長率、抗撕裂強度和拉伸強度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用領(lǐng)域，如消費類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備和汽車內(nèi)飾。 非常適用于：展覽與交流模型?、橡膠包裹層和

40、覆膜、柔軟觸感涂層和防滑表面、旋鈕、把手、拉手、把手墊片、封條、橡皮軟管、鞋類。? 材料應(yīng)用：輪胎，墊片等 材料顏色：黑色 材料熱變形溫度：50℃ 市場價位：26元-46元/千克 建筑材料 食品材料 生物材料 (二) 3D打印技術(shù)瓶頸 耗材難題最致命 3D打印機自從誕生以來就給人一種“無所不能”的感覺，它可以打印人們?nèi)粘Ｉ钣闷?，小到一只筆大到一輛車，甚至可以“建造”一幢房子，總之只有你想不到的沒有它做不到的。但是人們往往只看到了它的神奇之處，3D打印機帶給我們神奇的同時又隱藏著怎樣的問題？ 能打印出什么關(guān)鍵看耗材 3D打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式

41、，在添加劑制造技術(shù)中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印機相對于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價格便宜，高易用性等優(yōu)點。根據(jù)3D打印的原理來說，只要給3D打印機的使用與模型相同的材質(zhì)，就能打印出于模型幾乎一模一樣的東西。比如面包，你使用面粉做材料，打印的面包是可以吃的，你使用塑料、石膏等材料打印的只能是面包的模型。然而關(guān)于3D打印的耗材并不廣泛，從3D打印的原理來說，3D耗材的擴展，決定了3D打印機的能力邊界。目前主要為塑料絲、金屬絲、石膏粉等，這些材料無論是在精度和應(yīng)用范圍來說，讓目前的3D打印機還停留在模型的制造上，它的更大價值還沒有完全發(fā)揮出來。 耗材問題難以解決

42、? 幾乎每一項新技術(shù)應(yīng)用，都會經(jīng)歷很長的市場培育期。3D打印技術(shù)雖然已有近20年的發(fā)展歷程，但仍存在缺陷。耗材的局限性是3D打印不得不面對的現(xiàn)實。目前，3D打印的耗材非常有限，現(xiàn)有的市場上的耗材多為石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等。如果真要“打印”房屋或汽車，光靠這些材料是遠遠不夠的。比如最重要的金屬構(gòu)件，這恰恰是3D打印的軟肋。耗材的缺乏，也直接關(guān)系到3D打印的價格。打印一件飛機零部件，某種樣品的金屬粉末耗材一斤就要賣4萬元，所以3D打印樣品至少要賣2萬元。但是，如果采用傳統(tǒng)的工藝去工廠開模打樣，幾千元就可以做到?！庇捎?D打印工藝發(fā)展還不完善，特別是對快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前

43、快速成型零件的精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用，不能作為功能性部件，只能做原型使用。 以Stratasys公司3D打印車為例，車子固然能“打印”出來了，但是否能在路上順利跑起來？使用壽命又有多長？從現(xiàn)有的技術(shù)來看，恐怕有點夠嗆：由于采用層層疊加的增材制造工藝，層和層之間的粘結(jié)再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，這意味著在一定外力條件下，“打印”的部件很可能會散架。 （三）3D打印材料前景 3D打印未來最賺錢的部分之一：材料。美國巨頭3D System測算，未來3年，材料部分將成為3D行業(yè)最大的利潤來源。目前《國家增材制造發(fā)展推進計劃（2014-2020年）》（

44、征求意見稿）已初步制訂完成，年內(nèi)將會出臺。 國家對3D打印的發(fā)展目標包括：到2017年初步建立增材制造（俗稱“3D打印”）技術(shù)創(chuàng)新體系，培育5至10家年產(chǎn)值超過5億元、具有較強研發(fā)和應(yīng)用能力的增材制造企業(yè)；并在全國形成一批研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化示范基地等。在政策措施上，國家將加強組織領(lǐng)導，加強財政支持力度，并支持3D打印企業(yè)境內(nèi)外上市、發(fā)行非金融企業(yè)債等融資工具。 在3D打印的重點發(fā)展方向上，征求意見稿擬定了五大方向：一是金屬材料增材制造，包括針對航空航天，核電、能源等機械零部件直接制造需求，研制鈦合金、高溫合金等金屬材料；二是非金屬材料增材制造；三是醫(yī)用材料增材制造，例如針對牙齒、假肢、手術(shù)導板、

45、手術(shù)輔助器械等方面需求，開發(fā)醫(yī)用外部矯形器械專用材料等；四是設(shè)計及工藝軟件；五是增材制造裝備關(guān)鍵零部件。 據(jù)了解，3D打印的巨大市場前景也吸引著眾多企業(yè)。目前僅在國內(nèi)資本市場上，涉足3D打印的上市公司數(shù)量也多達二、三十家。而據(jù)中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2013年全球3D打印市場規(guī)模約40億美元，中國市場規(guī)模約達20億人民幣。也有機構(gòu)樂觀預(yù)測，未來幾年，中國大陸3D打印市場每年將至少以1倍以上的速度成長，規(guī)模或?qū)⑦_到百億元。 （四）3D打印材料市場價值分析 近年來,隨著3D打印概念及應(yīng)用的逐步普及，3D打印材料也面臨著大幅度的市場需求。一份調(diào)研報告顯示，過去一年，全球3

46、D打印市場為8億美元，預(yù)計2025年，全球3D打印市場將達到80億美元。 　　此前，3D打印被稱為快速成型技術(shù)，而這一名稱將被替換為增材制造。從1980年代3D打印開始商業(yè)化之旅，其增長發(fā)展就比較緩慢。在其后的2009年，關(guān)鍵技術(shù)專利失效，市場上主要產(chǎn)品則被低價的熱塑性塑料擠壓機所占領(lǐng)，而后，市場則被熱塑性纖維助推器所占領(lǐng)。當下其市場份額月有1.65億美元，其后在2025年則將達到10億美元市場。 　　當下，3D打印不像之前只能被用于一次性設(shè)備，而是用于成品制作以簡化裝配，加快設(shè)計迭代，放大設(shè)計自由，提供定制化服務(wù)并降低材料耗損浪費。因此，3D打印在航空航天、醫(yī)療整形、珠寶、骨科等部門較為

47、常見。 3D打印材料并不"千篇一律" 　　3D打印技術(shù)的發(fā)展讓更多的各種各樣的材料被用于其中。不同于他們的傳統(tǒng)模擬生產(chǎn)，此篇分析報告概述了印刷在不同材料的優(yōu)點和缺點,每個應(yīng)用程序,和技術(shù)數(shù)據(jù)的屬性。在市場價值和數(shù)量方面的排序大致如下: 　o感光性樹脂 　　o熱塑性纖維 　　o熱塑性粉末 　　o金屬粉末 　　o沙和粘結(jié)劑 　　o焊絲 　　o石膏 這七個關(guān)鍵材料市場總價值預(yù)計將從8億美元增長到超過80億美元。而這份材料目錄將隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷擴充： 　　o導電材料 　　o硅膠 　　o生物材料 　　o碳纖維 　　o風化層 　　o陶瓷 　　o石墨烯

48、 行業(yè)應(yīng)用地理化差異 許多關(guān)鍵金屬打印機制造商和主要客戶都在給歐洲,因此，歐洲地區(qū)在金屬粉末購買市場占有絕對市場份額。愛好者市場還沒有真正開始，所以亞洲的熱塑性塑料銷售小于在北美或歐洲。另外，材料的銷售增長率因地區(qū)不同也有很大不同。 （五） 國內(nèi)外醫(yī)用打印材料和臨床應(yīng)用相關(guān)動態(tài) 悉尼大學與上海醫(yī)院共同研制出醫(yī)用3D打印新材料 2014年10月10日，悉尼大學在上海宣布，該校教授HalaZreiqat已研究出一種骨骼置換的新材料，其堅固程度是目前普遍使用材料的100倍。目前，研究團隊成功實現(xiàn)了這種新材料的3D打印，以確保為不同病患做出準確的骨骼形狀。悉尼大學已和上海市第九人民醫(yī)院

49、合作，共同研究使用新材料的方法。 在臨床上，傳統(tǒng)的骨骼修復材料一般使用的是金屬。而目前也有一些合成的替換材料可供使用，“自然骨質(zhì)很難復制，因為其特點是既要有孔又要堅固。但目前使用的替換材料堅固度較差，比較硬脆且容易折斷，無法在治療過程中有效承重”，Zreiqat教授表示，因此有必要找到新的材料，能夠在強度和結(jié)構(gòu)上模擬自然骨質(zhì)，并可以促進新骨質(zhì)的生長，同時又要具備足夠的耐受力，從而保證在植入后能夠分擔骨骼的受力。 Zreiqat教授介紹，其研究團隊研制出的這種新的骨頭置換材料在結(jié)構(gòu)、強度和多孔性方面都與自然骨質(zhì)十分相似，并且能夠促進新骨質(zhì)細胞的再生。這種材質(zhì)的主要目的是促進正常細胞的生長，一

50、旦骨頭恢復，這種新的合成材料就會溶于體內(nèi)。Zreiqat說，試驗已證明，人體對新材料不會產(chǎn)生排斥性。而且我們可以利用這種材料按照需要制作大量的植入結(jié)構(gòu)，所以不存在材料不足的問題。同時，其研究團隊已成功對這種新材料進行了3D打印，這也是非常重要的一步，以確保這種合成材料可以塑造成所要替換部位的準確的骨骼形狀。 牛津性能材料公司鈦金屬金屬人體植入物 2013年7月，一種新的可被3D打印的人體植入材料被FDA批準，這是3D打印在醫(yī)療植入物的應(yīng)用上具有里程碑的一件事。因為盡管鈦的優(yōu)點很多，可它畢竟是金屬，一來干擾X射線，二來核磁共振基本沒戲；這就限制了鈦只能植入替代一些對精確度要求比較低的人體部位

51、，比方臀部這塊；而如果病人要補腦殼，這種要求非常精細的手術(shù)，通常需要核磁成像的引導，鈦就不可能被用到了。而這種新被批準的可3D打印的材料是具有生物適應(yīng)性的聚醚酮酮，塑料制品，因此不需要擔心影響成像。而且由于是可以被3D打印的（具體來講是采用選擇性激光燒結(jié)（SLS）工藝），因此制成的植入物將是嚴絲合縫，需要最少調(diào)整的完美植入物。此外這種新材料不僅在強度和韌性上能夠達到骨頭的要求，而且還具有骨導性（ osteoconductive），換句話講，骨細胞也能在這種材料上生長。這種材料的研發(fā)者是 Oxford Performance Materials，牛津性能材料公司，他們從2006年開始研制，他們將

52、這種材料命名為 OsteoFab，是第一個被FDA批準的非金屬3D可3D打印的人體植入物。 阿科瑪3D打印材料獲醫(yī)用材料認證 法國阿科瑪公司（Arkema）宣布，該公司的3D打印機用材料“RilsanInventNatural”獲得了美國藥典（USP）6級認證，能夠用于醫(yī)療器械及醫(yī)藥品容器等用途。該公司在11月25～28日于德國法蘭克福舉行的“EuroMold2014”上展出了利用該材料制作的樣品。RilsanInventNatural是原材料100%來源于植物的聚酰胺（尼龍）11，作為用于SLS（選擇性激光燒結(jié)）式3D打印機的材料供應(yīng)。SLS式3D打印機的原理是逐層使用激光使部分

53、樹脂粉末熔化、然后凝固成型。該材料獲得USP6級認證后，應(yīng)用范圍將得到擴展，可用作假肢及牙套等的造型用材料。聚酰胺11的化學特性與聚酰胺12基本相同，但韌性更高不易斷裂，因此有望用于受力較大的假肢等。 迪康的生物玻璃可以做3D生物骨骼打印原材料 生物玻璃（bioglass）能實現(xiàn)特定的生物、生理功能的玻璃。將生物玻璃植入人體骨缺損部位，它能與骨組織直接結(jié)合，起到修復骨組織、恢復其功能的作用。生物玻璃是佛羅里達大學美國人L.L.亨奇于1969年發(fā)明的。其主要成分有約占45％Na2O、占25％CaO與25％SiO2和約占5％P2O5。若添加少量其他成分，如K2O、MgO、CaF2、B2

54、O3等，則可得到一系列有實用價值的生物玻璃。用這種玻璃來造人體骨比某些金屬要優(yōu)越的多。只有迪康有生物玻璃生產(chǎn)。 創(chuàng)生醫(yī)療器械公司成立專門機構(gòu)——— 3D打印生產(chǎn)人體骨骼 2014年9月25日創(chuàng)生醫(yī)療器械(中國)有限公司3D打印研發(fā)中心正式投用，在國內(nèi)首次生產(chǎn)3D打印的高端骨骼假體產(chǎn)品。創(chuàng)生公司成立于1986年，2010年在香港上市，去年由全球最大的骨科器械企業(yè)美國史賽克公司收購。此次，創(chuàng)生公司完全吸收了史賽克積累多年的3D打印技術(shù)，并從德國引進世界上最先進、在我國骨科領(lǐng)域唯一使用金屬粉末的3D打印機。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，3D打印的鈦合金骨骼產(chǎn)品有兩大優(yōu)勢：一是可以按照病人的骨骼特點“量

55、體裁衣”，實現(xiàn)精確的個性化定制；二是該類植入物帶有可供骨頭長入的孔隙，相鄰骨頭在生長中會與假骨結(jié)成一體，有利于骨骼康復。這種產(chǎn)品安裝在人體中，一般可長期使用。 Objet有限公司推出了適用于3D打印醫(yī)療和牙科用戶的新型生物相容性材料 該新型材料適用于需要長期皮膚接觸（30天以上）和短期粘膜接觸（最長24小時）的應(yīng)用情況。根據(jù)協(xié)調(diào)標準 ISO 10993-1，該材料通過了五項醫(yī)療審批： 細胞毒性、基因毒性、遲發(fā)型超敏反應(yīng)、刺激性和美國藥典塑料VI級。 Objet 生物相容性材料制造通過了ISO 13485:2003認證，滿足醫(yī)療設(shè)備設(shè)計和制造綜合質(zhì)量管理系統(tǒng)的要求。? 第二章 3D

56、打印在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用 一、3D打印在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用 目前，3D打印在醫(yī)療生物行業(yè)的應(yīng)用主要包括四個方面： （1）3D模型打?。河糜诮虒W和病例討論、模擬手術(shù)、整形手術(shù)效果比較等 （2）體外醫(yī)療器械制造——無需生物相容的材料 體外醫(yī)療器械包括醫(yī)療模型、醫(yī)療器械——如假肢、助聽器、齒科手術(shù)模板等。醫(yī)學模型快速建造。醫(yī)學道具、模型、用品等材料可通過3D打印獲得。利用3D打印技術(shù)，可將計算機影像數(shù)據(jù)信息形成實體結(jié)構(gòu)，用于醫(yī)學教學和手術(shù)模擬。傳統(tǒng)醫(yī)學教學模型制作方法時間長，且搬運過程容易損壞，使用3D打印技術(shù)，可有效減少制作時間，根據(jù)需要隨時制作，并降低搬運損壞的風險。根據(jù)

57、美國組織AmputeeCoalition的統(tǒng)計，目前美國正有約200萬人使用3D打印假肢。 （3）個性化永久植入物——牙種植、骨骼移植等 對人體身體部位的復制是高度定制化的產(chǎn)品，通過3D打印，這些部件可以與身體完全契合，與身體融為一體。以骨骼為例，當人體的某塊骨骼需要置換，可掃描對稱的骨骼，再打印出相應(yīng)的骨骼，最后通過手術(shù)植入人體內(nèi)。人體組織器官代替物的材料要求很高，實現(xiàn)難度大。但目前已有一些成功案例，比如復制人體骨骼，制作義肢等。比如，人體某塊骨骼缺失或損壞需要置換，首先可掃描對稱的骨骼，形成計算機圖形并做對稱變換，再打印制作出相應(yīng)骨骼。與傳統(tǒng)方法相比，該技術(shù)不需要先制作模具，可

58、直接打印，建造速度較快。這項技術(shù)可應(yīng)用于牙種植、骨骼移植等。在制造過程中，研究人員掃描患者骨骼需求位置情況， 并設(shè)計出骨骼部件的模型，在機器作用下，材料就以層疊方式累積起來，經(jīng)過固定成形，制成一個人造骨骼實物。臉部修飾與美容也可用到這一技術(shù)。利用 3D 打印技術(shù)制作臉部損傷組織，如耳、鼻、皮膚等，可以得到與患者精確匹配的相應(yīng)組織，為患者重新塑造頭部完整形象， 達到美觀效果。首先掃描臉部建立起 3D 計算機數(shù)據(jù)，醫(yī)生可以制作出患者所缺少的部位，重現(xiàn)原來面貌。比起傳統(tǒng)技術(shù)，該方法更精確，材質(zhì)選擇更加多樣化。隨著3D打印技術(shù)所支持材質(zhì)的增多， 打印質(zhì)量的精細化，以及美容市場的壯大，臉部修飾與美容應(yīng)用

59、將有更加廣闊的天地，應(yīng)用水平亦將得到進一步提高。 在國內(nèi)，3D打印“骨骼”技術(shù)已經(jīng)于2013年被正式批準進入臨床觀察階段。目前，北京大學第三醫(yī)院骨科專家劉忠軍教授帶領(lǐng)的團隊在征得病人同意后，已有近40位患者植入了3D打印出的“骨骼”。該院在脊柱及關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域研發(fā)出3D打印脊柱外科植入物，其中頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖關(guān)節(jié)三個產(chǎn)品已經(jīng)進入臨床觀察階段。這種3D打印的假骨有助將周邊的骨頭吸引過來，使人體骨骼和植入物結(jié)合起來，促進患者康復。到目前，使用3D打印骨骼的患者恢復情況非常好，在很短的時間內(nèi)，就可以看到骨細胞已經(jīng)長進到打印骨骼的孔隙里面。 （4）細胞打印 細胞

60、打印屬較為前沿的研究領(lǐng)域，是一種基于微滴沉積的技術(shù)——一層熱敏膠材料一層細胞逐層打印，熱敏膠材料溫度經(jīng)過調(diào)控后會降解，形成含有細胞的三維結(jié)構(gòu)體。細胞打印能夠：1）為再生醫(yī)學、組織工程、干細胞和癌癥等生命科學和基礎(chǔ)醫(yī)學研究領(lǐng)域提供新的研究工具。2）為構(gòu)建和修復組織器官提供新的臨床醫(yī)學技術(shù)，推動外科修復整形、再生醫(yī)學和移植醫(yī)學的發(fā)展。3）應(yīng)用于藥物篩選技術(shù)和藥物控釋技術(shù)，在藥物開發(fā)領(lǐng)域具有廣泛前景。 在這一領(lǐng)域領(lǐng)軍的Organovo公司，已經(jīng)成功研發(fā)打印出心肌組織，肺臟，動靜脈血管等。雖然目前這一技術(shù)的應(yīng)用尚處于試驗階段，但未來有望逐步應(yīng)用于器官移植手術(shù)中。Organovo公司宣稱用3D

61、打印機完整打印一個有正常生命機能的肝臟，為肝臟移植患者提供幫助。公司先通過獨特的細胞3D打印技術(shù)，在細胞培養(yǎng)基座中打印出肝臟所需的細胞組織，然后再在培養(yǎng)皿中進行培養(yǎng)，并生成正常形狀和機能的肝臟，然后便可以移植到人體中，進行身體解毒和排毒等正常代謝功能。不過，該肝臟的生命周期只有40天左右。 二、3D打印醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用實例 北京大學第三醫(yī)院：3D打印骨骼植入近40位患者 北京大學第三醫(yī)院骨科劉忠軍帶領(lǐng)的團隊在脊柱及關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域研發(fā)出了幾十個3D打印脊柱外科植入物，其中包括頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖關(guān)節(jié)在內(nèi)的三個產(chǎn)品已經(jīng)進入了臨床觀察階段。將3D打印內(nèi)植物用于脊柱外科手術(shù)，國

62、內(nèi)外尚未見報道。骨科主任劉忠軍介紹，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，3D打印的骨骼有兩大優(yōu)勢。一個是想做什么形狀的骨骼都可以。3D打印技術(shù)可以直接生產(chǎn)出同一形狀、體積的內(nèi)植物，填充到缺損部位里面，上下用螺釘固定，就非常牢固。第二個優(yōu)點是該類植入物帶有可供骨頭長入的孔隙，可以將周邊的骨頭吸引進來，使真骨與假骨之間結(jié)成牢固的一體，患者骨骼能盡快康復。 浙江大學附屬第一醫(yī)院宣布完成首例3D打印人工椎體置換手術(shù)。 據(jù)介紹，患者在浙江大學附屬第一醫(yī)院骨科進行就診時發(fā)現(xiàn)患有“骨化性纖維瘤”，其第10、11節(jié)的胸椎已經(jīng)遭到明顯的侵蝕性破壞，并出現(xiàn)病理性骨折。以骨科主任林向進為首的醫(yī)療小組在征求了患者意見后，決定采用3

63、D激光打印技術(shù)，量身定做了個性化的鈦合金人工椎體，并于2014年12月3日實施了置換手術(shù)，目前患者術(shù)后恢復情況良好。 天津醫(yī)院完成一例手術(shù) 3D技術(shù)打印出膝關(guān)節(jié) 2014年12月10日從天津醫(yī)院獲悉，該院關(guān)節(jié)外科中心(天津市關(guān)節(jié)外科中心)應(yīng)用3D打印技術(shù)打印截骨模塊指導術(shù)中截骨，成功為一位終末期膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎伴有股骨骨折愈合畸形的患者進行了膝關(guān)節(jié)表面置換手術(shù)，該技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，填補了本市這一領(lǐng)域的技術(shù)空白。 口腔醫(yī)院引進3D打印機 假牙制作水平提高 2013年南京市口腔醫(yī)院引進了一臺國際最先進的牙科專用3D打印機，使該院義齒（假牙）制作實現(xiàn)向超高精度三維數(shù)字化水平的新跨

64、越。南京市口腔醫(yī)院引進的3D打印機主要用于固定義齒、活動義齒和種植義齒等各類義齒的制作。該設(shè)備的投入使用，使該院假牙制作從傳統(tǒng)的手工制作轉(zhuǎn)向全自動、數(shù)字化制作，從有模制造轉(zhuǎn)向無模制造，縮短了假牙制作的流程，節(jié)省了假牙合金材料的損耗和成本，保證了假牙的適合度和邊緣密合度，顯著提高了假牙的制作水平和工作效率。 世界首例3D打印金屬鎖骨和肩胛骨植入手術(shù)在西京醫(yī)院成功實施 西安第四軍醫(yī)大學西京骨科醫(yī)院骨腫瘤科郭征教授帶領(lǐng)的團隊，采用金屬 3D打印技術(shù)制備出與患者鎖骨和肩胛骨完全一致的鈦合金假體，并成功植入骨腫瘤患者體內(nèi)，成為肩胛帶不定形骨重建的世界首次應(yīng)用，標志著3D打印個體化金屬骨骼修復

65、技術(shù)的進一步成熟。作為中華醫(yī)學會醫(yī)學工程學分會數(shù)字骨科學組副組長，郭征教授帶領(lǐng)的團隊在該領(lǐng)域已經(jīng)進行了多年的研發(fā)工作，前期研究成果在 Biomaterials 等雜志上發(fā)表并獲得3項國家發(fā)明專利授權(quán)，形成了脊柱椎間融合器、股骨頭支撐棒和骨腫瘤個體化假體3D打印系列產(chǎn)品，目前正進行產(chǎn)品檢測和臨床驗證工作。 湖南醫(yī)院運用3D打印技術(shù)幫助患者植牙 將3D打印技術(shù)運用到患者牙齒種植手術(shù)中，這是長沙市第三醫(yī)院推出的一項“特色服務(wù)”?；颊叩结t(yī)院拍攝牙齒CT片后，醫(yī)生提取CT數(shù)據(jù)，對CT數(shù)據(jù)進行三維重建處理，獲得牙齒全部數(shù)據(jù)，通過計算機軟件模擬種植，完成種植方案，最后給患者實施手術(shù)。據(jù)徐紅教授介

66、紹，在給患者拍完牙齒CT后，同時采用光學掃描儀獲取牙齒的石膏模型，隨后，專家利用3D打印技術(shù)和光學掃描儀精確的判斷出缺失牙床的位置、牙床骨的深度、厚度、角度等情況，然后將種植牙齒沿著3D打印導向模板的方向種植，不到半小時就結(jié)束手術(shù)。專家指出，3D種植牙模板可以為醫(yī)生呈現(xiàn)有如活體般的立體影像，讓醫(yī)生在實際的骨骼空間中找到最佳種植牙角度和位置，讓種植牙術(shù)后效果更加完美。對于醫(yī)生而言，由于每位患者的口腔健康情況不一樣、頜骨三維不規(guī)則性等原因，牙種植體在數(shù)量、位置、形狀等方面的設(shè)計一直都是臨床口腔科醫(yī)生的難點。而3D種植牙導向模板的應(yīng)用，讓醫(yī)生擺脫了傳統(tǒng)種植牙切開翻起牙肉、縫合、拆線等步驟，將患者的創(chuàng)傷降低到最小程度，減少了腫痛和出血量和感染的風險。3D種植牙導向模板的運用標志口腔種植技術(shù)進入了更精確、更安全的微創(chuàng)時代。 Stratasys牙科3D打印機進入數(shù)字技術(shù)時代 Stratasys公司近日宣稱牙科診所將進入數(shù)字技術(shù)時代。2013年Stratasys公司推出了Objet30 OrthoDesk 3D打印機，該產(chǎn)品主要針對規(guī)模較小的牙科正畸實驗室和診所。3D打印機使得牙醫(yī)能夠大幅度縮短