编辑/导读:卢远添

【导读】本期《硬件邦》继续关注3D打印的前沿应用:3D打印器官和癌症肿瘤模型,以及即将用于临床的3D打印骨骼等。分析这些案例我们发现,健康医疗行业仍然是3D打印应用最热门的领域。除此以外,不论是轻薄的时装,还是体积规模庞大的建筑、军事与航天系统,都已成为3D技术展现效能的用武之地。

1、3D打印制作心脏模型

现代心脏外科发展到今天已经相当发达。在此基础上,斯坦福大学的心脏病专家Paul Wang博士和他的助手们,利用3D打印技术,精确复制病人心脏,并制成模型,从而帮助医生提高手术精度和成功率。

这种技术首先通过CT对病人心脏进行扫描,然后使用CAD软件将扫描获得的三维数据生成3D模型。最后由3D打印机,在数小时内完成心脏模型的制作。3D打印心脏模型十分接近病体,外科医生可以据此调整手术时要用到的各种设备的精度,比如导管或冠状动脉支架等。这项技术可以让医生在手术前,模拟测试不同的手术方案,以确定出最安全可靠的一种。

2、人体脂肪干细胞打印"天然心脏"

美国路易斯维尔大学生物学家威廉斯领导的研究团队,试验利用人体脂肪干细胞,通过3D打印技术制成血管和瓣膜等心脏部件。如果将这些部件全部组装,就能构成一颗完整的人造心脏。这支研究团队计划在3至5年内实现这一目标,并有可能最终尝试使用人的自体细胞,打印出一个完整的、能用于移植的心脏。如果计划进行顺利,这种3D打印的人造生物心脏,有望在十年内进入人体实验阶段。研究者还表示,如果使用病人自体脂肪干细胞,打印心脏移植技术获得成功,会有效解决排异问题,将更有助于患者的康复。

3、3D打印“仿制”癌症肿瘤

日前,来自中国和美国的研究人员,利用3D打印技术成功地在实验室环境中,仿制了一个癌症肿瘤模型。这个模型使用纤维蛋白做为支架,外面包裹了一层宫颈癌细胞。制作前,研究人员把宫颈癌细胞,与含有明胶/藻酸盐/水凝胶的纤维蛋白原,混合之后注入3D细胞打印机制成模型。模型制作完成后,上面有一种网格状结构的成份,宽度和长度均为10mm,类似于纤维状蛋白质,构成肿瘤的细胞外基质。研究人员称,制作这个癌症肿瘤的意义在于,为测试各种药物提供一个最接近真实的环境,让研究人员更直观的看到测试结果。

4、3D打印介入子宫切除术前预演

广州医科大学附属第三医院妇产科,近日为一位复杂型胎盘植入患者成功实施了子宫切除术。手术成功的因素之一就是医生们在术前,使用3D打印全仿真胎盘模型进行了手术模拟实验。

在术前,专家们首先对患者的子宫、胎盘、膀胱进行三维重建,利用3D打印技术制成比例为1:1的仿真胎盘模型,并在此基础上进行了术前演练,从而保证了手术的顺利成功。同时,这次手术也成为了全球首例在复杂型胎盘植入治疗中,应用3D打印模型的子宫切除术。

5、日本3D打印骨骼技术等待政府批准上市

日前,一个由NEXT21株式会社、东京大学和理化学研究所联合组成的研究小组,开发出了世界上第一台专门用于打印人工骨骼的3D打印机。这项技术由新能源产业技术综合开发机构(NEDO)进行了临床研究,效果表示良好。该研发团队已向日本药品和医疗器械管理局(PMDA)申请,批准在日本市场生产和销售3D打印人造骨骼。

这种3D打印机不需要加热工艺,可以复制骨骼形状和打印骨骼结构,精度为0.1mm。同时由于打印材料中含有磷酸钙,打印出的成品骨骼具有生物活性。据NEDO表示,与传统产品相比,3D打印的骨骼更容易与患者的自然骨骼融合。它可通过骨质再生,迅速转化为新的、有活力的骨骼。

6、欧盟开发为老年人制作食物的3D打印机

2012年欧盟启动了一个名为PERFORMANCE的项目,为生活在养老院中的体弱老人,开发一种具有全面营养功能的、个性化的粮食供应链。目前,这个项目正在研制一种能够为老人制造色、香、味俱全的食品3D打印机。

这种3D打印机以类似2D打印机的方式工作,只不过每个“墨盒”里装的不是颜料,而是不同的食物。比如蔬菜、肉类和碳水化合物等。这种打印机配有一个装着48个喷嘴的打印头,可逐层打印食品。另外,研究人员正在开发一种凝胶剂,可在打印中使食物粘在一起。3D打印食品不仅保持了食物原本的味道,而且还能通过“墨盒”来添加特定的营养素,特别适合老人使用。此型3D打印机预计将在2015年开发完成。

7、NASA准备将3D打印机送入太空

据美国媒体报道,预计美国宇航局(NASA)将于下个月把一台3D打印机送上太空。这台3D打印机被命名为“3D Print”,是由一家名为Made in Space的公司设计制造。开发者表示,这台设备能够打印出空间站上30%的零备件。若试验成功,NASA将不需要在每次发射中,都要搭载数以万件的零备件上天。从而有可能节省巨额的太空发射成本和飞行运载空间,为每次发射节约数百万美元。

8、美国3D打印舰船设备和无人机

据报道,美国正在推行一项名为“海军3D技术交换”的计划,利用3D打印机普及海上船只的标配设备。在该计划赞助下,已有25个小组正在研究、测试此项3D打印技术,并计划在船只、潜艇和空中设备上进行试验。3D打印无人机就是其中包括的一项。隶属于美军计算机网络作战司的一名负责人本·科曼说,3D打印无人机造价低廉,可以一次性使用。能够用于作战、情报、监视和侦察等诸多行动。除在空中,这种技术在未来的海战中也会派上用场。水兵们可以在船上打印出“数百架”无人机用数量取得优势。

9、3D打印泳衣惊艳上海时装周

在本届上海时装周上,爱慕集团推出的一款3D打印泳装成为一大亮点。3D打印技术可以使泳装的蕾丝花边,以及周边装饰元素制作得更加精美。在保持材质柔软的同时加强造型,最大程度地还原了设计师的创作灵感。爱慕董事长张荣明表示在未来,服装企业会将大数据用于泳装设计,完成用户偏好分析和泳衣模型设计等,使泳衣的设计达到功能与美的统一。

10、3D打印住宅显霸气

近日,荷兰DusArchitects公司的建筑设计师,计划使用3D打印组件建设一套未来住宅并初获成功。设计师们曾利用KamerMaker超大型专业建筑3D打印机,历时三个星期制成第一块高约3米的房屋边角组件。目前,这所房子已经完成了一小部分,开始在阿姆斯特丹展示。按照设计,完成房屋所有组件的打印大概需要3年时间。尽管时间漫长,设计团队还是认为这是一场具有革命性的尝试。因为3D打印房屋的原材料可循环利用,打印的方式更会降低传统建筑过程中的运输成本,并将有效减少建筑垃圾的产生。

无独有偶,近日成批的“3D打印房”在中国的上海青浦亮相。其墙体与众不同,并非由钢筋水泥浇筑,而是用一种特殊的“油墨”,根据电脑设计图纸和方案,在现场层层叠加“喷绘”而成。其最大的亮点是,打印原料来自于建筑垃圾,且建造过程不会产生新的废料。不过“油墨”打印的刚度、强度和耐久性等综合性能,还需要进一步的验证。


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