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3D打印制造和应用-医疗生物篇

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2022-07-09 网站管理员 网站管理员 1981


3D打印技术就好比我们在切土豆,只不过是切的逆转过程,切土豆是将加工成土豆片、土豆丝、土豆丁或土豆泥,而3D打印则是将土豆片、土豆丝、土豆丁或土豆泥反向组装通过热熔喷丝,或者是固化面成型亦或者是粉末重新组装成土豆的过程,这四个过程就对应了四种比较常用典型的3D打印技术工艺:采用投影光固化组装的数字光处理(SLA  LCD  DLP)、采用纤维堆叠组装的熔融沉积(FDM)、采用微球进行组装的喷墨打印以及采用粉末烧结进行组装的选择性激光烧结(SLS)。其中,我司领创三维便是以生产制造FDM  SLA LCD这三种技术类型3D打印机为主的生产企业。


过去的几十年里,3D打印技术经过不断地技术更新还有更多的3D打印材料诞生,各种3D打印已被广泛的应用于除了各种工业用途,还能应用于各种医疗医美行业,航空汽车工业,动漫模型应用,甚至是生物3D打印和用于3D打印军事武器等用途。

对于3D打印用于军事用途的一些过程细节我们不为详知,但是对于今天发生了一件令世界震惊的新闻,莫过于日本前首相安倍遭遇枪击事件,相信经过一天的发酵,已经在全网传的沸沸扬扬无人不知。据电:78日日本前首相安倍晋三在奈良县奈良市街头演讲时遭遇枪击,经数小时抢救无效身亡,终年67岁。据不可靠消息,枪手所使用经过伪装的霰弹枪系便由自行3D打印改装而来。(请勿滥用科学技术,谨慎使用方式,遵守法律法规)

近年,生物3D打印已被广泛地应用于构建如皮肤、血管、心脏等诸多组织/器官原型,虽然还处于实验原型状态,但这不仅为器官替换的宏伟目标奠定基础,也可作为体外病理模型服务于药物筛选、器官发育及病变等领域。考虑到器官/组织有复杂的结构,种类繁多的生物3D打印方法被开发出来用以针对不同的应用场景。如何根据应用需求来选择合适的生物打印方法?生物3D打印的发展、设计生物墨水便是最重要的技术要点,生物墨水是在可打印性、生物相容性和机械性能三者中找到平衡点。我们认为未来比较会广泛应用的三个生物3D打印技术是投影式光固化打印、悬浮支撑打印及同轴打印,相信不久的将来我们便可以将生物3D打印技术运用于临床。


相对于还存在实验室状态的生物3D打印技术而言,实际医疗上用于3D打印的案例也数不胜数,虽然医疗行业中3D打印的重点主要集中在患者使用的植入物和医疗设备上,但最大的应用领域之一集中在解剖复制品上。从历史上看,临床培训、教育和设备测试都依赖于使用动物模型、人类尸体和人体模型来获得临床模拟的动手经验。但这些存在一些缺陷,包括供应有限、处理和储存费用高、模型内缺乏病理学、与人体解剖结构不一致以及无法准确表示活体人体的组织特征,甚至在实际治疗之前实施选定的手术干预。这些模型有助于医生了解难以可视化的患者解剖结构,尤其是在使用微创技术时。模型还有助于精确确定医疗设备的尺寸。医生还可以使用这些模型向患者及其家属解释即将进行的手术,并向临床团队传达手术步骤。为了帮助降低成本,一些机构已经开发了一些程序,外科医生可以在低成本人体模型上练习和计划手术,这些人体模型移植有患者特定的3D打印模型。再加上3D打印技术能够在一个零件中适用硬材料和软材料,允许精确复制人体组织、钙化和骨骼,这意味着外科医生现在可以更好地了解手术需要如何进行,直到患者解剖结构。

就像制造业中使用钻模来确保将孔放置在准确的位置一样,医生也使用导向器和工具来协助手术。(领创三维3D打印便与多家医疗合作单位实行合作在3D打印颈椎校正辅助和立体定向钻孔引流以及一些手术辅助工具等)历史上,手术导向器和工具是由钛或铝制成的通用设备。通过实施3D打印,医生能够创建完全遵循患者独特解剖结构的导向器,精确定位手术中使用的钻头或其他器械。3D打印的导向器和工具用于使修复治疗(螺钉、钢板和植入物)的放置更加精确,从而获得更好的术后效果。


而对于3D打印运用最广的案例莫过于3D打印假肢。通常,传统的制造技术和材料用于生产功能性假肢的结构部分。增材制造(3D打印)通常在接口部分实施,方法是生成与用户解剖结构完美契合的复杂轮廓,从而提高舒适度和贴合度。AM 还应用于假肢的外表面,以产生逼真的有机外壳,隐藏假肢的机械性质。这也允许佩戴者根据他们喜欢的任何设计或风格完全定制他们的假肢。仅在美国,每年就有近200000例截肢手术,假肢价格在5000-50000美元之间,更换或改装既耗时又昂贵。因为假肢是个人物品,每一件都必须是定制的或适合佩戴者的需要。3D打印技术现在经常被用于生产与用户解剖结构完全匹配的特定于患者的假肢部件。3D打印技术已被用于生产各种各样的产品,从舒适贴合用户的假肢连接到复杂的、高度定制的癌症患者面部假肢。医学上的3D打印正在帮助假肢的发展。已知传统制造的假体非常昂贵,并且对于被截肢者来说也不舒服。3D打印解决了这些问题。最终目标是设计既适合特定患者需求又具有成本效益的舒适假体。随着3D打印假肢和3D打印假腿的众多项目,这个目标已经成为现实!在为战难难民和许多其他因自然灾害而受伤的人提供假肢或更换肢体方面,已经做了伟大的工作。此应用程序的好处确实是巨大的。最终有可行的解决方案给医学界和患者都带来了希望和喜悦。

3D打印在于工业上的用途我们这里不一一概述,前文我们有讲解过对于现代工业上3D打印技术的重要性,无论是模型工件验证还是实际应用,3D打印都有着非常广泛的实际应用。可谓是现代工业必不可少缺失的一个环节。

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