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"心"动!世界首颗3D打印"完整"心脏来了
  • "心"动!世界首颗3D打印"完整"心脏来了

    Innov100
    2019-06-05 17:11:26
  • 摘要:3D打印产业在各领域应用越来越广泛,尤其是医疗领域。国家政策大力支持3D打印产业的发展,市场规模在不断增长,前景越来越明朗。

    2019年4月15日,以色列研究人员宣布,他们以人体组织和细胞为原材料,用3D打印出“完整”心脏,首次包含有细胞、血管、心室和心房等。这颗心脏大小与樱桃相仿,有收缩功能,但还不具备泵血能力。研究人员计划,约一年后开始尝试在动物身上进行移植测试。

    到底什么是3D打印呢?

    3D打印即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。

    赛智产业研究院认为,从3D打印产业生态链层次看,3D打印可分为上中下游。其中,上游为塑料、金属、蜡、石膏、砂等其他各种材料。不同的3D打印技术,对材料的要求也有所不同,例如光聚合成型主要以液态光敏树脂为主要材料;颗粒物成型的主要材料为金属、塑料、陶瓷等;而熔融层积型的适用材料为塑料等混合物。

    中游为设备研发及制造,3D打印设备主要分为桌面级和工业级两种。桌面级是3D打印技术的初级阶段,可以直观地阐述3D打印技术的工艺原理;工业级的3D打印设备主要分为快速原型制造和直接产品制造,两者在打印速度、精确度、尺寸等方面各有不同。

    下游领域主要是3D打印服务,延伸到各个细分的实际应用方向,其中包括制造、医疗、军事、建筑等领域均有所应用。

    中国3D打印市场规模

    我国3D打印产业规模不断扩大 我国3D打印从1988年发展至今,呈现出不断深化、不断扩大应用的态势。据赛智时代统计数据显示,2015-2017年的3年间,中国3D打印产业规模实现了翻倍增长,年均增速超过25%。2013年我国3D打印产业规模仅仅为3.2亿美元。2015年我国3D打印产业规模达到7.4亿美元。截止至2017年,中国3D打印领域相关企业超过500家,产业规模已达14.5亿镁元,增速略微放缓至25%左右,但仍高于全球4个百分点。2018年我国3D打印产业规模达到17.5亿美元左右。

    政策为3D打印保驾护航

    3D打印产业迎来政策红利期。为进一步推进3D打印产业发展,我国出台了一批3D打印产业的推进措施,加速政策落地,促进我国3D打印产业在未来快速健康发展。

    我国政府一直在积极推动3D打印建设。早在2015年工业和信息化部、发展改革委、财政部联合发布《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,通过政策引导,在社会各界共同努力下,我国增材制造产业实现快速发展。2017年国家11部门印发《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》,计划显示,增材制造(又称3D打印)是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术,将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响,是制造业有代表性的颠覆性技术。

    中国工程院院士、上海交大医学院附属第九人民医院3D打印创新研究中心主任戴尅戎教授表示,任何科学技术的改革创新都应一杆子走到底,“开绿灯”鼓励国内3D打印行业健康快速发展是必经之路。

    中国3D打印应用领域

    3D打印应用领域广泛,其在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点,同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。目前,应用领域排名前三的是工业机械、航空航天和汽车,分别占市场份额的20.0%、16.6%和13.8%。

    3D打印在各领域都有广泛应用

    在国际空间领域,2018年12月3日,这台名为Organaut的突破性3D打印装置,执行“58号远征”(Expedition 58)任务的“联盟MS-11”飞船送往国际空间站。打印机由Invitro的子公司“3D生物打印解决方案”(3D Bioprinting Solutions)公司建造。Invitro随后收到了从国际空间站传回的一组照片,通过这些照片可以看到老鼠甲状腺是如何被打印出来的。美国计划于2019年春季将生物打印机送上国际空间站。

    在房屋建筑领域,2014年1月,数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区。这批建筑包括一栋面积1100平方米的别墅和一栋6层居民楼。这些建筑的墙体由大型3D打印机层层叠加喷绘而成,而打印使用的“油墨”则由建筑垃圾制成。

    在汽车工业领域,2014年10月29日,在芝加哥举行的国际制造技术展览会上,美国亚利桑那州的Local Motors汽车公司现场演示世界上第一款3D打印电动汽车的制造过程。这款电动汽车名为“Strati”,整个制造过程仅用了45个小时。Strati采用一体成型车身,最大速度可达到每小时40英里(约合每小时64公里),一次充电可行驶120到150英里(约合190到240公里)。Strati只有49个零部件,动力传动系统、悬架、电池、轮胎、车轮、线路、电动马达和挡风玻璃采用传统技术制造,包括底盘、仪表板、座椅和车身在内的余下部件均由3D打印机打印,所用材料为碳纤维增强热塑性塑料。Strati的车身一体成型,由3D打印机打印,共有212层碳纤维增强热塑性塑料。辛辛那提公司负责提供制造Strati使用的大幅面增材制造3D打印机,能够打印3英尺×5英尺×10英尺(约合90厘米×152厘米×305厘米)的零部件。

    在医疗领域,3D打印肝脏模型、3D打印头盖骨、3D打印脊椎植入人体、3D打印手掌治疗残疾、3D打印制药等,在医疗领域应用越来越广泛深入。

    中国3D打印发展前景

    赛智产业研究院研究员认为,中国3D打印产业发展前景:

    一是产业将持续高速增长,预计未来十年,全球3D打印产业将仍处于高速增长期,据IDC预测,2020年全球增材制造产值将达289亿美元;而中国在不断突破技术壁垒的过程中,产业持续增长,进入大规模产业化时期。

    二是工业3D打印将成为主流方向,在航空航天、汽车、航海、核工业以及医疗器械领域对金属3D打印的需求旺盛,应用端呈现快速扩展趋势。

    三是应用深度和广度持续扩展,未来,3D打印技术的应用已经从简单的概念模型向功能部件直接制造方向发展。例如在生物医疗领域,3D打印从“非活体”打印逐步进阶到“活体”打印。

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