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"心"動!世界首顆3D打印"完整"心臟來了
  • "心"動!世界首顆3D打印"完整"心臟來了

    Innov100
    2019-06-05 17:11:26
  • 摘要:3D打印產業在各領域應用越來越廣泛,尤其是醫療領域。國家政策大力支持3D打印產業的發展,市場規模在不斷增長,前景越來越明朗。

    2019年4月15日,以色列研究人員宣布,他們以人體組織和細胞為原材料,用3D打印出“完整”心臟,首次包含有細胞、血管、心室和心房等。這顆心臟大小與櫻桃相仿,有收縮功能,但還不具備泵血能力。研究人員計劃,約一年后開始嘗試在動物身上進行移植測試。

    到底什么是3D打印呢?

    3D打印即快速成型技術的一種,它是一種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。 3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型,后逐漸用于一些產品的直接制造,已經有使用這種技術打印而成的零部件。

    賽智產業研究院認為,從3D打印產業生態鏈層次看,3D打印可分為上中下游。其中,上游為塑料、金屬、蠟、石膏、砂等其他各種材料。不同的3D打印技術,對材料的要求也有所不同,例如光聚合成型主要以液態光敏樹脂為主要材料;顆粒物成型的主要材料為金屬、塑料、陶瓷等;而熔融層積型的適用材料為塑料等混合物。

    中游為設備研發及制造,3D打印設備主要分為桌面級和工業級兩種。桌面級是3D打印技術的初級階段,可以直觀地闡述3D打印技術的工藝原理;工業級的3D打印設備主要分為快速原型制造和直接產品制造,兩者在打印速度、精確度、尺寸等方面各有不同。

    下游領域主要是3D打印服務,延伸到各個細分的實際應用方向,其中包括制造、醫療、軍事、建筑等領域均有所應用。

    中國3D打印市場規模

    我國3D打印產業規模不斷擴大 我國3D打印從1988年發展至今,呈現出不斷深化、不斷擴大應用的態勢。據賽智時代統計數據顯示,2015-2017年的3年間,中國3D打印產業規模實現了翻倍增長,年均增速超過25%。2013年我國3D打印產業規模僅僅為3.2億美元。2015年我國3D打印產業規模達到7.4億美元。截止至2017年,中國3D打印領域相關企業超過500家,產業規模已達14.5億鎂元,增速略微放緩至25%左右,但仍高于全球4個百分點。2018年我國3D打印產業規模達到17.5億美元左右。

    政策為3D打印保駕護航

    3D打印產業迎來政策紅利期。為進一步推進3D打印產業發展,我國出臺了一批3D打印產業的推進措施,加速政策落地,促進我國3D打印產業在未來快速健康發展。

    我國政府一直在積極推動3D打印建設。早在2015年工業和信息化部、發展改革委、財政部聯合發布《國家增材制造產業發展推進計劃(2015-2016年)》,通過政策引導,在社會各界共同努力下,我國增材制造產業實現快速發展。2017年國家11部門印發《增材制造產業發展行動計劃(2017-2020年)》,計劃顯示,增材制造(又稱3D打印)是以數字模型為基礎,將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術,將對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響,是制造業有代表性的顛覆性技術。

    中國工程院院士、上海交大醫學院附屬第九人民醫院3D打印創新研究中心主任戴尅戎教授表示,任何科學技術的改革創新都應一桿子走到底,“開綠燈”鼓勵國內3D打印行業健康快速發展是必經之路。

    中國3D打印應用領域

    3D打印應用領域廣泛,其在下游應用行業和具體用途領域的分布反映了這一技術具有的優勢和特點,同時也反映了這一技術的局限和在發展過程中尚需完善的地方。3D打印機需求量較大的行業包括政府、航天和國防、醫療設備、高科技、教育業以及制造業。目前,應用領域排名前三的是工業機械、航空航天和汽車,分別占市場份額的20.0%、16.6%和13.8%。

    3D打印在各領域都有廣泛應用

    在國際空間領域,2018年12月3日,這臺名為Organaut的突破性3D打印裝置,執行“58號遠征”(Expedition 58)任務的“聯盟MS-11”飛船送往國際空間站。打印機由Invitro的子公司“3D生物打印解決方案”(3D Bioprinting Solutions)公司建造。Invitro隨后收到了從國際空間站傳回的一組照片,通過這些照片可以看到老鼠甲狀腺是如何被打印出來的。美國計劃于2019年春季將生物打印機送上國際空間站。

    在房屋建筑領域,2014年1月,數幢使用3D打印技術建造的建筑亮相蘇州工業園區。這批建筑包括一棟面積1100平方米的別墅和一棟6層居民樓。這些建筑的墻體由大型3D打印機層層疊加噴繪而成,而打印使用的“油墨”則由建筑垃圾制成。

    在汽車工業領域,2014年10月29日,在芝加哥舉行的國際制造技術展覽會上,美國亞利桑那州的Local Motors汽車公司現場演示世界上第一款3D打印電動汽車的制造過程。這款電動汽車名為“Strati”,整個制造過程僅用了45個小時。Strati采用一體成型車身,最大速度可達到每小時40英里(約合每小時64公里),一次充電可行駛120到150英里(約合190到240公里)。Strati只有49個零部件,動力傳動系統、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動馬達和擋風玻璃采用傳統技術制造,包括底盤、儀表板、座椅和車身在內的余下部件均由3D打印機打印,所用材料為碳纖維增強熱塑性塑料。Strati的車身一體成型,由3D打印機打印,共有212層碳纖維增強熱塑性塑料。辛辛那提公司負責提供制造Strati使用的大幅面增材制造3D打印機,能夠打印3英尺×5英尺×10英尺(約合90厘米×152厘米×305厘米)的零部件。

    在醫療領域,3D打印肝臟模型、3D打印頭蓋骨、3D打印脊椎植入人體、3D打印手掌治療殘疾、3D打印制藥等,在醫療領域應用越來越廣泛深入。

    中國3D打印發展前景

    賽智產業研究院研究員認為,中國3D打印產業發展前景:

    一是產業將持續高速增長,預計未來十年,全球3D打印產業將仍處于高速增長期,據IDC預測,2020年全球增材制造產值將達289億美元;而中國在不斷突破技術壁壘的過程中,產業持續增長,進入大規模產業化時期。

    二是工業3D打印將成為主流方向,在航空航天、汽車、航海、核工業以及醫療器械領域對金屬3D打印的需求旺盛,應用端呈現快速擴展趨勢。

    三是應用深度和廣度持續擴展,未來,3D打印技術的應用已經從簡單的概念模型向功能部件直接制造方向發展。例如在生物醫療領域,3D打印從“非活體”打印逐步進階到“活體”打印。

    ▎本文系Innov100原創文章,轉載請標明出處。

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