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日前，咨询机构沃勒斯发布2019年3D打印产业年度报告：2018年的3D打印产业规模为96.8亿美金，并预测到2020年有望达到158亿美金，2022年可能会爬升至239亿美金，2024年则有可能达到356亿美金。 热度爬升：投资热度不断，玩家开始增加 日前，咨询机构沃勒斯发布了2019年的3D打印产业年度报告：2018年的3D打印产业规模为73.4美金，并预测到2020年，3D打印产业规模有望达到158亿美金（约合1061亿人民币），2022年可能会爬升至239亿美金（约合1605亿人民币），2024年则有可能达到356亿美金（约合2391亿人民币）。 [图片] 各界企业普遍看好3D打印技术对各产业产生的价值，目前投资于3D打印技术研发的企业包含了空中巴士、阿迪达斯、福特、丰田等知名企业。 据公开资料统计，2016年时，全球有能力自主“研发与生产”3D打印机的企业共计有97家；2017年共计有135家；到了2018年时，已增加至177家。产业内的系统性玩家开始增加，意味着打印机的相关研发、制造技术趋于成熟。 产业多角扩张发展：定制化能力使得技术成功深入各领域 3D打印产业的蓬勃发展，主要源于产业的定制化能力高，可应用的场景相当多样，目前在各产业与场景的深度融合状况也都较为乐观。 以产业而言，在成衣、传统汽车、飞航、建筑、武器、医药、机器人与航天产业都已经有一定的应用成果。目前运用3D打印在其制造流程当中的代表企业包含了空中巴士、波音、宝马等。 一、成衣领域 耐克于2012年利用了3D打印技术为美国橄榄球球员设计鞋款“Vapor Laser”，采一体成型的技术，有效提升球员移动效率；2018年，New Balance首次亮相其为运动员设计的跑鞋，可利用3D打印技术进行客制化，完全贴合脚型。 二、传统汽车领域 2014年，瑞典超级跑车生产商科尼赛克利用了3D打印技术生产零部件，用于其車款One：1，该生产商同时拥有专属的零部件3D打印生产線；美国工程公司Kor Ecologic和3D打印机生产商Stratasys共同制造的车款Urbee，则是世界第一辆使用3D列印技術打印出车身和车窗的汽車。 三、飞航领域 由于飞机不但制造周期长且耗材多，通过3D打印技术，能够有效提升材料利用率并缩短制造耗时。2015年，空中巴士公司宣布其机种A350 XWB有超过1000个零部件是通过3D打印制造。 四、建筑领域 现今3D打印技术在建筑领域主要用于模型的搭建。过往展示用的建筑模型多为手工制作，制作费时且不易达成客户心理预期。通过3D打印可完整呈现设计图，并有效降低制作时间。 南加州大学目前已经开发出可直接打印出房子的技术，未来有望在24小时内“印出”一个建筑物，且达到零耗材的目标。 五、武器领域 2012年，美国一个民间组织设计出可通过3D打印大量制造的gun设计图；2014年，日本一名男子因自行打印可开火的gun且传播抢支设计图被逮捕，成为世界第一个因打印武器遭到判刑的人。 六、医药领域 3D打印目前已经成功运用于器官移植及医疗器械制造。目前在器官移植上，已成功为骨盆、下颚进行替换，另外也运用在面部毁容患者的重建，未来有望助力骨科、助听科与牙科相关技术的发展。 七、机器人领域 类人形机器人由于零部件复杂，现多以人工进行组装，在量产上仍有挑战。通过3D打印可以有效解决组装问题，使得类人形机器人实现量产计划。目前全球已有企业开发出可以3D打印技术制造的类人形机器人。 刚需尚未形成：C端销量成长惊人，但份额仍偏小 不仅是在产业上的应用开始普及，3D打印机也逐步走向C端消费者。 一般消费级3D打印机价位普遍在5000美金（约合33580人民币）以下，主要面向一般用户，如：个体消费者、学校以及家庭等。 一、个体消费者/家庭 市面上的消费级3D打印机目前在个体消费者的运用仍以娱乐性大于实用性为主。消费客群多为科技潮流跟随者，但也有部分家具（如：挂衣钩、门把等）已经通过3D打印实现自主生产。 二、学校 STEAM教育是3D打印机目前在学校中最大的应用领域。通过打印技术，校方不再需要购买昂贵的编程培训硬件设备，学生可自行设计、打印并组建模型，能够比一般STEAM教育更好的训练各项能力。 2015年，全球共售出了27.8万台消费级3D打印机，而沃勒斯的最新数据显示，2018年全球售出了近52.9万台消费级3D打印机，出货量爆炸性的成长了近2倍，但占总体规模份额仍偏小。 但总体而言，C端市场的发展性仍然是乐观的。随着制造机器与打印的技术双双趋于成熟，会带动打印机的成本及价格下调，并大幅拓宽一般消费者可应用的场景，能够扮演日常家电一样的角色。 未来发展趋势：开拓单机开源材料运用、更快的打印速度与更低的售价 整体而言，3D打印技术的发展前景仍是值得期待的。 亿欧智库认为，未来的发展趋势主要会聚焦在三大方面：开拓单机在多种材料的自由使用，提升3D打印机的打印速度，以及降低3D打印机的售价。 开拓单机在多种材料的自由使用，指的是由于目前的3D打印机多以仅能使用单种材料（如单使用硅胶或是铁），未来将会着重开发出能够使用多种材料的打印机，大幅拓宽单台机器能使用的应用场景。 而更快的打印速度与更低的售价，也有助于3D打印机深入商业场景与民用场景中。 3D打印技术能达到材料的充分利用以及为用户实现高度定制化，随着技术趋于成熟，其能够以更为环保的模式，为各产业提供强大的设计与制造支持。

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基于智能材料的4D打印技术受到了越来越广泛的关注。现阶段，用于4D打印的智能材料主要有两类：形状记忆材料和可膨胀材料。其中，可膨胀材料的4D打印不需要额外的热编程步骤，可以利用多材料打印工艺一次性集成。遗憾的是，现阶段绝大多数可膨胀材料为水凝胶，其利用材料含水量的变化来实现结构的可逆变形，这种方式响应较慢，且变形较小。 近期EFL团队提出了一种全新的硅胶/液态金属复合材料（TRLME），能够在热刺激下快速地产生可逆变形。TRLME是硅胶、液态金属和酒精混合的复合材料，其中液态金属和酒精微滴均匀的分散在硅胶之中，酒精微滴相当于一系列嵌入在硅胶基底中的微气囊，其在受热时发生相变（汽化）膨胀，从而驱动复合材料变形，液态金属微滴显著提高了复合材料的热响应和力学性能。通过在复合材料中添加纳米二氧化硅，TRLME的可打印性能够被有效地改善，从而能够实现该材料的可靠打印。 除了开发相应的多材料3D打印工艺之外，我们还系统了研究了材料配方和结构参数对打印结构性能的影响，为后续的结构设计提供了指导。打印的双层结构能够在20s的时间内实现近540°的弯曲变形，具有出色的热响应变形性能。最后，我们打印了一系列复杂的结构，展现该材料在构造智能结构和软机器人方面的潜力。 题为“4D Printing of High Performance Thermal Responsive Liquid Metal Elastomers Driven by Embedded Micro Liquid Chambers”的论文已被期刊ACS Applied Materials & Interfaces在线刊登，周璐瑜硕士生为第一作者，叶江浩硕士生为共同一作，贺永教授为通讯作者。 [图片]图1.微气囊驱动的液态金属复合材料的材料体系。 [图片]图2.微气囊驱动的液态金属复合材料的4D打印。 [图片]图3. 4D打印微气囊驱动的液态金属复合材料的结构参数。 [图片]图4. 使用微气囊驱动的液态金属复合材料打印的智能结构。 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b22433

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如今，世界各地的赛车队不少都在使用3D打印技术改进其赛车设计和制造。来自西班牙的学生赛车队ETSEIB Motorsport也从这项技术中受益，年轻的工程师开始使用3D打印来提高效率。 车队已完全采用3D打印来为今年的大学生方程式比赛定制电动赛车。为了给制动器3D打印定制的冷却风道，该团队使用了BCN3D Epsilon，这是一种FFF 3D打印机。参赛学生使用PAHT CF 15（高温聚酰胺碳纤维丝）材料打印， 这种材料的杨氏模量为8.3GPa，可提供足够的刚度，而且能够应对高达180oC的高温，实现尺寸稳定性。 西班牙学生发现这种材料是理想的，因为这些品质使比赛中的刹车冷却管能够承受高温和外部冲击。 [图片]ETSEIB赛车队，BCN3D拍摄。 3D打印与传统方法 在没有使用3D打印技术之前，赛车队一般是通过碳纤维布堆叠的方式来制造，往往需要更多的资源和预算。根据ETSEIB Motorsport的计算，使用传统方法的成本为690欧元，而3D打印零件的成本为32.5欧元，仅需8.5小时即可制造。 [图片]ETSEIB Motorsport比较了使用3D打印和碳纤维制造的最终用途零件的价格， 图片来自BCN3D。 西班牙工程团队还解释说，尽管碳纤维布堆叠部件较轻，但3D打印的部件使用寿命可能更长。 当汽车高速行驶时，碎石或轮胎碎屑会损坏纤维组件–研究小组发现3D打印的零件不那么脆弱。 [图片]ETSEIB Motorsport的3D打印最终用途零件，BCN3D拍摄的照片。 通过3D打印加速汽车改造 澳大利亚赛车队Triple Three Race Engineering也正在使用HP的3D打印技术为其赛车生产定制零件。 总部位于澳大利亚的3D打印解决方案提供商Triple Triple与EVOK3D合作，已经能够使用HP Multi Jet Fusion（MJF）技术对赛车方向盘的多个零件进行3D打印。 设计师声称，3D打印技术使他们能够自定义砂轮，优化其重量，降低成本并缩短生产时间。 为了实现更快的汽车定制化，特斯拉汽车升级专家Unplugged Performance是Formlabs的新材料Tough 1500的早期用户。Formlabs的新树脂具有很高的抗冲击强度，可以更安全，更快地将传感器安装在特斯拉汽车的保险杠中。

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来自德国德勒斯登Fraunhofer材料暨光束技术研究所(Institute for Material and Beam Technology，简称Fraunhofer IWS)，以及德勒斯登工业大学(TU Dresden)航天工程研究所的研究人员，以3D打印技术打造了新式火箭引擎，配备了微型发射器使用之气尖喷嘴(aerospike nozzle)，能用以将小型卫星送上太空；研究团队已经制作出按比例缩放的引擎原型，预期这种引擎消耗的燃料能比传统引擎减少30%。 [图片] 该研究团队表示，小型卫星市场呈现成长态势，根据市场研究机构Allied Market Research的估计，该市场可从2018年的36亿美元，在2026年达到157亿美元的规模，期间复合年平均成长率(CAGR)为20.1%。小型卫星的重量通常低于500公斤，其市场成长动力来自于农业、能源、土木工程、石油与天然气等产业对地球观测服务的需求。 英国打算在苏格兰兴建一个太空港──这会是欧洲的首个太空港，而德国工业联盟(Federation of German Industries，BDI)也支持建立一个国家太空港，设置将研究设备与小型微星送上太空的中、小型发射器平台；这种小型发射器的酬载重量可达350公斤。 上述的Allied Market Research研究报告指出，与传统卫星相较，小型卫星的开发周期较短，所需开发团队规模也比较小，制造与发射成本也因此降低；但一个可能阻碍小型卫星市场成长的因素是──缺乏专用发射器。 德国的研究人员们相信，气尖引擎能让微型发射器更节省能源；经过了两年的努力，他们在德国联邦教育暨科研部(German Federal Ministry of Education and Research，BMBF)的赞助下，成功制作并测试了气尖引擎，预期燃料消耗量远低于传统火箭引擎。 其研发成果的独特之处，在于燃料喷射器、燃烧室以及喷嘴都是利用称为「雷射粉床熔融」(laser powder bed fusion，L-PBF)的积层制造技术一层一层印出来的；研究人员表示：「喷嘴是以尖状的中心体组成，这种设计是为了加速燃烧气体。」 由Fraunhofer IWS与TU Dresden联合营运的德勒斯登积层制造中心(Additive Manufacturing Center Dresden，AMCD)科学助理Michael Muller表示，气尖引擎技术可回溯到1960年代，而现在他们是将积层制造导入传统制程，催生更高效率的引擎。 研究人员表示，气尖喷嘴「能在从地球发射至太空轨道的过程中，更良好适应气压变化，并因此使其更具效率，燃料消耗量能比传统引擎更低；」消耗的燃料更少，意味着整体系统的重量能进一步减轻，并且让酬载量更大。 为了实现以积层制造技术──也就是3D打印──设计与制作的火箭引擎，项目团队中的TU Dresden航天专家负责为引擎画设计图，Fraunhofer IWS研究人员则进行制造与材料的验证；该团队的第一步是让设计能适应积层制造程序，然后是材料的选择与特征化。接下来他们以L-PBF技术制作了引擎的两个零件，并对其表面功能进行二次加工，用雷射焊接将零件结合；再用计算机断层扫瞄来检查孔洞或其他缺陷，以确保烧结粉末不会阻塞冷却通道。 研究人员决定以积层制造技术制作金属火箭，是因为这种火箭需要优异的冷却以及内部冷却通道。「这种复杂的再生冷却系统具备如迷宫般的内部管道，无法以传统方法铣磨铸造；」Fraunhofer IWS的3D制造部门经理Mirco Riede表示：「藉由一层层熔化粉末，这种选择性的雷射熔融技术能逐渐形成具备1mm宽度冷却信道的零件。」他接着指出：「冷却通道沿着燃烧室的轮廓，内部残留的粉末会被清干净；这种金属必须满足严格的要求，在高温下仍维持固态与良好的导热性，以确保最佳冷却效果。」 研究团队制作的气尖引擎原型已经过TU Dresden航天工程研究所的实验室测试，达到30秒的点火时间(burn time)；Muller表示，这证明了使用积层制造技术能成功打造出可用的液体推进喷射引擎。目前研究人员正在研究如何进一步提升该喷射系统的引擎效率，于2020年1月启动了名为CFDμSAT的新项目，并与欧洲火箭开发商Ariane Group以及德国大厂西门子(Siemens)结为伙伴。

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注塑工艺作为主流制造方式为生活和制造业各环节提供了成千上万的塑料制品，从发明至今近150年来关于注塑成型有一件事从未改变：对模具的需求。虽然CNC和3D打印技术的介入使模具的制造过程日渐快捷，但复杂的模具制造过程和工艺挑战始终伴随左右。 增材制造作为新兴技术已被广泛应用于原型制造，随着技术发展和材料进步，增材制造被越来越多地应用于批量化直接生产。那么，什么是增材制造的数字化生产？是一字排开多台的3D打印机工厂，还是设计管理软件的大规模互联？如果把增材数字化工厂跟传统注塑成型工厂对比，各自优势在哪里？ 3D Systems 《注塑成型的数字化替代方式》白皮书，给出了这些问题的答案。 技术、材料、成本以及管理的取舍决定了注塑企业的核心竞争力 [图片] Part1：注塑工艺是怎么运作的？ 一、注塑成型 注塑成型（Injection Molding）是将已加热融化的材料喷射注入到模具内，经由冷却和固化后，得到成形塑料制品的方法。适用于量产形状复杂的产品。 二、制造模具 注塑模具的设计过程十分严谨耗时，从产品评估、模流分析、排位到设计修改，短则一周，长则月余。模具加工工艺历经粗加工、精加工以及抛光等多道工艺，耗时较长启动成本攀升。 [图片] 三、注塑成型 注塑过程包含开关安全门、锁模、注射保压、冷却、开模、取出等主要步骤，重复执行作业流程以连续生产。这个过程是材料、设备、模具和参数设置的综合管理，需要丰富的经验和与之配套的后处理工艺。 四、常见问题 上机注塑的过程中，工程师们时常面临来自工艺的挑战： 外观问题：凹痕、银纹、气泡、龟裂、分割线段差等。 工艺问题：充填不满、分型面飞边过大、粘模、不正常推出 性能问题：以及翘曲、应力、密度不均匀等。 [图片] 工艺参数较易调整，有些性能问题的成因可能来自多个方面：材料、设备、模具。 快速找到症结往往需要资深专家的诊断。如果模具本身需要调整，时间和经济成本让人头疼，小批量订单面临更高风险。 [图片] Part2：增材制造数字工厂是如何运行的？ 一、数字化设计 直接使用CAD/CAM 软件设计最终成品件而非模具，3D打印可满足设计时对功能或结构要求，如有机或复杂的内部型腔、减少的部件数量以及使用更高强度的增材制造轻质材料，适用于几乎所有结构。 二、原型或生产式打印 3D 打印已经成为普遍的生产原型和短期生产用部件的方法，源于它节省了模具的制造时间和成本。读取CAD/CAM数据后即可以24/7不间断工作。无需专人值守，无模具损坏风险。多件塑料制品从成型平台上拔地而起，速度以每分钟毫米计算。 三、成品管理 软件设计旨在实现工厂本地操作和智能支持，并通过网络和云连接进行远程操作，促进智能制造的高效数据交换。机械臂将部件从树脂桶中快速拉出完成洗涤、干燥和固化操作。数字检测也可以集成到打印平台中，通过传感器和三维扫描件实践工业4.0策略。结合打印管理软件，数字化工厂可使用行业标准协议（如 MTConnect 和OPC 统一架构(OPC UA)）进行实时通信。可规模扩展并可在自动化生产线中运行。处理长期或短期批次、允许不同生产部件的快速切换。使制造商能够快速迭代设计并立即生产最终用途零件。 [图片]数字化工厂流程示意图 数字化、模拟制造和检测生产出的塑料或金属件，将生产工艺从对模具加工的需求中解放出来，为企业生产提供兼具灵活性和产能的制造模式。 四、常见问题 增材制造数字化工厂较为适合小批量订单的生产或复杂结构件定制，有其适用区间需基于每个企业的特点定量评估。另外全新的数字化生产方式需要企业采纳与之匹配的端到端管理技能。 Part3：基于成本和效率的选择 没有一种解决方案是完美的，工艺的选择离不开经济效益的考量。当需要数十万产量时，模具+注塑仍然是优先选择。价值数万元的模具除以几十万，模具成本降至单件几毛钱、注塑材料的价格优势将随着制造量的提升而渐具优势。另一方面，当订单数量为2,000 以内的小批量制造，增材制造数字化工厂将拥有显著优势。在这种情况下，每个注塑成型的部件成本可能是增材制造数字化生产的 10 到100 倍。 除了传统注塑成型部件的实际生产成本外，还有其他财务因素需要考虑，例如劳动力成本和供应链管理：额外人工、材料和 CNC 加工、测试费用等。3D打印数字化生产降低了边际成本，如果产品的外观和功能都未如预期，可随时在 CAD内修改并立即制造——不需要设计新模具。 Part4：材料才是关键 增材制造数字化工厂的功能日趋完善，但能否管用还得看材料性能。 最重要的放在最后，看看有哪些数字化工厂的打印材料值得划重点吧： Figure 4™ PRO-BLK 10 一种生产级增材制造材料，具有颠覆性的热塑塑料类机械特性和环境稳定性，可用于塑料部件的直接生产。该材料可实现高达 60 毫米/小时的快速打印速度，并简化了包括单一固化周期和单一溶剂清洗的后处理过程，可实现卓越的吞吐量。 它是一种高精度的树脂制造部件，表面光洁度好，侧壁质量优异，具有卓越的机械性能。 环境稳定性意味着部件在机械性能、颜色、不透明度和尺寸方面可长久保持一致 打印速度高达 60 毫米/小时，层厚 50 µm 无二次热固化后处理，使之成为一种简单有效的无模具生产方法 [图片] Figure 4™ HI TEMP 300-AMB 一种适用于需高耐热性应用的耐超高温塑料。无论是高压还是低压环境，其 HDT 都在 300 摄氏度以上（0.455和 1.82MPa 下测得的 HDT 数值）。这种材料非常适合用于高温元件的测试，包括暖通空调、家用电器、电机外壳、吹风机等。 HDT 超过 300˚C 无二次热固化后处理 [图片] Figure 4™ MED-WHT 10 和 Figure 4™ MED AMB 10 分别为刚性白色和半透明琥珀色生物相容性材料。这两种材料都推荐用于需要灭菌的一般医疗应用，并且都能承受高温，这使它们成为许多高温工业应用的良好候选材料。Figure 4™ MED-AMB 10 的半透明性也使其成为需要流体流动可视化应用的良好选择。 满足 ISO 10993-1 生物相容性标准 耐受 100˚C 以上的高温 可使用高压灭菌器灭菌xcx [图片]Figure 4™ EGGSHELL-AMB 10 一种工艺优化材料，用于生产铸造各种硬度的硅胶部件所用的损耗模型。它专门设计为可承受高温高压下的液体硅胶注射；模具填充和冷却后，其经过专门设计的脆性使其易于从硅胶中剥离。它的琥珀色使得操作人员可看到硅胶的注塑过程，它也具有很高的 HDT、高抗拉模量和较低的断裂伸长率，这些都是首选的可注塑模具的性能。 专为承受高温高压下的硅胶注塑而设计； 模型固定后易于剥离 良好的表面光洁度，移除模具后无残留 [图片] Figure 4™ JCAST-GRN 10 一种高对比度的绿色材料，在直接铸造应用中可轻松燃烧而无有害残留。该材料是专为珠宝铸造专业人员设计的，有助于快速生产精确、可复制的和细节精细的母模用于铸造。 适用于各种贵金属 模型稳定度高，可运输 在无模具的情况下直接用于铸造 [图片]视频资料，建议WiFi观看 通过以上信息可以看出，随着材料、设备的发展日趋成熟。增材制造业适应小批量生产与复杂结构零部件制造，为各行业的无模制造和批量生产带来了新的速度、准确性、强度和耐久性，而之前只能耗费更多时间通过传统注塑等手段获得。3D打印技术匹配属性杰出的工业级材料，即使小工厂也能获得大助益！

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新型冠状病毒的爆发，给国人生活带来巨大影响！据世界卫生组织专家通报，新型冠状病毒可通过近距离飞沫传播，也可以通过普通接触传播，从眼部结膜入侵后，再向下呼吸道进行扩散增殖。银行柜台职员，超市收银员，小区保安，公交车司机，警务执勤人员，餐厅员工，上下班乘坐公共交通工具的上班族等，每天接触不同的陌生人，飞沫传播无处不在，因此除了戴好口罩，面罩也是不可或缺的。防护面罩能有效遮挡飞沫传播，隔绝病毒接触脸部而导致的间接或直接感染。 [图片] 截止2月19日，新冠肺炎全国确诊人数高达74279人，为了让感染率降到最低，医护人员已经在使用防护面罩，口罩、防护服，护目镜。佩戴防护面罩，已经成为传染病医护人员的工作规范。 [图片] 同时，企业复工问题导致医护产品供不应求，大家只能各出奇谋，做好个人出行和复工防护，社会迫切需要大量方便实用的防护面罩抗击疫情。 [图片] [图片] 在这个特殊的时期，大部分工厂未能如期复工，按传统生产模式，无法快速应对市场需求。立体易运用3D打印技术生产防护面罩，主要配件通过立体易dpm3D打印机打印，把零件数量及成本降到最低，而且结构简单，外观精美，一台设备24小时内，可以实现1000套防护面罩的产能，为疫情防控争取到宝贵的时间。 [图片] [图片] DPM-X3 3D打印机适用于需要更高分辨率和高速的3D打印，适合当天完成原型制作，无模小批量生产。超高精度还原产品细节，优质高效低成本。立体易DPM光固化3D打印机系列中，每款产品都独具特色。具有卓越的精度、表面光洁度和打印速度，多样化的高质量材料，全方位满足客户对机械特性的要求，及各行业日益增长的独特需求。 [图片]

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美国科研团队首次绘制出副粘病毒一个关键酶的3D原子结构，可帮助开发包括抗冠状病毒药物在内的抗病毒药物。研究成果日前发表在《美国科学院学报》上。副粘病毒是包括麻疹、腮腺炎、人副流感病毒和呼吸道合胞体病毒等常见病原体的一类病毒。由于同为RNA（核糖核酸）病毒，副粘病毒与冠状病毒作用机理相似。酶在RNA分子组装中发挥重要作用，经常成为抗病毒药物的靶点。 [图片] 美国西北大学研究人员使用冷冻电子显微镜技术深入分子内部观察，捕获了人副流感病毒5聚合酶的数十万张2D影像，并使用计算机算法重建了这种酶的3D原子结构。研究发现，这种酶是一个不规则球体，带有一个由4个磷蛋白组成的长尾。研究还发现，这种病毒利用同一种蛋白质实现基因组复制和转录。 美国西北大学分子生物科学教授罗伯特·兰姆说，传统开发药物的方法有点“碰运气”，寄望候选药物能打中靶点。而阐明了病毒关键酶的3D原子结构，有望在设计药物时做到有的放矢，“我们需要更多的抗病毒药物以保证人们在感染时能迅速得到治疗”。

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创成式设计是一种实现高效、低成本个性化设计的方式，它不再依赖手工建模创建单一模型，而是基于规则编写算法生成模型，一套规则可以生成无数种模型。设计师的任务已经变为创建规则，编写设计程序了，生成模型的任务交给计算机自动完成。最终的个性化模型是由一组合适个性化的参数或条件来确定的。 创成式设计能够创造出手动建模所不易获得的设计方案，它们拥有复杂几何结构，而增材制造-3D打印技术在工业制造中的应用优势之一是制造复杂的结构，可以说创成式设计与增材制造技术是天生的“好伙伴”，创成式设计将进一步释放增材制造的应用潜能。本期，将继续创成式设计与个性化定制的话题，分享一个家用便携式EEG 耳机的个性化设计与制造的案例。设计与开发EEG耳机的目的是用于瘫痪患者的运动康复训练，属于康复医疗器械范畴。 [图片] 从传统CAD建模演变为左边通过Autodesk Fusion 360创成式设计实现的最终设计。来源：Autodesk 高效、经济的实现个性化与复杂性设计 脊髓损伤或中风患者经常会出现瘫痪，即部分或完全失去四肢的使用能力。这是由于大脑无法再向手臂或腿部发出指令。脑机接口(BCIs)是一种能够连接外部设备与人类大脑的技术,使得人类能够运用自已的思维来直接控制外部设备,而不需要肌肉、躯干的参与。脑-机交互及功能电刺激系统（BCI-FES），已被用于瘫痪患者的康复训练。 [图片] 来源：Autodesk BCI-FES系统所需的医疗设备复杂，并且患者需要与专业人员一起训练。如果获取可靠的患者脑电图（EEG）信号的方式更加简单，那么，BCI-FES 技术的成本将会降低，将有更多的瘫痪患者，受益于这种康复方式。根据软件公司Autodesk, 苏格兰格拉斯哥大学生物医学工程专业的一名博士研究生正在设计开发一种家用便携式EEG耳机，来应对这些挑战。 手功能不完全丧失的患者，是这个研究项目的主要对象。EEG耳机在康复治疗系统中起到的作用是记录大脑活动, 这套系统可以测量大脑活动，并在电脑屏幕上以图形化的方式显示出来，指导患者自我调节大脑活动。到人想要活动肢体时，大脑会产生与实际移动时相似的大脑活动变化，这时计算机会检测到意图并激活刺激器，刺激器向手部肌肉发出信号，然后患者就可以开始运动。 耳机开发者所在的实验室，曾使用一款商用便携式耳机进行了测试。电极与头部之间具有良好的接触性，是获取良好EEG 信号的关键，但这款耳机没有涵盖研究人员感兴趣的重点大脑关键区域，不能以一致的方式适合不同用户的头部，无法使电极与头部之间进行良好的接触。 [图片] EEG 3D打印耳机。来源：Autodesk 研究人员决定设计专用的耳机，将电极更准确地映射到头部。但一开始设计的可调节束带的通用型头戴式耳机，仍无法使用所有患者使用，因此最终决定进行EEG 耳机的个性化设计，但是无论是个性化设计，还是个性化制造，都需要高效和具有经济性。 最初设计耳机时，采用了传统计算机辅助设计软件，但最终转而采用能够高效、低成本实现个性化设计的创成式设计软件，来开发个性化EEG 耳机。他们使用的软件为Autodesk Fusion 360，在设计时输入一组需求，然后由软件根据这些需求，自动创建多组设计，供设计人员进行选择。研究人员将佩戴者头部的3D扫描文件导入到创成式设计软件中，然后使用它们来创建个性化耳机，软件生成了约15种不同的设计。 除了实现个性化设计之外，研究人员希望最大程度地减少将耳机安装到患者身上时使用的活动部件的数量，但这一设计理念增加了设计的复杂性。研究人员选择3D打印技术作为耳机的制造方式，以经济的方式实现个性化耳机的制造，并实现复杂的设计。 以上EEG耳机的研究项目仍在开展中，目前的定制耳机尚未成为正式的康复医疗设备。除了在运动康复领域的应用，这款耳机的还可以在消费领域得到应用，例如可以用来进行神经调节干预，测试健康的人如何仅凭脑波玩多用户游戏，来提高游戏的最佳性能。

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对于许多电子设备来说，部件损坏或者老化之后往往只需要用新的替换掉就完事了。而对于人类来说，皮肤上的小损伤或许还能自我修复，但像缺个胳膊、少个器官这样的缺陷就没这么简单了，人类并不能像有些低等生物一样被切成两半之后还能再生出组织器官。此外，人体器官的衰老本身更是一个任何人都不能逆转的过程。 要是人类也能像电脑一样能随时替换最新最好的部件，时刻保持更新该有多好。 当然，组织器官移植早已经不是什么新鲜事了，近些年甚至还有人尝试注射年轻人的血液让自己变年轻这样的事例报道（实际效果并未经科学证实），不过有需求就必然要有供给，当今天尚有许多病人因等不到合适的器官配型而只能眼睁睁看着自己的生命流逝时，通过器官移植让自己长生不老多少就显得有些不切实际了。 不过也正因如此，最近以色列的研究人员就利用 3D 打印技术创造出了世界上第一颗具有完整结构的 3D 打印心脏，而这样的技术或许在将来的器官移植、疾病治疗以及全人类的寿命延长等问题上都有广阔的前景。 具体来说，在该实验中，研究人员首先在人体内提取出了网膜组织，再将其中的细胞从细胞外基质（ECM）上提取出来。提取出的细胞被重新编码为能分化成心肌细胞及内皮细胞的多能干细胞，而细胞外基质则被做成了定制化的温敏性水凝胶。随后，细胞被封装进水溶胶里，被制作成「生物墨水」（Bioink）用来打印。 不过有了这些原材料是远远不够的，这样的「生物墨水」还要依据具体的规则来指导它的打印。 由于打印出的心脏块（Cardiac patch）本身并不会自动生成心脏本身所具备的心房、心室结构以及与患者脉管系统相匹配的血管，所以在打印前需要用 CT 扫描来扫描患者的心脏整体以及大血管的结构与方向，以确定 3D 打印心脏的大框架，再用数学模型设计出 CT 扫描不到且符合氧扩散规则的小血管并添加进整套脉管系统中以确保器官在移植之后能够正常存活及工作。 这样一整套流程下来之后，3D 打印出的带有完整细胞、血管、心房及心室结构的心脏便可以移植回病人体内来替换受损或病变的心脏了，而且由于细胞本身就是来自病人本人，所以这样移植所产生的排异反应也会是微乎其微的。 [图片] 心脏的 CT 成像以及通过模型计算后的氧扩散分布，图自：Advanced Science 当然，作为一次实验研究，此次通过 3D 打印制成的心脏还只有兔子的心脏大小，而且这颗心脏目前还只能收缩，不能像正常的心脏一样具有泵血的能力，团队也计划在 1 年后开始动物实验再进行人体的临床实验，因此距离真正成为可移植的心脏或许还有一段路要走。 对此，该研究的首席作者，特拉维夫大学细胞生物学和生物技术学院的 Tal Dvir 教授也表示希望「10 年内能在全世界最好的医院里部署器官打印机，让器官打印成为见怪不怪的常规操作」。 不过这项技术一旦成熟之后，想象空间也绝不仅仅限于器官移植这么简单。 正如文章开头所说，在这样的技术帮助下，当人体器官出现了损伤或者单纯因为衰老而「不好用了」的时候，人们便可以再也无需担心器官来源的问题实现物理身体上的永续永新。 至于精神及意识的留存，如今还有像马斯克旗下 Neuralink 之类的研究脑机接口的公司在潜心进行研究，或许在今后即使人脑已经衰老到需要更换，人们也可以选择将自己的意识暂存在电脑里，再通过 3D 打印一个新的大脑及身体并将意识「下载」进新的大脑中。 或许当长生不老的那一天到来，人类才真正成为了主宰自己的主人。

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将3D模型切成数百个2D水平层，然后慢慢地建立起来，一次一层。这个逐层的过程可能要花费数小时甚至数天，但是如果我们可以一次打印整个模型怎么办？瑞士洛桑联邦理工大学（EPFL）研究人员展示了一种新技术，这项新技术可以做到这一点，并且可以在几秒钟内打印出完整的模型，这一点在《自然》杂志上有详细介绍。与现有的立体光刻（SLA）打印机不同，这项新技术通过用激光硬化光敏树脂来建立模型。这里最大的不同是层析成像技术的应用，与X射线和超声波中使用的层析成像技术相同，可以进行轮转印刷。激光由DLP芯片调制（就像在旧的背投HDTV中一样），并被爆破到装满树脂的容器中。激光覆盖了整个构建体积，当树脂容器暴露在光线下时，它实际上在旋转。激光将模型投影到不同的旋转角度，并与旋转的树脂同步，并且可以在几秒钟内生成整个3D模型。 EPFL写道：“该系统目前能够制造精度为80微米的两厘米结构，大约与一束头发的直径相同。但是随着团队开发新设备，他们应该能够制造出很多更大的物体，可能长达15厘米。”在首次公开演示中，构建体积为16mm x 16mm x 20mm，使其成为地球上最小的3D打印机之一。 80 um的分辨率也不是什么好写的，可以被约500美元的消费级SLA打印机所打败。但是，它非常快，而且该技术才刚刚开始。研究人员成立了一家名为“ Readily 3D”的衍生公司来开发和销售该技术。