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近日，笔者和德迪智能的创始人应华进行了一次深入交流，收获很大，尤其是应总提出的增材制造必须面对的四个发展阶段的观点，让人印象深刻，特将其整理出来，同时加上了笔者的一些理解，分享给行业内外人士，供大家参考。[图片] 第一个阶段：旧瓶装新酒增材制造作为传统制造的一种补充，进行技术导入和应用尝试，虽然新颖，但是应用面还非常窄，其成本和效益优势尚不明显，甚至在很多方面根本无法和传统制造相比。很多人已经听说过了增材制造或者3D打印，但是距离人们的生活还很遥远。就像一个儿童，它的未来走向有无数种可能，但是现在它还干不成多少事情。这个阶段相当漫长，从20世纪80年代增材制造技术诞生到现在，已经走过了30多年，目前正进入尾声，或者说正处于走向第二阶段的过渡期。这个阶段的应用场景主要以研发打样验证，即快速成型应用为主。第二个阶段：零部件组合优化通过第一阶段的不断尝试、碰壁，增材制造的应用开始细化，在某一细分领域进行深度钻研。所谓的从小事做起，日积月累，才能做成大事。这个时候，对产品的零部件在结构形貌方面做一些组合优化，产生与传统结构差异较大的产品。这种优化通过材料的重新布局和选择，形成全新的结构，使产品具有等强度、等刚性、刚柔并济、随力应变等特性，对当前产品的各项指标产生跨量级的正面影响，就有可能颠覆大量工业行业。从已完成的许多产品看，在维持原装备性能、不改变制造材料的前提下，通过零部件组合优化，普遍可以实现零部件15%~60%的减重。在这个阶段，增材制造对一个企业的供应链、生产组织和维保全链条等生产层面都会有较大的影响，供应链的缩短变化则带来了制造业的商业关系巨变。Carbon公司制造的阿迪达斯中鞋底，GE公司制造的发动机燃料喷嘴都是这个阶段的著名案例。各类原材料公司也纷纷摩拳擦掌准备更一步靠近终端用户。这个阶段的应用场景开始注重复杂构件的一体化生产，强调材料及结构的性能连续性突破，在原有产品设计的基础上优化和更新了很多组件。第三个阶段：工业再设计再设计是一种全新的工程设计思想和方法，就是让研发设计回归市场客户需求本源，重新审视原有的设计，以最自然的方式来探索设计的本质，效法自然。再设计是基于仿真和精密制造（3D打印和精密铸造）的工业再设计，就是利用工程仿真手段和精密制造工艺创新对现有传统工业品的设计过程和工艺过程进行优化、完善与升级，本质核心是工业仿真应用的升华，是工业仿真与精密制造工艺的结合。由此带来至少两个收获：（1）通过不断提高的产品品质和新增功能，持续吸引客户，扩大产品市场份额；（2）可以充分应用技术进步和工艺改进等，降低产品成本，扩大产品的利润空间。增材制造是一种更精确和精细的制造技术，以此相配就需要有更精准和细致的设计内容。CAE显然是目前最成熟适用的工具手段。案例：卫星的结构支架，采用了拓扑优化工业再设计模式，重量减轻了30%，成本降低了30%。在这个阶段，增材制造已经与减材制造并驾齐驱，甚至成为了一个企业增值增效的核心竞争力，各项生产要素、组织架构、人才体系等都要发生巨大的变革。著名的XEV电动汽车就是这个阶段的标杆。此阶段的应用场景由正向设计为切入，开始出现各类基于增材工艺特征的新型产品。第四个阶段：创成式设计与智造无论是单个零部件，还是整个大产品，通过再设计和增材思维，把结构、功能与美学融为一体，将创新设计与集成设计完美融合，再借助先进的3D打印技术，达到了“无论多复杂都能制造、制造出来就是顶级产品”的科幻级制造能力，让想象中的智能制造变为现实。在这个阶段，增材制造已经影响的不仅仅是某个具体公司，而是各行各业和全社会，并重新构建起一整套生产方式和生产关系。理想的应用场景是设计至用户的端到端直连。除了生物界天然有的基因外，人工建立了庞大的产品“物种基因”库，系统工具会根据不同的个性化需求，在已有的“物种基因”库中自动设计派生出所需内容，并制造实现。对于这四个阶段的提法，不知道您是怎么看待的？欢迎留言互动。

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说起我国空军的“20家族”，大家都知道是运20、直20和轰20。目前运20已经批量服役，生产速度不断加快，而直20也在网上曝光了许多图片，即将参加今年的珠海航展。三者中间，只有轰20一直被遮掩地严严实实，从未有过真正意义上的露面。[图片]小编认为这张图最接近轰20真正的样子不过就在近日，国内某知名军事论坛曝光了一张照片，展示了一个激光增材制造的飞机钛合金超大型整体承力框，据称该承力框面积达16个平方，是迄今为止世界上最大的激光增材制造钛合金构件。所谓的激光增材制造，也就是俗称的3D打印，此前我国曾公开展示过歼31的3D打印钛合金整体承力框，美国F22的类似结构也能在网上搜到，它们虽然技术都很先进，但是面积很小，和16平方米相去甚远，这样看来，这次曝光的钛合金超大型整体承力框只可能用在大中型飞机上。[图片]某知名军事论坛曝光的超大型钛合金整体承力框[图片]此前曝光的歼31钛合金整体承力框[图片]F22的钛合金整体承力框，与此次的完全不同目前我国正在生产、研制和改进的大中型飞机包括运20、C919、AG600、运9、轰6和轰20。从曝光的构建上两个圆孔来说，就排除了前面5项的可能性，因为这从这两个圆孔的大小来看，明显是为发动机穿过而预留的结构，我国哪种大中型飞机，有将两台发动机如此紧贴在一起的布局？答案是只有轰20。[图片]轰20采用4台发动机，两两并联如果按网络的传言，轰20的设计类似于B2，而B2采用四台发动机，左右各两台并联在一起。从此次曝光的整体承力框的梯形结构可以看出，它应该是轰20左侧机身，并列两台发动机的整体承力框，而且从其一人多高的大小来看，应该处于飞机尾部位置，如果是机身中部的整体承力框，应该更高更大，而且在下半部还预留有弹舱的结构。[图片]这张图能看得更清楚了，就是飞机左侧机身两台发动机处的结构实际上，网上有关轰20的图片和消息绝大部分都是假的，真正有意义的只有四条。第一条是2016年9月1日，空军司令马晓天在长春航展接受深圳卫视的采访时，称“中国现在的远程打击能力比过去有了很大的提高，将来还会有更大的提高，我们现在正在发展新一代的远程轰炸机，将来你会看到的”。[图片]这是官方首次证实我国新一代轰炸机的存在而时隔一年之后，2017年的长春航展上，空军司令马晓天在同一地点面对香港媒体的现场提问国产远程轰炸机时，霸气回应：有也不告诉你啊。那么到底是有，还是没有呢，留下无尽的空间让大家猜想。[图片]有也不告诉你啊，怼得漂亮第二条是今年5月，西飞发布的一段三维宣传视频《大国起飞》中，在片尾出现了一款从未亮相的神秘飞机，虽然蒙着一层帆布，但是仍可以从轮廓看出这是一架没有垂直尾翼、大翼展的飞机，与美国B2隐形轰炸机相似。虽然最终证实这只是宣传片制作方按照美国洛克希德公司类似的视频制作的特效，但是作为西飞推出的宣传片，在片尾如此重要的位置出现疑似轰20的特效画面，一定程度上代表着官方的态度和意思。[图片]这个画面虽然是特效，但是意味深长而第三条则是7月底，在西安飞机工业公司的官方媒体中，首次披露了这样一段试制信息。该报道称，某项目S弯排气管尾段样件顺利交付一飞院！大家判断，该S弯排气管尾段是轰20的关键部件，它通过复杂的内部结构，将发动机排出的炙热气流进行冷却，以降低红外信号，这是隐形轰炸机实现隐形功能的重要手段。不过，这次曝光只配上了网络上的3D图片，而没有真实的照片。[图片]传研制轰20的弯管结构[图片]它在飞机上的样子是这样的[图片]这张看得更清楚和前三次只见其声，未见其人的曝光不同，第四次曝光首次出现了激光增材制造的飞机钛合金超大型整体承力框的真实照片，如果小编的判断属实的话，这无疑是轰20从幕后走向台前的重要一步，随着轰20研制的顺利推进，估计今后曝光的东西会越来越多，大家静静等待那激动人心的时刻就行了。

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一个名为Ica＆Kostika的奢侈鞋类品牌使用3D打印技术创造了一系列被称为“Exobiology”系列的鞋子。这款鞋的设计灵感源自大自然，其设计旨在“舒适地贴合脚的自然形态”。[图片]Ica & Kostika的联合创始人Ica Paru说:“这个系列是对创造出美丽纷繁的自然系统的庆祝，以及我们如何超越自然，创造出一种按照我们的愿望设计的、超凡脱俗的形式。”[图片]“Exobiology”系列由四种不同的鞋子设计组成。据称是对“宇宙中生命和时尚的未来”的探索，这些鞋被命名为海马、珊瑚、菌丝体和脊柱。为了制作这双鞋，该公司用尼龙12进行了3D打印，最后用汽车级电镀完成。其结果是轻便、耐用和持久的鞋子。[图片]Mycelium Shoes的灵感来源于蘑菇菌丝体分支的根系生长的菌丝体鞋设计为楔形、后跟和极端无后跟风格。[图片]珊瑚鞋的设计灵感来自于一个海扇的分支，它有三种不同的分支结构。[图片]Seahorse鞋的设计类似于海马的“美丽的骨架结构”，其部分逐渐变化，有3种独特的几何形状，包括各种材料和手绘饰面。[图片]最后，Spine鞋“操纵脊柱的椎骨以沿着脚形成连续的形状”，并有三种银色，白色和黑色铬饰面。[图片]据该公司称，只有少数鞋子可根据要求提供价格。要订购一双，佩戴者必须下载应用程序并扫描或拍摄他们的脚。然后，算法将创建脚的3D草图以3D打印定制的合身鞋。[图片]“人类从一开始就是创造者 - 这是我们的本性 - 我们希望我们的艺术体现我们从过去到未来的进化故事，”Ica＆Kostika说。 “融合最新的3D打印和数据采集技术，我们不仅创造了鞋子，还创造了连续性和创新的故事，这是我们迈出的第一步。”

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据悉，3D打印技术为医用植入物开辟了一个全新的可能性世界，外科医生可以为患者量身定制以此来完美契合他们独特的解剖结构，这种服务甚至还延伸到了企鹅、海龟和狗等动物身上。就在最近，哈佛大学的科学家们则将该技术应用到了受损心脏领域，这提供了一种可以保持动脉畅通、让血液自由流动的潜在新工具。[图片]要知道，心脏瓣膜置换术是一种相对常见但却比较棘手的手术，外科医生需要打开促进血液进出心脏的四个瓣膜中的一个。哈佛大学的研究人员指出，在75岁及以上的美国人中，每八个人中就有一个以上会经历中到严重程度的心脏主动脉瓣堵塞。医生通过导管小心地将人工瓣膜置入主动脉内来进行治疗，这一过程被叫做经导管主动脉瓣置换术(TAVR)。然而要想确定正确的尺寸却有点像猜谜游戏，如果判断错误后果将会很严重，甚至会心脏破裂导致死亡。[图片]而利用3D打印打印了一台被称为sizer的设备，其能被放置在心脏瓣膜内部并在找到完美的匹配度后进行膨胀或收缩。这些成果将可以帮助临床医生提前知道哪些患者将会从TAVR手术中受益哪些需要展开更加复杂的开胸手术。而这支研究团队的小叶建模软件和3D打印方法都可以在网上免费获取到，他们希望通过这种方式让研究人员和临床医生继续使用并以此来改善患者的治疗。

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[图片]　 2019年1月13日上午，“己亥大吉——名家绘画作品迎春展”在天津空港经济区文化中心综合展厅开幕。本次展览由天津空港经济区文化中心主办，一乔文化传播（天津）有限公司承办，天津港保税区文化创意产业平台协办，参展画家（按年龄排序）：王春元、李炳训、张耀来、赵德昌、郭振山、高山、王深、王盟。[图片] 春节是中华民族第一大节日，已沿袭传承2100多年，持续时间从农历腊月初八到第二年农历正月十五，长达三十八天，几乎每天都有特定的文化传承方式及其精神价值内涵。春节既展示了一年来劳动换取的丰盛物质成果，又让人们充分享受节日文化活动的深邃迷人、寓教于乐。人们把累积了一年的兴奋释放出来，营造出喜悦祥和、普天同庆的节日文化氛围。春节又被誉为“中国人的狂欢节”。 新春将至，天津港保税区为了彰显节日气氛，弘扬中国传统文化，体现保税区特有的艺术文化风采，特邀八位绘画名家，在新年伊始精心创作最新作品，并汇集成册，以挂历的形式精致印刷，呈现给大众，用艺术文化的形式表达了对新年的祝福。展厅中100幅作品正是挂历中呈现的原作，观展者不仅能在现场赏析原作，更能带走这满怀祝福的绘画挂历，迎接一个充满意趣的美好新年！这也构成了本次展览的特色亮点。 出席展览开幕式的嘉宾有：天津空港经济区文化中心主任李岩先生，天津空港经济区文化中心副主任王萍女士，天津港保税区原工会主席吴玉文先生，天津美术学院教授、天津市河北区美术家协会主席周世麟先生，天津南开画院院长邢立宏先生，天津工艺美术学院教授高杰先生，天津美术学院副教授王中谋先生，博怡茶会所总经理孙琳先生，天津精合精密科技有限公司副总经理刁春燕女士，参展画家李炳训、张耀来、赵德昌、高山、王深、王盟等。 先后有六位嘉宾简短而满富情怀的发言，给这个寒冬送上了最大的温暖，不单暖身、暖心，更为重要的是暖了文化艺术环境。 春节是祈福的最佳节日，在此，天津津合精密科技有限公司预祝天津港保税区在文化的发展道路上阔步前行，预祝天津的文化艺术事业迅猛发展，预祝中国传统文化能够继续发扬光大！同时天津津合精密科技有限公司期待智能制造3D打印新科技能够带给各位艺术家们更多创作灵感，让展现形式更加多元化，让艺术作品展现的更加美伦美奂[图片]各位参展作家作品:[图片][图片][图片][图片][图片]天津津合精密科技有限公司祝愿大家己亥铢年，心顺 事顺 身体顺！[图片]

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3D打印技术是基于三维数字化图像分层加工材料（塑料、树脂及金属），叠加制作三维物体的新型尖端技术，又称快速成型技术或增材制造技术。随着医学影像学的快速发展及材料加工行业的逐渐成熟，3D打印技术逐渐被应用到医疗行业，目前多应用于骨科、口腔科、整形外科及生物工程方面的基础研究，但由于心血管疾病的特殊性，其在心脏领域的临床应用尚处于起步阶段。[图片]3D打印技术主要包括获取图像、建模及实体打印三个步骤。超声心动图作为3D打印技术获取图像的重要手段之一，在心脏结构及功能的评估方面占有重要的优势。基于超声数据的3D打印技术通过构建心脏疾病模型来实现术前评估、医疗装置设计、血流动力学模拟及医疗教育，可以为临床提供更准确、直观的信息。本文即对基于超声数据的3D打印技术在心脏领域的应用进展进行综述。一、 3D打印技术与三维超声心动图3D打印最关键的步骤是建立模型，目前研究应用的图像数据大多通过CT或MRI建立。但CT检查具有辐射性、价格昂贵，且部分患者对造影剂过敏；MRI检查耗时较长，对患者有选择性。因此，基于CT或MRI的3D打印技术在心脏领域的临床应用受到一定限制。而三维超声心动图是一种新的超声成像模式，其测值与CT、MRI测值相关性较高，且在心脏功能及瓣膜运动的成像上较CT更有优势。近年来三维超声心动图在心脏介入手术术中实时监测和术后评估方面具有重要价值。结合三维超声心动图与3D打印技术可以构建一个真实的三维立体结构，有助于直观地观察心脏结构。Mahmood等首次应用三维经食管超声心动图的数据集，成功打印二尖瓣环，证实三维超声较CT和MRI可以应用于心脏疾病的常规临床诊疗中。基于超声数据的3D打印模型不仅可以呈现心脏立体解剖结构，而且可以为介入医师和心外科医师提供体外手术演练及风险评估的机会。二、基于超声数据的3D打印技术步骤1、获取图像：应用经胸或经食管三维容积探头，清晰获取二维灰阶后使用“4DZOOM”功能获取感兴趣区的三维DICOM原始数据，并在工作站上转换为DICOM格式。2、建模：应用Matlab软件获取断层信息后使用Mimics innovation suite 17.0对数据进行灰阶反转、阈值分割、编辑3Dmask（感兴趣区的轮廓掩膜）、交互式分割手动去噪及计算三维模型等后处理，以STL格式保存。3、实体打印：将STL格式的图像导入打印机中，获得感兴趣区域的3D模型。三、基于超声数据的3D打印技术在心脏领域的临床应用1、左心耳封堵术胚胎时期的左房主要是由原始肺静脉及其分支融合而成，左心耳是胚胎时期左房的残留，其是心脏血栓的好发部位，经食管超声心动图发现在非瓣膜性心房颤动患者中超过90%的血栓均位于左心耳，左心耳封堵术是预防心房颤动相关脑梗死的治疗手段之一。左心耳空间解剖结构变异性较大，单叶、双叶、三叶及四叶左心耳分别占总数的20%、54%、23%及3%；在CT和MRI中，左心耳的形态被分为鸡翅型（48%）、仙人掌型（30%）、风向标型（19%）及菜花型（3%）。因此，准确了解左心耳形态、大小及其与周边组织结构关系的变异性在左心耳封堵术的临床决策中至关重要。加丹等通过对比超声与CT重建左心耳3D模型的数据，发现超声在评估左心耳大小、形态方面与CT的一致性较高，证实三维超声可以提供3D打印左心耳的数据集。Song等研究表明基于超声数据的3D打印技术打印左心耳模型准确可行，该模型对左心耳形态、分类与CT结果一致性较强。基于超声数据的3D打印左心耳模型具有容易获取数据、准确后处理、实现模拟操作的优点，有望为左心耳封堵术提供个体化诊疗方案。Pellegrino等研究证实了基于造影及经食管超声心动图打印的左心耳3D模型有助于左心耳封堵术中封堵盘大小及放置位置的选择。Liu等研究表明基于超声数据的3D打印模型通过术前模拟可以让介入医师充分考虑到影响封堵器释放的因素（如左心耳内径、深度、叶数及梳状肌厚度），在前期预测手术难度和并发症方面要优于单纯的二维超声图像，3D模型可以为介入医师的手术计划和决策提供快速评估。Fan等报道了1例基于超声数据的3D打印模型成功指导介入医师制定双叶左心耳封堵方案的病例，该例患者左心耳为双叶解剖结构，以后叶为主，前叶为辅，应用封堵盘同时封堵两个叶手术难度较大，通过经食管超声心动图获取左心耳动态影像学数据，使用3D打印技术打印出模型并进行模拟手术，从而找到合适的封堵位置，术后证实封堵盘的位置与术前模拟的位置完全吻合，证实了3D打印模型指导左心耳封堵术的优势，尤其对于复杂解剖结构的左心耳。宋宏宁等使用基于超声数据的3D打印技术建立左心耳封堵模拟系统，体外模拟封堵器的选择和释放，并通过微型水泵模拟左心耳血流动力学状态，评估封堵器释放后有无残余漏，增强了左心耳封堵术前评估及演练的效果。2、心脏瓣膜病心脏瓣膜结构精细，可以控制血液在心脏中的流动方向，具有重要的生理功能。引起心脏瓣膜病变的原因主要有先天性和后天性两种，后者还包括风湿性、感染性及退行性等瓣膜病变。随着医学的发展，老龄人口的增多，退行性病变引起的瓣膜性心脏病患者逐年增多。目前治疗瓣膜性心脏病的方法不仅包括外科手术治疗，还包括经导管主动脉瓣置入术等介入方法。为了确保手术的成功率，术前影像学的精准评估至关重要。瓣膜病患者心脏血流动力学受损，传统的外科开胸手术下直视评估心脏瓣膜是在体外循环心脏停搏的情况下进行，微创或介入手术仅能看到有限或未直接暴露的瓣膜，均不能单独评估瓣膜形态对瓣膜功能的影响，但3D技术打印出的心脏瓣膜模型可以提供体外血流动力学仿真模拟。经食管超声心动图是获取瓣膜动态图像的常规方法，由于其三维图像空间和时间分辨率较高，生成的动态三维图像被认为优于传统外科手术心脏停搏时的瓣膜图像，因此三维超声图像可以作为3D打印的数据源。Mahmood等研究表明，应用超声数据进行3D打印正常及病理的二尖瓣环模型较超声图像可以更详细地传达临床信息，有利于临床医师评估瓣环病理改变及修复术后的变化。Owais等通过基于超声数据的3D打印技术打印出患者个体化的二尖瓣环，更好地评估了术前二尖瓣环几何构造、大小及形状。Mahmood等根据经食管超声心动图获取二尖瓣的动态影像学数据，通过3D打印技术打印出二尖瓣收缩期及舒张期的实体模型，证实超声图像可以作为瓣膜3D打印的数据源，应用3D打印正常、缺血性及附带黏液瘤的二尖瓣均可行。Muraru等研究也证明基于三维超声的数据可以打印患者个体化三尖瓣。Witschey等提出基于超声数据的3D打印技术打印出二尖瓣模型可以实现二尖瓣成形术术前操作演练，从而制定合理的手术方案。基于超声数据的3D打印技术除有利于瓣膜手术术前演练、制定手术方案等方面，在术后并发症发生及严重度的预估方面也占有优势。Olivieri等应用基于超声数据的3D打印技术打印出主动脉瓣瓣周漏的模型，为选择下一步诊疗方案提供了参考。3、先天性心脏病先天性心脏病主要包括简单型和复杂型两种类型。对于简单型先天性心脏病（如房间隔缺损、室间隔缺损及动脉导管未闭），目前大多由传统的手术治疗改为介入治疗，但对于多发、形态不规则的缺损，在选择合适的封堵方案上存在困难，需要更详细直观的影像学评估。对于复杂型先天性心脏病（如法洛四联症、大动脉转位及右室双出口等），因其空间结构复杂，即便结合多种影像学检查，仍存在漏、误诊等情况。而基于超声的3D打印模型不仅可以帮助手术医师选择合适的装置及手术路径，还可以提高手术效率、降低辐射暴露及手术并发症的发生，进而改善手术治疗效果。临床证实基于超声数据的3D打印先天性心脏病模型不仅安全、有效，还可以实现数据个体化。梅丹娥等发现基于超声数据进行3D打印的房间隔缺损模型与术中封堵器型号相关性高，证实基于经食管超声心动图可以作为3D打印的数据源。Olivieri等应用经胸超声心动图获得8例室间隔缺损患者的超声图像并进行分析建模，展现了基于超声数据的3D打印模型可以精准地反映室间隔缺损的解剖结构。Zhu等应用经胸超声心动图数据成功打印了心内膜垫缺损2例、房间隔缺损2例、法洛四联症1例及室间隔缺损1例的3D模型，通过模型可以清晰显示心脏病变结构，与术中所见一致。对于多发且形态不规则的缺损和解剖结构复杂的先天性心脏病，超声单模态成像不足以提供足够的可视化信息，而结合CT、MRI等进行多模态成像可以增加重建病理结构的可能性，提高了3D模型的质量和准确性。Gosnell等选择1例定期随访的55岁男性患者作为研究对象，该患者心脏形态复杂，合并矫正型大动脉转位、室间隔缺损、肺动脉闭锁多种畸形，于婴儿期行B-T分流术，于16岁修复了左室到肺动脉的通道，在40岁时安装永久起搏器，并封堵了1.7 cm的房间隔缺损，研究者结合该患者评估术后并发症的CT图像及评估瓣膜反流程度的经食管三维超声图像进行融合3D打印，精确地反映了该病例心脏畸形结构，表明多模态成像进行3D打印可行，但因样本量仅1例，在评价融合3D打印对选择手术方案的影响方面，大样本的临床随机对照试验还有待研究。邱旭等通过结合21例多发型房间隔缺损患者的CT及三维超声图像，3D打印心脏模型并进行模拟封堵测试从而确定封堵方案，均成功行封堵治疗，术后随访1个月无明显并发症。四、基于超声数据的3D打印技术在医患沟通与教育方面的应用基于超声数据的3D打印模型除可以帮助临床医师模拟手术进而优化手术方案，还可以辅助临床医师进行医患沟通，同时也在医学教育方面占有重要的地位。3D打印模型的出现可以更生动立体地向患者及其家属展示这种疾病及手术方案，有利于患者及家属理解手术的过程及存在的并发症。在医学教育方面，3D打印模型增加医学生对心脏正常及异常解剖结构的理解，提高医学生的空间定位能力。Loke等通过3D打印技术打印出法洛四联症模型对18例医学生进行授课，并与17例仅学习了二维图像的医学生进行比较，发现通过3D模型进行学习的学生对教学满意度明显增加。此外，随着获取解剖尸体难度增加，因3D打印模型不涉及伦理问题，其在解剖教学方面的应用存在巨大潜能。五、基于超声数据的3D打印技术在心脏领域的不足与展望三维超声发展的时间尚短，3D打印技术在心血管领域的应用也较少，基于超声数据的3D打印技术在心血管领域应用空间巨大，有待开发，打印具有生物活性的组织或结构直接应用于人体是未来的发展方向。由于心脏结构和功能的复杂性，目前只能局限于打印一些简单的结构。现阶段基于超声的3D打印技术仍存在以下局限性：①三维超声的分辨率仍有待提高，以便显示心脏更细微的结构；②心脏及其内部结构是动态的，而目前打印出的模型都是静态的；③目前打印心脏的材料大部分为硬质材料，不能精确地反映心肌组织的柔软度；④国内外缺乏大样本临床试验证明其临床可用性及安全性。综上所述，三维超声可以为3D打印左心耳、心脏瓣膜及先天性心脏病提供数据源，基于超声数据的3D打印模型不仅可以实现模拟治疗，还可以辅助医患沟通和医学教育，其在心血管领域的进一步应用潜能尚有待开发。

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北卡罗来纳州立大学的一项研究调查了可以用磁场控制的3D打印软机器人的过程。软机器人是一个子领域，机器人物体由模仿生物体组织的材料构成，它们通常在不使用电机或伺服电机的情况下实现运动。 3D打印机是软机器人工程师的理想工具，因为它们的工作高度依赖于使用3D打印机擅长生产的特定几何形状和材料混合物。[图片]“这项研究显示了3D打印与软机器人相结合的新兴领域的能力，”北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程教授，该论文的通讯作者Orlin Velev说。北卡罗来纳州立大学的团队将铁颗粒注入有机硅基“同型复合触变膏”中，然后将3D打印的手风琴状网状物注入其中。 “这种自增强粘贴使我们能够创造出超柔软和柔韧的结构，”Velev实验室的NC州博士生和该论文的第一作者Sangchul Roh说。“嵌入羰基铁颗粒，广泛使用并具有高磁化强度，使我们能够对磁场梯度产生强烈反应，”该项目的材料科学与工程教授兼高级共同研究员Joseph Tracy补充道。当将定向磁场施加到3D打印物体时，它们相应地打开和关闭。“这些结构也是拉胀的，这意味着它们可以向各个方向扩展和收缩，”Velev阐述道。 “通过3D打印，我们可以在施加磁场之前和之后控制形状。”网状物漂浮在水面上，这也为软机器人提供了低阻力环境。他们展示了机器人抓住一小块铝箔球以及携带和沉积一滴水。这样的3D机器人可以制造成海洋清理无人机，在水上抓取塑料和碎片，以便以后回收和处理。然而，研究人员看到更多雄心勃勃的应用，Roh评论说，“模仿体内的活体组织是这些结构的另一种可能应用。”

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由于天气条件的影响，风力涡轮机叶片的材料会受到侵蚀，这个问题影响了整个风能领域。VTT的antiAGE项目借助人工智能和3D打印技术，找到了解决材料问题的方案。VTT的首席科学家Anssi Laukkanen表示：“由于雨水、冰雹和沙尘的影响，叶片材料受到侵蚀，大大降低了风力涡轮机的使用寿命，而更换涡轮机是非常昂贵的，风力发电产生的价值中，有2%至4%因此而损失掉了。由于这个问题而浪费了数十亿欧元，并且给风能增加了额外的成本。随着风力发电机尺寸的增大，以及风电场越来越多地被放置在海上，面对越来越苛刻的条件，解决这个问题的重要性进一步增加了。”[图片]风力涡轮机叶片在antiAGE项目中，VTT模拟了材料问题，并开始用虚拟化的方式地解决它。原则上，风力涡轮机叶片使用的材料可以有多种备选方案，人们需要在所有的备选方案中，找到最适合的一种。使用人工智能，也许可以为产品找到其特定的材料解决方案，但是，如果使用传统制造技术，制造这种高度定制的材料就非常困难。3D打印可以解决这一问题，它可以用想要的材料生产任何形状的产品。通过使用虚拟测试和机器学习的设计流程，VTT可以针对材料问题开发出优化过的解决方案：一种高度耐用的材料，在受到机械应力时会变硬。VTT还在为该项目申请额外资金，因为这种优化过的材料解决方案也瞄准了一些其他目标。产品越复杂，材料就越昂贵，找到性能良好的材料解决方案也就越困难。但是，人工智能可以有效地解决这些问题。

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医学影像的三维重建是通过计算机对二维数字断层图像序列形成的三维体数据进行处理，将其变换为具有直观立体效果的图像，来展示人体组织的三维形态。市场上常用医学影像三维重建软件包括：Materialise 公司的Mimics, Synopsys 的Simpleware, Able Software 公司的3D-Doctor 等。医学影像三维重建软件在个性化医疗器械设计开发中起到日益重要的作用，结合仿真模拟技术、3D打印技术在医疗器械制造中的应用发展，这些技术为医疗器械，特别是定制化医疗器械的设计开发提供了高效的解决方案。本期将分享Corin Group，360 Knee Systems等骨科医疗器械公司使用医学图像三维重建软件开发定制化植入物的应用案例。[图片]图片来源：Simpleware Product Group[图片] 用于手术规划、仿真分析、植入物设计…使患者获得长期的舒适度，是骨科植入手术的关键目标。手术时，植入物能否被准确放置，是影响舒适度和是否会产生翻修手术的重要因素。在骨科治疗中，有些使用标准化植入物无法治疗、修复的病例需要通过个性化定制植入物进行治疗，医生和工程师可以为患者定制设计任何所需的个性化植入物，并作出合适的手术决策。定制化植入物设计和术前规划领域出现了很多技术应用趋势，包括：拓扑优化，有限元分析（FEA），复合材料/材料测试，逆向工程，3D打印和法规遵从。一些公司正在使用基于3D图像建模软件，以非侵入的方式设计和测试植入物的性能。Corin Group，360 Knee Systems等医疗器械公司通过应用医学扫描影像、影像三维重建软件、3D打印技术和激光引导手术，展示了成功和可重复的工作流程。以下案例概述了用基于医学影像的技术解决种植体设计挑战的步骤，同时强调了与开发和使用该技术相关的一些关键问题。[图片] 在开发定制化植入物中的应用CT、MRI 等医学影像数据，是从扫描中捕获患者的逼真几何形状，使用这些患者特异性解剖结构，手术过程和植入物设计都能够基于个体需要和病理进行定制。在设计定制化植入物时，研究人员和临床医生需要考虑到个体化差异，而不是对医疗设备设计采取一般化的方法。骨科治疗中对于定制化治疗方案的需求，增加了对计算机仿真模拟的需求，这是降低手术失败风险的手段。骨科医疗器械制造商以及医疗器械监督管理部门（如：FDA）越来越多的探索的一种方法是使用由医学影像产生的FE模型的计算模拟技术。这些模型将复杂的解剖结构分解为数值表示，从而可以对不同的场景进行实际分析。FDA 认识到计算机模拟是制造商验证医疗设备的一部分，该技术减轻了传统物理测试的负担。计算机虚拟测试技术也可以用于测试3D打印/增材制造的植入物的性能。除了计算机虚拟测试，在手术前依据个性化植入物原型进行真实测试，也将使医生和制造商检查潜在的错误，并获得更多的数据。[图片] 生成3D解剖模型的主要挑战基于医学影像进行植入物个性化设计是具有挑战的，例如，通过3D医学影像来识别感兴趣区并准备高质量的仿真模拟模型是个耗时的过程；从医学扫描到3D计算或有限元模型的工作流程可能会因确保输出模型质量（包括增材制造/3D打印设计模型）而中断。此外，从扫描数据创建设计迭代通常需要重复工作来测试植入物原型的多种变化。与临床前规划方案一致的高效工作流程，要求模型具有准确性。一些医疗器械制造商和研究人员正在尝试通过特定软件，简化基于医学图像技术的工作流程，从而解决这些挑战。[图片] 医疗器械商和研究机构的应用患者患者特异性创建解决方案侧重于连接医学扫描，处理生成图像数据，以及导出用于仿真模拟和3D打印/增材制造的三维模型。中国3D打印网了解到骨科医疗器械制造商Corin Group就建立了稳健、可重复的工作流程，Corin Group 的优化定位系统（OPS）技术使用Synopsys Simpleware软件工具帮助外科医生进行全髋关节置换术（THA）的规划。[图片]Corin Group 使用Simpleware软件生成的髋关节3D模型全髋关节置换术通常依赖于文献的“安全区”来定义acetabu-lar植入物组件的最佳位置。然而，这种近似不能解释患者的多样性，临床研究显示高达50％的髋关节手术未达到其目标定向。对于患者来说，这意味着舒适性将受到影响，并存在植入物脱位和需要翻修手术的风险。因此，Corin Group采用针对患者的仿真模拟技术来提高准确性，降低这些风险。Corin Group 的OPS 系统使用CT 或X射线医学影像设备捕获的患者解剖结构数据，数据被导入Synopsys Simpleware软件，并由工程师处理，将髋关节放置在所需区域。在此阶段，将标志物放置在骨架上以进行种植体植入。这些步骤可能非常耗时，但是通过Simpleware软件的半自动分割工具以及通过生成可重复结果的脚本工具加快了这些步骤。当生成患者特异性模型之后，Corin Group 的OPS系统将模型用于分析常规生理活动中的不同类型的运动和定向。这一分析旨在确定骨盆旋转期间髋臼杯的最佳位置。工程师可以将CAD 植入物模型导入患者数据中，并创建3D打印手术导板。植入物放置位置的虚拟仿真测试，对于减少物理实验和对于文献的依赖，以实现最佳结果是具有价值的。在手术期间，3D打印手术导板将与激光引导对准系统相结合使用，以辅助植入物定位。[图片]360 Knee Group 进行膝关节植入物虚拟测试类似技术还可以应用在膝关节植入手术中。360 Knee Group 公司使用医学扫描数据在Simpleware软件中创建膝关节模型，以确定膝关节植入物 的最佳植入位置。与上述髋关节植入手术的应用一样，该技术能够将患者3D解剖模型与虚拟手术规划和手术导板设计联系起来，降低手术的风险，提高植入物的准确性和可靠性。伦敦大学学院（UCL）的研究人员也将此类技术应用于膝关节翻修手术的研究中。股骨和胫骨组件的次优取向可导致长期患者问题，包括疼痛和磨损。 UCL 对检索数据和CT 临床数据进行了研究，以评估材料损伤。他们使用Simpleware 软件对数据进行分割，并创建适合于将修复前植入物定位与失效植入物植入后微CT扫描结果进行比较的表面模型。该方法能够更好地理解种植体取向和磨损模式之间的相关性，从而在未来减少减少定制化植入物设计中存在的问题。[图片] 总结基于患者医学影像的三维重建技术，不仅可以应用在骨科定制化植入物设计、手术规划领域，还可以应用在更广泛的定制化医疗器械设计领域，例如可用于设计神经调节设备和轮椅等器械，工程师通过该技术能够对精确的患者身体3D模型和器械的CAD 设计模型进行分析，从而评估患者的适用性。医疗监督管理机构也逐渐认识到对医学三维模型进行仿真，作为验证工具正在创造一种对于临床医生来说可靠、快速、准确的方法。但是该技术的应用是存在挑战的，包括临床医学扫描数据的可用性，以及放射科医生或其他用户对于医学影像处理和模型生成技术的学习曲线。此外，此类技术解决方案需要能够满足临床治疗所要求的紧迫交期，也需要使工作流程直观、可重复，足以得到可用的结果。随着医学影像处理软件的应用，临床医生、研究人员获得了更为强大的基准测试方法。结合3D打印/增材制造技术在医疗器械制造中的应用发展，患者特异性/定制化植入物设计方案将更加优化，这些技术的应用发展为定制化医疗器械制造带来了很大潜力。

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在一项合作研究中，来自伦敦帝国理工学院和谢菲尔德大学的研究人员分析了3D打印物体的晶格结构，并将其与金属单晶的结构进行了比较。他们发现晶格遵循冶金学原理并几乎完全复制金属的单晶结构，其中3D打印晶格的节点与单晶原子相似，晶格支柱作为原子键。[图片]在两种结构中，原子平面或晶格情况下的节点都是对齐的。对于在极端温度下具有抗变形能力的某些应用，例如喷气发动机，这是非常好的。然而，这些材料确实有它们的缺点：当它们被推到它们的断裂点时，它们会发生灾难性的失败。这是因为裂缝总是沿着阻力最小的路径，并且在单晶材料中，它总是直线，因为它的节点是最弱点，节点都是对齐的。另一方面，多晶材料具有许多晶体，并且它们的原子平面是随机排列的。通过在节点之间的各个方向上缠绕的最小阻力的路径，这种材料中的裂缝将减慢。因此，如果3D打印物体的内部晶格可以在多晶结构之后建模，那么理论上这些物体应该更强。[图片]研究小组采用了多晶原子结构模型，对其进行了扩展，并创建了用于3D打印的介观结构;他们称这些格子为元晶。他们的实验表明，具有多晶格子的3D打印物体比标准格子物体强七倍。对于重新排列某些几何形状而言，这是一个显着的强度差异，但只有3D打印才能实现这一发现，因为从字面上看，没有其他制造方法可以产生这些结构。谢菲尔德大学材料科学与工程系的Iain Todd教授解释说，“这种材料开发方法对增材制造业具有深远的影响。物理冶金与建筑超材料的融合将使工程师能够创造具有所需强度和韧性的耐损伤建筑材料，同时还可以改善建筑材料对外部载荷的响应性能。伦敦帝国理工学院的Minh-Son Pham博士详细阐述了将该工艺与多材料3D打印机相结合的潜力，“这种元晶方法可以与多材料3D打印的最新进展相结合，开辟了一个新的前沿研究开发新型先进材料，这种材料重量轻，机械强度高，有望推进未来的低碳技术。“