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国际数据公司(IDC)最近预测，2019年全球3D打印产业(硬件、材料、服务和软件)将达到138亿美元，同比增长21.2%。预计到2022年，这一数字将增至227亿美元。我们中的一些人未必能感受到3D打印行业的脉搏，但事实是，3D打印仍然在增长，因为仍然有许多尚未开发的市场。对于那些不关注3D打印机行业的人来说，3D打印行业的快速增长可能很难看到，因为消费者对3D打印机的使用并不是其增长的驱动力(消费者支出将不到全球6.47亿美元总支出的5%)：而是离散的制造商和医疗实践。[图片]许多人仍然认为3D打印是一种很好的原型制作方法，但越来越多的行业开始3D打印终端产品。“3D打印已经超越了早期的制造原型，并正在扩展到其他用例和行业。IDC客户洞察和分析研究经理Marianne D 'Aquila说：“个性化、高性价比打印的好处正在以一种更加多样化的方式实现，例如在制造业的售后配件、医疗保健中的外科模型和专业服务中的建筑设计等方面的支出不断增长。”今天，3D打印的主要用例是原型、售后服务部件和新产品部件，但是增长最快的用例是创建组织、器官、骨骼以及牙齿对象。不仅3D打印机随处可见，3D扫描仪也随处可见。IDC成像、打印和文档解决方案研究分析师Max Pepper解释说：“3D扫描市场的分散性和集中性使得该市场在过去无法扩张。”“在过去十年里，人们对各种垂直行业的持续兴趣，以及导致3D打印机市场增长的类似因素，开始推动(3D扫描仪)市场走向更主流的应用。”需要3D扫描仪的行业包括医疗、房地产和娱乐行业。外科医生在眼科和牙科手术中使用3D扫描仪，房地产经纪人使用它们创建虚拟的家庭旅行，制作工作室使用3D扫描的人和物体用于电影、视频游戏、增强和虚拟现实。建筑公司也在用这项技术保护遗产。“我们看到3D打印技术在2018年有了很大的发展。生产速度的快速增长，加上3D打印材料的重大进步，使得3D打印在制造中应用于更广泛的应用领域，”IDC硬拷贝外围设备和3D打印研究总监蒂姆•格林(Tim Greene)表示。“随着越来越多的用户认识到这些好处，他们正在寻找更多的方法来使用这项技术，这将提高原型、工具和实际制造的设备利用率。”

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3D打印渗入了各行各业，并引领创新，引发了全球制造业的变革,生物3D打印是3D打印技术在生物医学领域中的交叉应用，具有重要的研究意义及应用前景。运用3D打印技术既可以制作标准模型，也可以为病人量身定制结构复杂的手术支架等。通过计算机断层扫描（CT）或者核磁共振（MRI）等医学成像技术对病人骨缺损部位进行扫描得到所需要的支架模型，随后使用三维打印机进行打印成型。这是传统的成型技术难以达到的。近年来，三维打印技术在医用领域内取得了广泛应用，包括颅面移植、冠齿修复、假体器件、医疗设备、外科手术模型、器官打印、药物传输模型、骨组织工程支架方面的应用。三维打印技术由于其可量身定制性，结构和孔隙可控性以及可复合多种材料等特性受到了研究人员的广泛关注。这一趋势也为许多具有突破性的治疗方案及设备的发明提供了灵感。[图片]接下来我们会详细介绍骨组织工程领域内目前可用于三维打印的生物材料，包括它们各自的优缺点以及打印标准。同时由于不同的打印机能够打印的生物材料不尽相同，所以我们也对三维打印机的种类及成型原理进行了简要概述。我们希望该篇综述能够鼓励更多的科研团队发明新的生物材料，最终使得三维打印技术在骨组织工程领域取得更大发展。1.3D打印技术分类介绍生物材料能否被打印这与所使用的三维打印机器有很大关系。不同的打印机对材料的要求不尽相同。在生物医学领域，主要使用的打印机分为四种类型：光固化立体印刷技术、熔融沉积打印技术、选择性激光烧结技术、直接浆料挤压技术。熔融沉积以及直接浆料挤压技术，是两种常用的制备骨组织工程支架的办法。直接打印的浆料有些是与水或者低沸点溶剂（二氯甲烷(DCM)、二甲亚砜（DMSO）混融的聚合物溶液，有些是在挤出后能快速挥发的聚合物溶液，或者一些水凝胶能够在挤出后依然维持原来的结构。通过三维打印成型的水凝胶在挤出后能够通过触变行为、温度感应或者交联等方式维持形状。对于熔融沉积和直接打印来说，分辨率可达到在XY平面喷嘴尺寸25微米，层厚200-500微米。通常情况下这两种方法在打印长的没有支撑的或者有尖锐突出部分的模型时有问题。挤出的细丝没有足够的强度来立即支撑出自身，所以在没有支撑的部分会出现松弛或者完全倒塌的情况。为了解决这一问题，有时在打印的过程中也添加填充材料，在打印完成之后用溶剂溶掉或者高温煅烧掉。[图片]粒子熔化的三维打印技术在工业原型生产中已经取得了广泛应用，包括选择性的激光烧结沉积技术以及粒子粘连技术，它们不仅能打印聚合物、陶瓷、金属及其复合材料，还能赋予其独特或复杂的结构。选择性激光烧结技术使用有特定方向的激光使聚合物或者金属粒子达到其熔点以上温度，从而使粒子熔化在一起。激光束会根据电脑模型分层处理，从顶部开始使粒子熔化成型，并不断重复此步骤达到最后的效果[3]。选择性激光技术成型较慢、成本较高，而且需要使用大量材料，但是其能够在单一机床上成型多种材料的能力使其在许多制造领域中依然占据用武之地。粒子粘结技术也被称作非方向性的激光烧结技术，其主要原理与选择性激光烧结技术类似。但是与激光使粒子熔化不同，粒子粘结技术使用液态的粘结剂溶液使粒子粘结，进而通过高温煅烧得到三维固体。选择性的激光烧结技术以及粒子粘连技术已经在矫形或者口腔外科等硬组织工程领域得到运用。立体平板印刷技术是将紫外光或者激光穿过可以光致聚合的液态聚合物，使其形成单一的坚硬的聚合物簿膜。在聚合后，基板下降到溶液中，这样新的树脂能够在打印的表面上流过，在上方聚合。在所有打印技术中，立体平板印刷具有最高的分辨率，传统的立体平板印刷分辨率达到25微米，而微米级的立体平板印刷以及高精确的立体平板印刷技术分辨率达到了单微米级别。然而由于立体平板印刷由于其只能在紫外光下交联、延伸的后成型特性、缺乏合适的力学性能、树脂在最后容易被堵塞，以及最重要的缺乏相关可用于立体平板印刷技术的生物相容性及生物降解性的材料，使得其在医学领域缺乏发展空间。但近年来由于一些天然的或合成的可交联的生物材料的发现，给立体平板印刷在组织工程领域中的应用提供了很大机会。2.三维打印生物医用材料分类在过去的十几年中，三维打印技术得到了迅速的发展，这也让其在许多新领域中得到应用，更是吸引了医疗设备以及组织工程领域的目光。由于三维打印能够以短时间、低成本为病人量身定制特定的医疗产品，这也使得三维打印技术在未来的个人医疗时代有极大的发展前景。目前，已经有很多生物材料通过三维打印的方式制备骨组织工程支架或者其他一些医疗产品等。在本环节中，我们将针对不同的打印技术需要的材料性能进行整体概述，并重点介绍目前已经应用过的生物材料及其优缺点。2.1 陶瓷基浆料生物医用活性陶瓷能够模拟自然骨的矿物相、结构以及机械性能，是理想的仿生骨修复材料。目前应用3D打印机直接打印陶瓷材料有很大难度，因为液态的陶瓷材料数量很少，而且其熔点远在熔融沉积打印方式所能承受的范围之外。另外，由于陶瓷材料缺乏光敏特性，因此不适用于光固化立体印刷技术。应用选择性激光烧结打印系统也很难打印出高密度又多孔的结构。直接挤压式的三维打印技术是目前打印陶瓷材料最有前景的方法，陶瓷粉体必须有合适的颗粒粒径（通常情况下10-150微米），以及合适的粘结溶液，使其易于打印成型。羟基磷灰石粉末被广泛应用于三维打印中，这和其矿物相中磷酸钙的大量存在有关。通过聚丙稀溶液一层一层溅射到HA粉末上，随后进行烧结完成固化过程，这样我们就得到了羟基磷灰石的联接体。通过烧结，其抗压强度(0.5-12Mpa)可达到人体松质骨的最低要求。将其移植到小鼠模型中，8周后支架边缘开始有新骨生成，内部也有类骨质以及血管长入。但尽管人工骨支架性能优异，但距离临床使用标准仍然相差甚远。生物玻璃是内部分子呈无规则排列状态的硅酸盐的聚集体，材料中的组分可以同生物体内的组分互相交换或者反应，最终形成与生物体本身相容的物质。研究者通过细胞和动物实验对生物活性玻璃进行了一些列研究，发现生物玻璃具有优越的自降解性能，其离子产物可以增强成骨细胞的增殖分化和激活成骨基因的表达。为了有效治疗肿瘤相关的骨缺损病症，Lu等[9]首先制备了磁性纳米粒子改性的介孔生物玻璃，并将其与壳聚糖混合，制备得到多孔复合支架。该复合支架具有良好的骨再生和光热治疗功能，在肿瘤相关骨缺损的治疗中有着巨大的应用价值。[图片]图2 超弹性人工骨2.2 生物医用高分子材料医用高分子打印材料具有非常优异的加工性能，可适用于多种打印模式，并且具有良好的生物相容性和降解性，使得其成为三维打印生物材料中的主力军。不同的打印技术需要设定不同的材料打印参数。比如熔融沉积打印所使用的是热塑性的高分子材料，只需将原材料拉成丝状即可打印，但其直径通常在1.75mm左右，并且要具有很快的固溶转变性能，以保证在挤出前迅速熔化，挤出后能迅速冷却。光固化立体印刷打印技术需要浆料呈液体状态，且具有光敏特性。目前最受研究者青睐也是被应用最多的三维打印高分子材料是可降解的脂肪族聚酯类材料，如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等。聚己内酯是一种半晶型高聚物，曾经一度被抛弃，直到组织工程和三维打印的兴起，PCL也再度走上历史舞台。聚己内酯在被加热时有优异的流变性能及粘弹性，这使得其成为以熔融沉积为原理的打印机最主要应用的材料之一。聚己内酯在体内能够稳定存在长达六个月，随后在逐步降解，且副产物对人体无毒无害。聚乳酸是一种线型热塑性脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物降解性。但由于聚乳酸的降解是由酯键水解实现的，同时由于乳酸的释放导致了周围体液环境中PH值的下降。这些酸性副产物易引发组织炎症及细胞死亡。为了改善这一问题，研究者们将聚乳酸与生物陶瓷复合，来制备复合支架，以提高其生物响应性以及阻碍酸性环境的形成。Ion等利用3D打印技术制备了一种新型的磷灰石-硅灰石/聚乳酸(AW/PLA)复合结构，该复合结构与皮质骨和松质骨的性质相匹配。体外细胞实验的结果表明， AW/PLA复合支架能够有效促进大鼠骨髓基充质干细胞的增殖和成骨分化。在大鼠颅骨缺损模型中，复合支架表现出良好的骨整合与促进新骨形成的能力。除PLA及PCL外，聚丙烯（PPF）是光固化成型中被研究最深入的能够生物降解且能够光致交联的聚合物材料之一。通常情况下打印的浆料要与富马酸二乙酯DEF溶剂混合，同时也要加入光引发剂。溶液的粘度和PPF与DEF的比值对打印过程以及支架的力学性能有很大的影响。聚醚醚酮（PEEK）由于其熔点在350℃，所以只能通过选择性激光烧结打印技术来成型。但熔点高也赋予了PEEK 抗热性，使其能够在高温蒸汽杀菌时依然保持稳定。但是作为生物材料来讲，PPEK缺乏对组织工程有利的骨整合性，不能与自然骨很好地结合，所以容易引起一些排斥反应，而且价格偏贵[12]。2.3 水凝胶浆料水凝胶是水溶性高分子通过化学交联或物理交联形成的聚合物，具有三维交联网络结构，同时自身也容纳了大量的水。水凝胶具有可调节的强度、降解性、可功能化修饰等性能，并且可作为一种软性材料从而仿生细胞外基质的微环境，这使得水凝胶在医疗领域具有广阔的应用前景，可用来制备二维或三维的组织工程支架以及药物的可控释放等。常用的三维打印的水凝胶浆料主要分为三类：一类是由天然聚合物制备的，比如藻朊酸盐、琼脂、明胶、纤维素、胶原蛋白、丝素蛋白、透明质酸等；一类是由合成的聚合物制备的，比如聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚乙二醇等；另外一类是由合成聚合物以及天然聚合物构成的复合水凝胶类浆料。在水溶性合成聚合物中，医用聚乙烯醇（PVA）在组织工程领域应用较为广泛。PVA具有良好的生物相容性，无毒易降解，能在95℃时溶于水，形成凝胶状，且粘度很大。Zhang等制备了孔道互相连通的MBG/PVA复合支架材料，PVA的加入显著加强了材料的韧性。以鼠颅骨脊梁骨缺损为模型的动物实验结果也显示出MBG/PVA支架具有优异的骨诱导活性，能促进骨缺损处新骨生成和血管生成。目前，已经有很多实验将细胞与3D打印的生物支架共培养，实验结果也表明细胞能够在多种三维支架上存活，并且比普通二维培养的效果要好。但这仅仅是细胞与材料的二维作用，并没有将细胞直接置于打印系统中。将细胞直接与浆料混合进行打印作为一个崭新的思路也引起了研究者们的广泛关注。天然水凝胶具有良好的细胞相容性。其性质组成与细胞外基质相类似，表面粘附蛋白质和细胞的能力弱，几乎不影响细胞的代谢过程。可以包裹细胞，输送养分和分泌代谢物。Andrea等测试了不同比例构成的I型胶原蛋白和透明质酸的生物墨水配方，确定了一个最佳配方，在支持生物活性的同时允许生物打印，并且支持原生细胞-基质的相互作用。他们将该配方应用于包含人类原代肝细胞和肝星状细胞的3D肝组织构建中，并测试了对乙酰氨基酚(一种常见的肝脏毒物)的作用。研究结果表明，甲基丙烯酸甲酯型胶原蛋白和硫醇型透明质酸的结合产生了一种简单的、可印刷的生物墨水，这种生物墨水可以调节间质细胞的生长，并且对药物治疗有适当的反应。3. 结论与展望三维打印技术有很大的应用前景，但是成为生物医用领域的主力成员还有很多问题需要解决。其中一个问题在于三维打印机自身能力的局限性，尽管其打印速度及打印精度已经有了很大的提高，但是在许多情形下依然不能达到最佳水平。另外一个主要问题在于可选择的生物材料的局限性。尽管很多可以打印的材料都具备自己的优势，但是用于移植的材料既要满足生理条件的要求，又要与人体有一个良好的应答反应。通常情况下，理想的骨科移植材料需要具有如下特性:（1）可打印性，（2）生物相容性，（3）优异的力学性能，（4）良好的降解性，（5）副产物无毒且可降解，（6）良好的组织仿生性能。不同种类的打印机对材料的要求也不尽相同，而且这些特性有时候很难全部满足。例如，在骨组织工程中，一方面需要强度高的支架材料以满足成骨细胞的增长和承受载荷，但是这也导致了支架降解困难的问题。一些强度低的软性材料容易打印并且容易降解，但是却不能应用于承重部位。一般情况下，三维打印的浆料由于其自身的硬度与天然骨接近被应用于骨骼以及软骨修复领域。从根本上讲，生物材料的选择要在其各项性能上进行选择平衡，以获得理想的材料。聚合物生物浆料已经被广泛地研究了，尤其是价格低廉的弹性体，如PLA和PCL。这些材料有很好的生物相容性以及机械性能，被广泛地用作基底材料。在未来的研究中，除了这些还要注重聚合物材料的降解性、脆性以及细胞相容性等等。陶瓷材料，如HA和β-TCP，传统上就被认为是硬组织工程支架的理想材料，现在也越来越多地被应用到陶瓷和聚合物复合材料的研究中，陶瓷材料的添加能够提高支架的强度，并且提高复合材料的生物学性能。水凝胶生物浆料的发展和打印系统让我们越来越接近打印多功能的、搭载细胞的模型系统中，也给了我们希望，有朝一日能够实现器官打印。这一过程已经由对超分子水凝胶浆料的研究就开始了。最后，三维打印技术要想真正地应用于医药领域，如何进行大规模生产、如何控制质量、如何克服管理障碍都是需要解决的问题。虽然前路道阻且长，但三维打印在组织工程和医药领域终将大放异彩！

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FDM又称熔融沉积成型，是迄今为止最容易获取且使用最广泛的 3D 打印工艺。FDM 3D打印技术根据软件预设的坐标挤出热塑性塑料丝，自下而上逐层构建零件。这种打印技术主要以ABS、尼龙、PC等热塑性线装材料为原料，操作便捷，体积小巧，清洁易用，适合办公室环境；打印出的零件具有很好的耐热性和化学强度；它可以实现传统技术无法制造的复杂几何形状和内腔。除此之外，FDM 3D打印技术免除了生产过程中繁琐的工序，便于随时更改设计，降低生产成本，极大缩短生产周期。综上考虑，FDM 3D打印技术在众多快速成型技术中有很好的发展前景，故对FDM 3D打印机型的设计研究很有必要。本文将结合某款打印机的待改进机型（重点讨论喷嘴部分），浅谈此技术在机型设计中考虑的问题，以及仿真计算在问题改进过程中所起的作用。[图片] 图片：德迪智能的MOIRA DF3桌面级3D打印机 [图片] 仿真缩短研发周期FDM打印机设计的基本思路是在喷嘴处对打印材料瞬间加热使其软化至粘流态，丝材挤出至底板上后冷却成型，从而打印出零件。所以这个技术难点之一是喷嘴处温度的控制。针对这一设计中常见的问题有:- 加热片至喷嘴顶端区域由于散热使材料提前凝固造成堵塞。- 加热片以下区域，由于受热温度升高，使输料管中材料弯软影响挤料。计算及结果：针对以上问题，仿真计算可以：1. 通过对输料管中打印料材温度的初步模拟，判断打印过程中输料管内的料材所处的状态以及喷嘴内温度分布。2. 对加热和散热结构进行设计和改进来达到对料材状态的控制，例如加热块的温度与尺寸，散热片及风扇的结构等。下面文章将针对以上两点逐步介绍仿真计算的操作流程及初步结果。此次对喷头的模拟计算选用ANSYS FLUENT１８.２进行计算。首先了解喷嘴的基本结构后，对模型进行前处理网格质量达标后导入FLUENT进行计算。计算中的边界条件设置如下所示： [图片] 图1：边界条件设置示意图，来源：安世亚太。这里我们重点关注的是输料管中的温度分布，而打印过程中影响其温度分布的有两处流体区域：- 喷嘴顶端附近风扇形成的强制对流。- 上部散热结构及风扇附近的强制对流（例如图2中青色与紫色网格区域）。考虑到计算成本和结果精确度，此次仿真重点考虑这两处流体区域对温度分布的影响。计算对固体与流体的温度场均进行了模拟，固体之间的热传递为热传导模型，以公式∆T=Q/KA计算，其中K为传热系数，数值大小由固体的材料决定，A为接触面积，∆T为接触物体表面温度差。固体与外界空气接触的墙面为自然对流，外部流场温度取用腔体温度。除此之外，喷嘴及散热片附近的流场模拟为强制对流，气体入口为风扇，出口为流体域边界的标准大气压压强出口。流体计算域中的喷头壁面温度与流体域的计算耦合。 [图片]图2：网格结构图，来源：安世亚太。上文中提到，仿真结果需要体现输料管中的温度分布，故在后处理时对输料管的温度随位置变化的曲线进行展示如下。 [图片]图3: 输料管内温度曲线，来源：安世亚太。结合打印材料的热力学性质可以得出打印料材在管内的各相分布及温度分布，如下图所示。通过调整一系列设计，使输料管内的温度达到预期数值。 [图片]图4(左): 输料管内材料状态分析图; 图5 （右）喷头温度分布图, 来源安世亚太。总结来说，通过与物理实验的结合，仿真计算在FDM机型的设计改进过程中有指导性的作用，它使设计人员更加细致的观察打印机内部的特性变化，从而找到好的解决问题方案。同时，仿真计算避免了真实物理模型的建立，从而利于缩短研发周期。[图片]张亦舒，安世亚太增材设计仿真部流体咨询工程师，美国Colorado State University环境工程学士，环境流体力学硕士。参与国内外多个工程项目，专长紊流仿真模拟，传热分析等。在3D打印机机型方面，对FDM与DMD机型均有仿真计算经验。

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利用CT扫描和3D打印技术，史前海洋爬行动物头骨内隐藏的秘密得以揭开。这个大头骨属于一种鱼龙，一种生活在2亿年前海洋中的恐龙。来自曼彻斯特大学、伦敦大学学院和剑桥大学的研究人员合作完成了这个项目，创造了一个数字模型，这是第一个这样的模型，尽管这个一米长的头骨是60年前由一个农民发现的。[图片]“这是首次将大型海洋爬行动物的头骨和下颌骨进行数字化重建，用于研究目的并向公众开放。”尽管在英国已经出土了数千块鱼龙化石，但这一标本尤为重要和不寻常，因为它是三维保存的，包含了很少暴露的头骨骨骼，”曼彻斯特大学(University of Manchester)表示。计算机断层扫描(CT)技术使研究人员能够看到头骨内部，揭示出大多数化石中通常不存在的区域。这个时代的鱼龙(侏罗纪早期)通常被“压扁”，这意味着它们被压扁，以至于头骨的原始结构要么没有保存下来，要么被扭曲或损坏。因此，在没有任何围岩遮挡的情况下，将这个时代的鱼龙的头骨和部分骨骼保存在三维空间中是一件非常特别的事情。[图片]经过初步检查，研究小组注意到脑壳中有几块骨头，在类似的标本中保存的很少，但只保存了左侧。所以左脑是由剑桥大学的Laura Porro博士进行的微CT扫描；然后在3D打印之前将图像镜像以创建完整的脑壳。通过分析化石的数字和3D打印重建，可以在保存原始化石的同时，更方便地获取数据。Porro说：“CT扫描可以让我们看到化石内部——在这种情况下，我们可以看到颅骨中原本含有血管和神经的树状图。扫描还显示了该标本自50年代发现以来的管理历史。有几个区域是用石膏和粘土重建的，其中一根骨头的模型制作得非常专业，只有扫描显示部分是假的。最后，3D重建颅骨是有潜力的。对于原始的、脆弱的、非常重的化石骨头来说，这是很困难的(也是有风险的)；此外，我们现在可以免费为其他科学家和教育提供3D重建。[图片]3D打印可能是未来的技术，但它正在解决数百万年前的难题。洛马克斯说:“人们花了半个多世纪的时间来研究和描述这种鱼龙，但等待是值得的。我们的研究不仅揭示了这种动物头骨内部解剖的令人兴奋的信息，而且我们的发现将帮助其他古生物学家探索它与其他鱼龙的进化关系。

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3D打印技术的成熟与广泛应用，为教育创新发展提供了重要的驱动力。近几年来，我国3D打印教育发展迅速，围绕项目实施的各方参与者对3D打印教育理念的认识程度及推广力度也不断提高。同时，国家政府机构对推动3D打印教育的落地发展也愈发重视。 [图片] 2018年3月，人社部印发《人力资源社会保障部关于颁布<全国技工院校专业目录(2018年修订)>的通知》，决定自今年（2018）秋季学期开始施行2018版技工院校专业目录。其中新《目录》新增专业第一大类——机械类明确专业就有“3D打印技术应用”等新兴技术。2019年1月，教育部公布《中等职业学校专业目录（征求意见稿）》。其中，05加工制造专业大类中新增增材制造技术（3D打印）应用专业。3D打印教育利好政策的相继出台，在教育行业引起了强烈反响。国内3D打印教育资深品牌极光尔沃相关负责人表示，3D打印教育政策环境利好，不仅会极大刺激市场需求释放，同时也是进一步加速行业技术、产品与服务的持续创新、推进3D打印教育落地发展的重要催化剂。 [图片] 而在新政策的出台及外部市场竞争充分的新形势下，为了进一步推进校企合作，加速3D打印教育落地发展，极光尔沃旗下3D打印教育项目组，多次深入各地大中小学校实地考察，就3D打印教育项目实施、师资培训、设备与技术等方面展开洽谈并达成合作。2018年07月，极光尔沃与河北机电学院达成战略合作协议，为该校模具设计与制造专业（3D打印方向）提供3D打印机设备及技术支持。2018年10月，极光尔沃3D打印机助阵松山湖片区“可视化学习”研讨活动；2018年11月，极光尔沃牵手洛阳理工学院，推进3D打印实践教学；2018年12月，极光尔沃3D打印机助阵2018龙华区“科普进社区”活动。 [图片] 3D打印教育是当前我国创新教育的重要组成部分。近年来随着3D打印产业不断发展，各行业逐步衍生出很多3D打印技术及相关工作岗位。极光尔沃携手高校与时俱进，强化3D打印实践教学，为产业发展发展储备人才。值得一提的是，极光尔沃作为我国3D打印教育的先行者与推广者，无论是在技术与设备学习方面，还是在项目整体实施方面，已经积累了丰富的经验。

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近日，IDC发布的一项新预测显示，今年全球3D打印支出将达到138亿美元。这一消费因素涉及3D打印所需的硬件，材料，软件和服务，新数字比2018年增加了21.2%。IDC预计到2022年这一数字将增长到227亿美元。据IDC称，3D打印的最大市场将是独立制造（53.8%），医疗保健提供商（13.1%），教育（8.6%），专业服务（6.5%），消费者（4.7%）和其他（13.3%） 。预计美国将花费近50亿美元，西欧预计将花费36亿美元，而中国预计将花费近20亿美元。IDC客户见解和分析研究经理Marianne D'Aquila说：“正如预期的那样，我们正在全球范围内广泛采用3D打印用例。 3D打印已经超越了早期的制造原型，并且正在扩展到其他用例和行业。定制的，具有成本效益的好处正以更加多样化的方式实现，例如制造业的售后零件，医疗保健的外科模型和专业服务的建筑设计等等。”IDC表示，打印机本身和材料将占全球支出的三分之二，2019年分别达到53亿美元和42亿美元。按需零件服务和系统集成服务等服务今年将达到38亿美元。

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近日，上海产业技术研究院研制出国内首台具有实用价值的“同轴送丝激光金属3D打印机”，将为各种关键零部件的制造与再制造提供效率更高、成本更低的解决方案。“上海工业门类齐全，再制造资源丰富，希望我们研制的装备有用武之地。”上海产研院3D打印研发平台主任周伟民研究员说。[图片]再制造是一个快速发展的绿色产业，能让旧的零部件焕然一新，从而节省大量原材料和能源，并减少排放。目前，美国的再制造产值已达500亿美元/年，而我国仅为5亿美元/年左右。如何在产业技术上实现“弯道超车”？激光熔覆3D打印是一种很有潜力的新兴技术，具有节材、节能、成形不受零件复杂程度限制等优势，近年来受到工业界的广泛关注。[图片]科研人员展示同轴送丝激光金属3D打印机制造的零部件[图片]据周伟民介绍，传统的送粉式激光金属3D打印技术以金属粉末为原材料，利用高压气体喷射到沉积位置，再利用激光照射熔化，最后凝固成形。这种技术在航空、航天、核电等领域得到了一定应用，但存在粉末利用率低、有粉尘污染等问题。为此，上海产研院围绕激光熔覆3D打印技术展开攻关。经过近两年自主研发，一台同轴送丝激光金属3D打印机最近问世。它通过一个激光熔覆头，将一束高功率实心激光转换为同轴环形激光，并聚焦在工件上；金属丝从环形激光的正中心同轴送入熔池，进行熔化沉积。这台装备的最大激光功率达3000瓦，丝材直径为1.0—1.6毫米，使用316L不锈钢时的打印速度是5—30克/分钟。它已成功打印出一个直径60毫米、高250毫米的圆环样件，由600多层堆积而成，表面粗糙度仅为15微米。经测试评估，这台同轴送丝激光金属3D打印机达到了国际先进水平。[图片]科研人员在操作同轴送丝激光金属3D打印机上海产研院博士后王涵表示，使用金属丝代替金属粉末具有很多优点。金属丝更便宜，利用率更高，也更容易保存，而且不会对周围区域产生污染。以钛合金为例，金属丝的价格是300元/公斤，仅为金属粉末每公斤价格的十分之一；用金属丝打印材料的利用率可以达到100%，而用金属粉末普遍不超过30%。这两个成本，就相差30倍左右。而且钛合金是战略级贵金属材料，其利用率的大幅提升对国防建设具有重要意义。[图片]科研人员在操作同轴送丝激光金属3D打印机根据计划，上海产研院3D打印研发平台将在今年年内，具备关键零部件的修复再制造能力；未来两年内，实现同轴送丝激光3D打印技术在修复再制造领域的产业化应用，为国内工业制造和再制造产业发展提供利器。关于上海产研院3D打印研发平台建设上海研发公共服务平台是《上海实施科教兴市战略行动纲要》明确提出的一项战略任务。研发平台是运用信息、网络等现代技术构建的开放的科技基础设施和公共服务体系，由科学数据共享、科技文献服务、仪器设施共用、资源条件保障、试验基地协作、专业技术服务、行业检测服务、技术转移服务、创业孵化服务和管理决策支持十大系统组成。作为国家科技基础条件平台的重要组成部分，上海研发公共服务平台将有效整合集成上海及长三角地区的研发资源，通过开放仪器设施与研究基地，共享科学数据和科技文献，提供专业技术、创业孵化、技术转移等服务，充分体现平台产学研联盟的定位，促进科技资源在全社会范围内的高效配置和共享利用，提升企业自主创新能力，降低创新创业成本，加强产学研合作，系统优化科技创新和产业化环境，为全面提升上海科技国际竞争力提供有力支撑。上海研发公共服务平台的建设是落实科学发展观的重要举措，也是上海建设创新型城市的重要支撑。研发平台的建设将促进上海科技资源的共建共享，提高研发水平，提升上海国际竞争力，保持上海经济的持续、快速、稳定发展，促进长三角区域科技、经济和社会的可持续发展。

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近日波音公司发布了即将推出的777X双引擎喷气式飞机的新照片。 777X将成为世界上同类飞机中最大的飞机，它将在今年晚些时候飞行，其所配备的GE9X发动机内有六个3D打印的部件。GE航空集团GE9X项目总经理Ted Ingling表示：“我们发现，增材制造非常好，非常强大，特别是在开发的早期阶段，它允许设计团队更快地迭代概念。”[图片] 波音777X飞机原型组装GE9X的3D打印部件新的波音777X飞机自2017年以来一直在开发中，并结合了许多新的设计功能，以提供更大的客舱容量和改进的机库存储。驱动飞机的GE9X发动机是GE开发支出超过20亿美元的研发项目，并于2016年首次运行。[图片] 以GE的第一台GE90发动机为基础，GE9X采用著名的GE 3D打印燃料喷嘴。除此之外，还有一些小型部件，包括温度传感器和燃料混合器，以及较大的部件，如热交换器和分离器，也是3D打印的。 GE9X中的长脚低压涡轮叶片也采用3D打印，减少了整体发动机重量并最大化了尺寸和功率。GE9X内部的3D打印燃料喷嘴由Morris Technologies 3D打印，2012年被GE收购。发动机中的其他组件由GE Additive 在Concept激光设备上3D打印。[图片]GE LEAP 3D打印燃油喷嘴制造世界上最省油的喷气式飞机777X配备两台GE9X发动机，预计将于2019年第二季度完成首航。然而，777X系列飞机将在2020年商业运行。在使用中，单个航班中较大的777-9型号将能够承载400到425名乘客飞行8,745英里。 相比较小的777-8将能够覆盖10,000英里，在机舱内可容纳350至375人。 根据波音公司的说法，777X将成为“世界上效率最高的双引擎喷气式飞机，比竞争对手降低12％的燃油消耗和10％的运营成本”，这一切都得到了GE9X的支持。

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3D打印技术可完成结构复杂物体的打印，在口腔修复领域已有一定应用，未来有望替代大部分传统修复技术。在口腔美学修复中如何保证分析设计阶段初设的轮廓外形与颜色等与患者得到的最终修复体一致，一直是困扰口腔医师和技师的难题。3D打印的蜡型、树脂冠桥等可用于美学修复的美学分析和设计结果的输出预告，一对一地传递并指导最终修复体的设计和制作。3D打印的目标修复体导板（TRSguide）既为美学修复制定了可预览的修复蓝图，让口腔医师和技师能检测患者重建的口腔功能和美学的相关信息；又能指导实施符合牙体保存和活髓保护理念的理想牙预备，做到真正的全程精准与微创。这些新的数字化技术进展使得美学修复焕然一新。本文对3D打印在口腔美学修复中的应用进行介绍。[图片] 引言3D打印也称增材制造（additive manufacturing）技术，是利用计算机辅助设计（computer aided design，CAD）软件或逆向工程重建三维数字模型，并将其分割为层切数据文件，在3D打印设备上按每层数据进行材料的逐层叠加[1]，最终形成物体实体的一种分层制造技术。20世纪90年代3D打印技术开始应用于医疗领域复杂模型的制作[2-3]。目前3D打印技术也逐步应用于口腔医学领域，按照成型方式分类主要包括立体光固化成型（stereolithography，SLA）、选择性激光熔覆（selective laser melting，SLM）、熔融沉积成型（fused deposition modeling，FDM）和喷墨打印[4]，用于制作种植导板、修复体熔模蜡型、活动和固定义齿金属支架、颌面部修复体以及全口义齿等[5]。口腔美学修复路径可分为前期的分析设计阶段和后期的临床实施阶段[6-7]。采用SLA技术打印蜡型或树脂冠桥等进行美学要素的分析、查找、设计并制定相应的治疗计划，明确美学修复方案。临床实施中通过3D打印的TRS导板开展精准牙体预备，有利于精准的量形控制，检测指导最终修复体数字化设计及实体转化，完成整个精准修复过程。一、 3D 打印在美学分析和设计阶段的临床应用路径在口腔修复过程中，目标修复体空间（target restoration space，TRS）是拟定的修复后各种修复体所占据的最小空间[8]。TRS导板是指在医—患—技三方确认的美学设计方案后，使用硅橡胶、牙科透明膜片或者3D打印等方法制备TRS导板，用于空间分析设计、牙体制备、种植手术及修复体制作等。因此，美学分析和设计阶段的目的在于医师与患者、技师需共同根据生物学、材料学和美学等影响因素完成目标修复体空间的设计，并将虚拟设计的TRS蓝图通过不同阶段的实体预告技术准确地传递到临床实施阶段。充分的交流和沟通依赖于美学修复治疗的美学修复预告，传统的预告技术包含三个阶段：一级预告为数字美齿设计；二级预告为美学诊断蜡型；三级预告为口内诊断饰面[9]。按照数字化程度与TRS传递的精准性可将口腔修复治疗美学分析和设计阶段分为传统美学分析和设计、半数字化美学分析和设计、全数字化美学分析和设计，每种临床路径如图1所示，下面将进行详细阐述。[图片] 1.1 传统美学分析和设计传统美学分析和设计路径通过美学修复预告，医师、技师和患者在可视的基础上共同参与治疗计划的制定。患者初诊时采集面部和口内照片，并根据患者自身情况，结合美学、功能等需求制定TRS，并将所采集二维影像信息用于一级预告中的数字化美学分析设计（图2A）[8]。根据一级预告中数字化美学分析设计的目标修复体形态手工制作反映未来修复体空间的美学诊断蜡型，完成二级预告（图2B）。根据已经做好的美学诊断蜡型翻制TRS导板，进行口内诊断饰面制作，完成三级预告（图2C）。[图片] 传统的美学分析和设计路径，只需要照片收集和数字化美学分析工具即可以完成一级美学预告技术，操作简单，在临床使用广泛，技术成熟，成本较低。但同时也存在着一些缺点，首先，由于一级美学预告技术需要将面部照片和口内照片进行匹配，以完成二者信息的结合，综合进行面部和口内美学分析，但二者的拍摄角度要求一致，操作难度大。再者一级美学预告所得的二维美学分析设计结果很难准确地转化为二级美学预告技术中的三维蜡型，这将增加传递TRS信息的误差，影响最终修复效果。最后，手工制作美学诊断蜡型需要技术娴熟的技师来完成且需要大量制作时间。1.2 半数字化美学分析和设计数字化口腔技术已经能够进行口内和面部美学信息获取，以及集美学分析设计、美学诊断蜡型设计于一体的数字化美学方案设计[13]。通过3D打印技术将美学分析和设计的数字化结果转化为实体，作为美学修复预告和精准实施的重要手段，减少模型制取和美学诊断蜡型手工制作等步骤，有效减少了翻制模型及手工制作蜡型时造成的TRS传递误差，有效提高诊疗效率和患者舒适度。 [图片] 半数字化美学分析和设计过程将数字化美学诊断蜡型设计技术和3D打印技术引入分析设计过程中。患者初诊采集面部和口内照片（图3A），扫描石膏模型并将颌位关系转移到虚拟牙合架上，结合患者的面部信息直接在软件中进行美学分析设计、美学诊断蜡型设计，进行一级预告（图3B、C）。3D打印设计好的美学诊断模型，用于二级预告（图3D）。在3D打印的美学诊断模型上制作TRS导板，进行口内诊断饰面制作，完成三级预告。半数字化美学分析和设计路径将传统一级预告的分析设计、二级预告的美学诊断蜡型制作整合为一次性的数字化设计步骤。整个美学分析和设计阶段分为数字化设计和3D打印两步，简化了美学分析和设计的步骤，缩短了医生和技师的操作时间。但过程中仍需进行口内印模制取和翻制石膏模型，患者舒适度未得到改善。在数字化设计拟合过程中，将二维的患者面部照与三维的模型数据进行拟合，同样存在传递TRS过程的误差，因此难度较大且不准确。 1.3 全数字化美学分析和设计 全数字化美学分析和设计路径在半数字化路径的基础上用口内扫描和面部扫描数据代替模型收集和照片收集步骤。患者初诊时口内扫描制取数字化模型，面部扫描采集面部和唇齿关系等信息（图4A、B）。然后将面部扫描数据直接与患者的数字化模型数据进行拟合，根据患者的三维形貌和咬合关系等信息进行美学诊断蜡型设计，完成一级预告（图4C）。3D打印设计好的美学诊断模型，用于二级预告（图4D）。在3D打印的美学诊断模型上制作TRS导板，进行口内诊断饰面制作，完成三级预告。[图片] 全数字化美学分析和设计路径直接运用数字化方式采集患者口内和面部信息，简化了操作步骤，缩短了操作时间，完全避免了由于翻制模型及手工制作蜡型所导致的TRS传递误差，大大提高了TRS信息传递的准确性及患者的舒适度。数字化设计将三维的面部扫描数据和口内扫描数据进行拟合，过程简单，结果准确可靠[14-15]。但全数字化过程还不能进行患者颌位关系转移，对于涉及咬合改变的情况还无法准确进行咬合设计。传统路径成本较低、方法成熟，虽然很难做到精准的设计和临床实施，但可以让初学者快速进行口腔美学修复操作。数字化路径设计准确，但前期投入的设备和软件成本较高，目前还很难广泛地应用于修复临床。不管哪种美学分析和设计路径，都要根据临床实际情况进行方法的选择，医技患充分沟通用最合适的方式进行修复治疗。二、3D 打印在口腔美学修复临床实施阶段的应用在口腔美学修复的后期临床实施阶段，医师常需进行不可逆的有创操作，以完成牙体预备或种植体植入。由于牙体预备的目标与实质是在人体最硬的器官上获得与所选修复体材料及工艺准确适合的TRS[16]，同时技师根据美学分析和设计结果制作最终修复体，因此数字化技术的应用为美学分析和设计结果如实地传递至最终修复体提供了有效的解决方案。2.1 3D打印TRS导板在牙体制备中的应用 TRS导板可用硅橡胶、牙科透明膜片或者3D打印等方法进行制备。用于备牙时，TRS导板也可叫备牙导板。传统的方式是使用硅橡胶翻制美学诊断蜡型，获得硅橡胶备牙导板，该方法简便但硅橡胶不透明，无法精确测量备牙导板到基牙之间的距离且临床操作复杂。牙科透明膜片制作备牙导板是将美学诊断蜡型翻制成石膏模型，压膜而成，制作过程稍复杂。3D打印制作备牙导板可以直接在数字化美学诊断蜡型的基础上设计数字化导板，再通过SLA技术打印出备牙导板，方法简便（图5）。在专业设计软件中导入分析设计阶段完成的美学诊断蜡型数据（图5A），在此数据上直接进行“抽壳”操作，将备牙导板的厚度设置为0.8 mm（图5B），只保留需要进行牙体预备的几个牙位完成TRS备牙导板设计（图5C），最后3D打印TRS备牙导板，并指导口内牙体预备（图5D）。[图片] TRS导板的制作过程为美学修复制定了修复蓝图，让口腔医师能全面检测患者的美学相关信息；同时，备牙导板保证了预备体符合目标修复体的空间要求，在保证微创预备的同时为最终修复体的制作和粘接提供了良好的基础。2.2 3D打印制作临时修复体对于进行二次修复或过小牙等完全利用体外TRS的美学修复患者，可将数字化美学分析设计与3D打印技术结合进行美学预告并直接打印临时修复体。具体操作如下：患者初诊时采集面部照片或进行面部扫描，取印模、翻制石膏模型并扫描石膏模型将颌位关系转移到虚拟牙合架上，结合患者面部信息进行数字化美学分析设计目标修复体形态（图6A、B）。3D打印设计好的目标修复体，进行口内预告并可直接作为备牙后的临时修复体使用（图6C、D）。该方法同时完成了美学诊断蜡型、口内预告的美学诊断饰面和备牙后的临时修复体的制作，大大简化了操作步骤，节约了操作时间和资源。[图片] 2.3 3D打印辅助口腔修复体制作美学修复治疗过程中如何让最终的修复体表达美学分析和设计阶段的美学效果，即最初分析设计所得TRS能准确传递到最终修复体的制作是美学修复的关键步骤。传统的修复体制作流程均为手工制作，包括制作模型或代型、制作底冠蜡型、包埋铸造、上瓷、修整外形和上釉完成。由于手工制作过程不能将美学诊断蜡型与工作模型进行拟合，很难将美学分析和设计结果一对一如实地传递至最终修复体。运用数字化技术制作修复体，首先需通过模型扫描或口内扫描将预备后的牙体表面信息转化为数字化工作模型，再将美学分析和设计阶段已确定好的TRS信息与数字化工作模型重叠，用以指导修复体的设计和制作（图7）。[图片] 目前，应用于美学修复体制作的3D打印技术主要为SLA，比较成熟的工艺流程是用3D打印技术制作底冠蜡型，之后包埋铸造完成修复体制作。具体步骤如图8所示：将美学诊断蜡型与工作模型拟合，指导设计最终修复体；3D打印底冠蜡型；完成修复体制作。3D打印技术辅助修复体制作既可克服传统修复体制作流程中难以用美学分析和设计结果指导最终修复体制作的缺点，又可避免减材制作的加工缺陷，节约制作成本，延长修复体的使用寿命。[图片] 三、3D打印在口腔美学修复领域应用的局限性和展望目前3D打印在口腔美学修复领域应用的局限性表现为成本较传统技术高，打印原材料还不多，影响广泛应用。而SLA成型技术所用的材料为树脂和蜡，这两种材料的强度低、颜色与天然牙不匹配，都不适合制作最终修复体，因此目前在美学修复中必须将3D打印技术与传统技术相结合才能达到预期的美学修复效果。学者已开始研发可以直接进行陶瓷打印的3D打印工艺，即用美学分析和设计结果确定最终修复体设计后，直接3D打印完成陶瓷底冠或最终修复体，可使瓷美学修复体的制作过程更加简化和精确。3D打印在口腔美学修复领域将会前途无限。

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发光字在大城市已相当普及，中小城市正在飞速发展，掌握了不同外壳制作和不同光源搭配，能做出亚克力、通体、炫彩、无边、围边、迷你字等几十种发光字，满足任何客户的需求。2017-2018年3D打印发光字渐渐进入大众视野，一种可以制作多种类型发光字的新型发光字设备展露头角，在发光字市场日渐激烈的行情下，如一只强狮迅速占领市场份额。3D发光字一经推出便成为发光字界的潮流，众立印品牌发光字壳3D打印机已被市场广泛认可。南极熊了解到，2019年，武汉智垒正式推出大尺寸K98型快速发光字壳3D打印机（以下简称K98字壳机）。[图片] 图1 K98字壳机外观正面[图片] 图2 K98字壳机外观侧面[图片] 图3 K98字壳机外观背面众立印K98字壳机定位为高端设备，设备外观尺寸长宽高为1500mm*1000mm*1100mm，无需弯腰操作，无需为设备定制底座。平台作业尺寸长宽高为970mm*625mm*100mm，设备采用黄金比例为发光字的生产带来了高产能、高效率，也实现了传统字工厂能做多大发光字，K98字壳机就可以做出多大的3D发光字。[图片]图4 K98字壳机尺寸K98字壳机人机界面采用7寸彩色触摸屏，内置电脑操作系统，自带3D字库管理软件，可以直接通过系统进行数据传输预览以及设备控制。[图片]图5 K98字壳机操作界面热床对发光字3D打印机来说有着至关重要的作用，K98字壳机平台上改进了加热系统，加热功率有效提高。单独热床控制系统搭配着可调节功能，在使用中既方便又实用。在打印耐高温发光字材料时预热时间大大减少，使打印效果更佳理想。[图片] 图6 K98字壳机热床系统在Z轴、电机、挤出机、风扇、导轨的选用上K98设备整机均选用了知名品牌材料，保证设备可以达到稳定的使用效果。众立印K98字壳机设计使用寿命最少五年，厂家提供整机质保，终身保修。[图片]图7 K98字壳机配件实拍合理的尺寸、系统化的热床、高品质的配件，对K98字壳机的快速打印起到了至关重要的作用。作为3D打印机专业设备生产商，我们在挤出机喷头结构上采用公司专利技术，使打印速度大大提升，实现高精度高效率。[图片] 图8 K98字壳机专利结构众立印K98字壳机为方便用户在很多细节下足了功夫，设备自带材料储存柜、配件柜，方便存放常用耗材以及设备备用配件，节省设备使用空间。配置可开启防尘处理装置，防止灰尘的同时方便清洁设备。[图片] 图9 K98字壳机储存柜发光字耗材拥有特定的属性，需具备耐高温、抗紫外线、阻燃等特点，K98字壳机选用发光字专用耗材，让您在使用中无后顾之忧。作为多色发光字3D打印机，K98字壳机的材料展示架美观实用。料架一次可放置21千克耗材，21种不同颜色材料，需要制作什么颜色发光字便可直接选用，简单便捷，外观也更加炫彩。[图片] 图10 K98字壳机料架[图片] 图11 K98字壳机选用材料传统的发光字企业发展，根据市场需求生产发光字，部分产品已很难满足消费者的个人偏好，随着消费者对产品的个性化需求的增加，传统的产品逐渐失去市场，个性化的发光特性越来越受到用户青睐。K98字壳机可以实现多色切换打印，实现个性化效果。[图片] 图11 K98字壳机打印过程3D打印可以做出哪些发光字？在这里可以告诉大家，K98字壳机可以实现传统大部分工艺，侧漏光、全透光、斜边、背光、迷你字、灌胶字、无边字等等。还可以做出传统发光字无法做出的立体感，具有市场竞争力。K98字壳机成品字效果：K98字壳机参数:设备型号：众立印K98型快速发光字壳3D打印机设备尺寸：1500mm*1000mm*1100mm作业尺寸：970mm*625mm*100mm（可升级为1.5米）打印颜色：多色切换打印设备重量：300KG打印速度：80-300mm/s人机界面：7寸彩色触摸屏，内置电脑操作系统设备配备：耗材专柜、配件专柜、可开启防尘装置、一体式多功能耗材展示架每日产值：约5800元软件配备：自动切片软件，一键操作，支持矢量图导入，无需建模耗材倾向：广告发光字耗材（户内、户外、遮光、透光耗材）电源参数：220V整机质保：5年K98字壳机配件：[图片]K98字壳机实拍：[图片] 3D发光字发展到目前为止，产品在性价比上具有较大的优势，国内在制造生产3D发光字中的投入都尚处初级阶段，顺应市场潮流，未来3D发光字想必将拥有大规模的市场份额，形成强大的制造业系统。技术的不断升级，产品质量的把控等各个环节都会直接影响到3D发光字前景的发展，众立印K98型快速发光字壳3D打印机历时2年研发四次升级正式上市，将引领3D发光字时代。设备价格：4.5万/套（赠送2000元配件，含税含运费）。目前，这款设备已经上架微信小程序“全球3D打印产品库”。