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  • 3D打印技术从诞生之日起,至今已超过30年,这30年间也常常通过媒体而出现在公众的视野?简言之,3D打印技术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。这项技术今天已经在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。[图片]今天为大家推荐的这篇文章,提出了3D打印的三个应用方向,以及需要警惕的四项风险点。三个应用方向包括帮助解决国际人道主义危机、提高现代医学的个性化水平、保护地球生态环境;四项风险点包括强大的制造能力可能危及就业、黑客可能利用虚拟网络威胁现实世界、可能引发新的犯罪和安全威胁、可能改变国际事务的规则。以下是原文内容。我们应该对3D打印技术保持谨慎态度,但过度反应和监管也可能会扼杀创新。历史经验表明,在技术的不利一面被应用之前进行规范构建对话是最有效的。因此,各国际主体,包括国家、商业领袖、政府官员和其他政策制定者可通力合作,尝试建立有预见性和约束性的全球规范和标准。作为“互联网+先进制造业”的代表,3D打印技术已被广泛应用于工业和个人领域。但是,任何新兴技术都可能是双刃剑,在享受新技术带来的新动能的同时,也要未雨绸缪,高度重视新技术可能带来的风险,提高创新治理能力,使科技既能充分发展,也可以切实造福人类的美好生活。促进了人类的可持续发展帮助解决国际人道主义危机。3D打印技术正在与世界上最紧迫的人道主义危机——饥饿和无家可归作斗争。一份联合国报告显示,全世界有九分之一的人口处于饥饿状态;世界自然基金会副主席杰森克莱表示,从现在到2050年,粮食生产需要翻一番才能满足人类基本的粮食需求,但从目前这种不可持续的食品生产实践方法来看,这将是一项不可能完成的任务。3D打印有解决世界粮食危机的潜力。创建一个软件程序,通过程序设定的配方将加在墨盒中的成分组合在一起,最终输出为3D打印食品。而墨盒中的成分不仅仅是粮食,也可以是从其他动植物中提取出来的含有粮食营养成分的替代品。同时,软件允许“厨师”根据用餐者的特定营养需求定制食物,这种生产方法更环保更可持续。如果软件是开源的,越来越多的研究人员和对该生产行为感兴趣的人可以参与进来,更快开发出更高效更经济的食品解决方案。3D打印技术也为住宅建设带来了革命性的变化,使住房建设更便宜、更便捷。例如,总部位于美国德克萨斯州的初创公司Icon正在与非营利组织New Story合作,以低于4000美元的成本在24小时内用水泥打印了一个单层住宅房屋,该项目的最终生产版本是创建400至800平方英尺的住宅,该设计成果已在德克萨斯州奥斯汀SXSW大会上进行了首次公展。如果类似的技术和设计工艺能不断改进和推广,将助推数以百万计无家可归的人得以安居。3D打印技术还被用于人道主义救援,向灾区和难民营提供基本商品和服务。例如,尼泊尔地震时,联合国曾把3D打印作为其地震反应计划的一部分,包括打印卫生基础设施所需的定制管道部件等。提高现代医学的个性化水平。2014年,世界首例3D打印椎骨取代人体椎骨的手术在北京成功举行。它被认为是现代医学的一大进步,因为与传统的椎骨替代品相比,特别设计的3D打印骨骼形状更好地契合了人体结构,更耐用的同时可以使人体更快更好的恢复。这是模仿患者的解剖结构进行3D个性化植入的一个典型案例,然而,3D打印在医学上的应用远不止这些,它创造了一个全新的个性化医学领域,比如说3D打印药物。对于患有长期性疾病或老年患者来说,每天可能需要服用数十粒药物,而研究证明,有30%—50%的人因没有正确服用药物而导致治疗效果下降甚至引起副作用。通过3D打印精确控制药物成分,根据个人需求将数十粒药物的效果合成到一粒药物上,这个过程中还可以在一些成分的表面涂上特殊材料来延缓药效的释放,以使科学家可以对服用后的药效进行精确的控制。虽然由于医学的严格调控,高度个性化的3D打印药剂可能需要数十年才能广泛服务于患者,但这种趋势已非常明显。3D打印为医学界引入的另一项革命性的服务是重新构想医疗程序。现在进行手术前,大多数医生用二维图像来确定手术方法,这种传统的成像技术不是很精确。而3D打印模型可以准确地捕捉到独特的解剖结构细节,允许外科医生拥有需要进行手术的任何人体部位的复制品,尤其是大脑和心脏,这种手术模拟服务大大提高了复杂手术的成功率。现代社会的发展是建立在创意和创造力之上的,而3D打印的个性化定制特征也将会在现代社会得到长足的发展。保护地球生态环境。利用以前的废物创造未来的产品可以使我们的消费更有效,3D打印为这种以更可持续的新方式使用旧材料的想法提供了可能。例如,研究人员已经找到了利用3D打印技术将二氧化碳转化为混凝土的方法,他们甚至正在探索如何减少打印过程中所需的能量,使这个技术本身更可持续。今年夏天,在马尔代夫,一片没有珊瑚礁的海域被安装了世界上最大的3D打印珊瑚礁基质设备,以打印珊瑚赖以生长的基质,希望在此基础上形成天然珊瑚礁。除了珊瑚礁,3D打印技术还可以为其他物种提供栖息地。可能带来的影响和风险强大的制造能力可能危及就业。3D打印机在生产复杂或高度定制的产品方面比传统制造业有很大的优势,但它在带来社会效益的同时,也会造成劳动力市场的动荡。3D打印可以为飞机生产批量的精密零件,成本与生产牙刷差不多,它正迅速成为“盒子里的工厂”,几乎可以打印任何东西。虽然目前它在各行业中的应用相当有限,但随着这项技术在未来几年变得生产力更强、更容易获得,它的影响或许不可评估。兰德公司团队采访的专家估计,未来几年,3D打印机的产量可能只占所有消费品的5%,也有可能达到90%左右,数以百万计的工作岗位可能岌岌可危。黑客可能利用虚拟网络威胁现实世界。3D打印技术的进步也可能引发新的网络攻击,随着数字计划转化为实物,黑客能轻而易举地将恶意代码或有缺陷的指令、算法引入打印程序,使用打印机来造成对真实世界的破坏,此时的网络安全将变得更加重要。研究人员做过一个实验,他们侵入了一台台式电脑修改了无人机螺旋桨3D图纸中的几行代码,打印出来的螺旋桨看起来完美无缺,但在起飞后的1分43秒时,惊心动魄的一幕发生了,这架小型无人机的一个螺旋桨发生爆炸,飞机摇晃着坠落并撞得粉碎。随着数字技术的发展,当3D打印机越来越多地被用来制造一些关键部件,包括飞机引擎时,当别有用心的人通过在关键设备中植入某种缺陷来锁定目标人群时,这些担忧绝非杞人忧天。可能引发新的犯罪和安全威胁。今年八月份,美国一家私人的国防公司Defense Distributed将3D打印枪支的图纸传到网上,此举引发美国8个州和哥伦比亚特区检察长的联合署名诉讼抗议。虽然美国国务院随即叫停了这一做法,但那时图纸的下载量已累计达10万余次。3D打印枪支的技术不断改进,最初射击几次后就会自动报废,但现在连续发射30多颗子弹仍可使用;其可用的打印材料也愈丰富,在禁枪的国家,塑料枪支可以逃过金属探测的检查而出现在公共场所。这还可能引起新型街头毒品、化学药品的定制打印,如果被恐怖组织利用,后果更严重。因此,广泛的3D打印可能会导致武器扩散,增加全球冲突、极端主义和犯罪的可能性。可能改变国际事务的规则。3D打印为公司选择在当地进行分散性生产而不是进口提供了可能,公司不再需要在一国生产零件,再到另一国组装,这所有的步骤都可在打印现场完成,因此削弱了目前由复杂的多国供应链支撑的国际联系。贸易制裁历来是处理国际争端的主要工具,3D打印技术有可能降低贸易制裁的效力,也有可能造成国家间贸易合作的破裂。有预测说到2060年,3D打印可能会毁掉近四分之一的跨境贸易,而自二战以来,这些贸易关系和供应链有效减少了州际战争。因此,3D打印有可能极大地改变当前的国家体系和国际秩序。基于上述分析,我们应该对3D打印这项新技术保持谨慎,但过度反应和监管可能会扼杀创新。历史经验表明,在技术的不利一面被应用之前进行规范构建对话是最有效的,因此,各国际主体,包括国家、商业领袖、政府官员和其他政策制定者可通力合作,试着建立有预见性和约束性的全球规范和标准。比如加大对稀有的有危险和破坏性的原材料的流动控制,确保某些破坏力很大的武器不易获得制作材料;或者要求打印机在线注册,并要求打印机在其产品中编码可跟踪的标识和序号;或是政府部门也可用网络技术中断该技术潜在的攻击或限制其破坏。同时,困窘中也孕育着机遇,就像曾经占据了经济体量90%的农业最终也让位于了原始的机器生产制造业一样,3D打印在取代了一些劳动力的同时,新技术也带来了新的工作岗位和可能性。我们可以对传统制造业的工人进行培训和再培训,让他们从事未来的3D打印工作或是其他更有技术含量的工作,以减轻产业转型期就业问题可能引起的阵痛。无论如何,科技前进的步伐不可阻挡,我们需要预见性的规范和包容性的增长,以让更多的人受益。作者:杨彩霞

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  • 传统做3D设计的行业,比方动画设计或者建筑设计,设计时基本上只需要考虑3D模型的外形,甚至可以忽略物理世界。绝大多数的场景和物体仅仅包含了可见的网格,物体由片和线构成,不需要是相互连接着的。但如果你希望设计出来的3D模型可以用于3D打印机上并完美的按预期打印出来,那么你需要明白以下几点:3D模型必须是水密的水密,watertight,也可以通俗的说是“封闭的”或“不漏水的”。水密的意思是3D模型必须是一个边界完整的整体,如果模型有漏洞,打印机无法辨认边界,则不能打印。您可以借助一些软件来检查您的模型是否存在这样的问题。[图片] 3D模型必须为流形(manifold)流形(manifold)是数学里的一个概念,您可以想象一个流水的曲面的,不存在线和片的概念,由面和体构成。简单来看,如果一个3D模型中存在多个面共享一条边,那么它就是非流形的(non-manifold)。[图片]两个立方体公用一条边,换言之,此边为四个面共享。免费软件Blender有一个功能用来判断3D模型是否有非流形(non-manifold)区域-我们可以在Blender展示下,如图所示:[图片]显示:[图片]其他的一些3D软件应该也有类似的功能。1. 3D模型的最大尺寸和最小壁厚尺寸,就算最好的3d打印机,也不能打印无限大的物品,对于很多设计师,特别是艺术类的,有时候在最开始并没有考虑打印尺寸。对于尺寸的确认,需要越早越好,太大可能涉及到拆件,太小有可能会丢失打印细节;壁厚,这应该是3D打印最常见的一个错误了。3D打印是靠层层叠加来制作物品;如果一个3D文件没有壁厚,都是片、线,3D打印机无法知道层厚是多少,也就没法打印了。对于我们来说,一般也会对壁厚有要求,这个要求可能会比打印的工艺极限稍微保守一点,以降低物品在运输和清理过程中别损坏的几率;3D模型最大尺寸和壁厚跟您要使用的3D打印工艺和材料有关系。一般来讲较大尺寸的模型最薄壁厚不要低于1mm。不然易碎,且易发生形变。2. 法向一致法线是用来区分内外平面,这对打印机很重要,否则3D打印机无法识别模型的边界。3d模型中所有的面上的法向需要指向一个正确的方向。如果你的模型中包含了互相矛盾的法向,3D打印机就不能够判断出是模型的内部还是外部。3.合并重复交叉的部分交叉面会造成重合的体积,这个首先会造成体积计算的不准确,多算体积,另外也会让定位面的朝向出问题。因此交叉重合面必须得进行合并;4.最小间隙最小间隙是指两个壁厚间的最小距离,这还是跟3D打印机的物理极限有关系,如果最小间隙小于3D打印的打印极限,两个壁会合成一个导致区分不出来或者会有支撑或者残留物去不出来。如果想一次性打印成功能活动的物品或者关节物品,关节处或连接处需要有0.6mm的缝隙来预留间隙。5.其他可打印的3D文件还应遵守以下这些规则或建议:1、如果只需要看外观,则能做空心的尽量做空心的,能有些节省费用;2、要注意一次成型尺寸,如果模型大于3D打印设备最大成型尺寸,有时需要进行拆分打印。3、价格和尺寸的关系近乎于3次方关系,所以尺寸越大,价格越高,而且增长速度非常快!4、悬臂结构的,应该让悬臂结构粗些,防止打印过程中变形。5、弧度较大的物件,例如圆柱体,如果使用透明材料打印,透彻程度会不如平面物体。6、表面最小细节不要小于0.2mm7、不要有小于1.2mm的细线8、打印物品要摆放整齐总结为3D打印设计模型与“传统的”3D设计有一些的不同,但并不是说3D设计师需要重新学习,主要还是要了解一些新的概念,如果你在设计的时候记住这些概念和限制约束,其实3D打印设计做起来并不难。创想三维希望此使用指导为你提供一个好的开端!

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  • 我们日常生活中糖尿病患者群体可谓异常庞大,并且对于患者日常的血糖监测十分困难,几乎每次都要现取血样进行测量。[图片]虽然市面上已经出现有更为方便的无创血糖仪,但高昂的价格完全无法为大量患者普及利用。不过华盛顿州立大学的研究人员打造了一款适用于可穿戴监测设备的3D打印葡萄糖生物传感器,为更方便实用的血糖监测提供了新途径。从该校官网了解到,他们是通过生物传感器准确测量汗水中的葡萄糖水平,因为它已经被皮肤排出,所以相比传统刺破手指采血检测和嵌入式传感器更加适合普通患者进行日常监测。据悉他们使用3D打印机生产出具有导电性和柔韧性的纳米级材料,精准的方法节省了更多材料(用以降低成本),同时制得的生物传感器比传统电极更敏感。基于这样的监测装置,他们目前正致力于将此生物传感器整合到一个可打包的可穿戴设备中,以进行长期血糖监测。设计可以像手腕上的带子一样简单,无线连接到智能手机以指示和跟踪葡萄糖水平。

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  • 东华大学材料学院游正伟教授团队在3D打印热固性材料领域取得重要进展,相关成果近日发表于材料学领域著名期刊《Materials Horizons》。[图片]3D打印技术是近年来新兴的先进加工手段,因其可快速高效地制造精细复杂的立体结构,方便个性化定制等特点,在诸多领域均展示出良好的应用前景。热固性材料具有出色的力学性能、热稳定性和耐化学性,被广泛地应用于航空航天、汽车、船舶和能源等各种产业中,然而大多数热固性材料尤其是非光固化一类材料的成型都需要一个较长的交联过程,难以匹配3D打印连续化的制造方式。如何让前沿3D技术成功驾驭热固性材料,在拓展可3D打印材料种类的同时又增加热固性材料的设计和加工自由度?对此,游正伟团队提出了一种新颖的策略,他们巧妙地将盐粒和热固性材料预聚物结合为可3D打印的“复合墨水”,盐粒在3D打印过程中起到增稠剂的作用,保证顺利打印成型;同时在热固化过程中,盐粒又起到增强剂的作用,实现打印的三维立体结构在高温高真空交联过程中保形;在打印过程中盐粒固化成型后,盐粒可以方便地被水溶解除去,从而又作为致孔剂获得了多孔的结构。游正伟表示,该策略具有良好的通用性,可以实现多种热固性材料例如交联聚酯、聚氨酯、环氧树脂的直接挤出式3D打印,打印出来的结构还具有常规3D打印难以获得的微孔。论文第一作者、东华大学博士生雷东介绍说,加入食盐的灵感来源于土木工程中常用的混凝土材料,水泥混入一定比例的石子、沙子等填充材料用以加固支撑结构,提高抗压强度。从灵感产生到应用于实验,雷东说,课题组成员没少花功夫,对食盐粒径大小、复配方式及比例、打印温度、打印速率等多项参数都进行了反复试验,以求达优化到最佳实验效果。据悉,研究人员以热固性弹性体为例,开展了相关应用研究。利用打印弹性体对溶剂的大尺寸溶胀效应和微孔结构高效吸附与解吸作用,构建了可反复循环响应的气体传感器。利用3D打印个性化定制的优势构建了梯度化结构的柔性溶剂驱动器,可对溶剂即时响应并发生大尺度的形变,在软体机器人等领域具有潜在的应用前景。同时,该课题组和上海交通大学附属瑞金医院的赵强教授和叶晓峰副主任医师团队合作,证实采用该技术所打印热固性的三维多孔支架具有良好的力学强度、弹性和耐疲劳性,可作为心肌补片而有效治疗大鼠心肌梗塞模型。该支架具有很好的生物相容性和可降解性,能够根据个体需求3D打印定制,未来还可以和药物复合,实现药物的缓释,为疾病治疗和组织缺损再生修复等提供个性化新方案。

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  • 3D打印在医疗领域应用的最大优势在于可以实现低成本、高效率的快速定制。近些年随着医疗行业日益增加的“定制化”需求,3D打印技术在生物医学领域有着非常广泛的应用。接下来,我们来看看2018年3D打印技术在医疗领域创造了哪些奇迹呢?1、3D打印人工椎体让患者腰椎“再生”腰椎长出恶性肿瘤,一年内几近丧失行走能力。脊柱外科医生用3D打印仿生人工椎体进行置换重建手术,助其腰椎“再生”。传统的人工椎体是用钛笼替代椎体,容易出现受力不均,内固定下沉,3D打印人工椎体基于患者被肿瘤侵犯椎体的三维CT扫描数据而制成,可完美填补了患者空缺的椎体,大大提高了脊椎手术的精准性。这是武汉市属医院首例3D打印技术治疗椎体肿瘤手术。 [图片] 2、3D打印仿生眼有望助视障人士重见光明3D打印仿生眼原型,未来有望助视障人士重见光明!此前,近日,美国明尼苏达大学(University of Minnesota)的研究团队首次在半球面上完全由3D打印制造出光接收器阵列。这项发现标志着朝着创造“仿生眼”的目标迈出了重要的一步。有朝一日,这种仿生眼将帮助盲人复明或者提高正常人的视力。 [图片] 3、3D打印技术为女癌症患者重塑整形31岁的迈伯尔发现牙肉有肿块去看医生,被确诊患癌要动手术,虽然保住性命但就牺牲了容貌,连进食都有困难。医生替她切除了80%的上颚骨和部分嘴唇,令鼻子以下的位置凹陷。而为了帮助迈伯尔重塑整形,澳洲墨尔本医生用3D打印为其“度身订造”一副钛金属上颚支架植入面部,五个小时的手术顺利完成,其后再在支架上镶上假牙,让她重新过有质素的生活。 [图片] 4、3D打印手套帮助帕金森患者完成日常生活任务全球有600多万人患有这种疾病,它有早期症状,如运动缓慢,身体僵硬,颤抖或震颤。为了解决颤抖或震颤症状,西部大学生物电子学实验室小组的一组学生设计并开发了一种3D打印手套,有助于抑制由帕金森引起的震颤或其他肌肉收缩,帮助帕金森患者完成完成日常生活任务。目前手套仍处于原型阶段 ,是在3D打印技术的帮助下实现的。 [图片] 5、3D打印生物传感器帮助糖尿病患者监测葡萄糖对于数百万患有糖尿病的人来说,持续葡萄糖测试的痛苦是每次将手指刺痛采血来检测,而且还非常不方便。而目前可以使用连续的葡萄糖监测装置它们非常昂贵,并且需要将传感器嵌入通过粘合剂固定在适当位置的皮肤中。3D打印提供高度定制,可以制造专门针对个体患者量身定制的可穿戴生物传感器,以取代痛苦的手指刺痛,还会降低成本,为糖尿病患者提供更易获得的定制解决方案。由于这是一种用于血糖监测的无创无针技术,因此儿童血糖监测将变更容易。 [图片] 当前医疗行业存在大量的定制化需求,且难以进行标准化、大批量生产,而这恰是3D打印技术的优势所在。就应用阶段看,目前医疗3D打印产业逐步进入由初级阶段向中级阶段的过渡期,应用涉足口腔修复、定制化假肢、手术导板、骨科植入物、面部重塑及器官组织等应面。其中,术前规划、骨科植入物市场规模大、技术应用逐渐成熟等优势,吸引各类企业纷纷布局,将成为2019年医疗3D打印市场的发展热点。

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  • 世界各地的研究人员定期都有推出新的3D打印机,本文我们将向您介绍美国南卡罗来纳州克莱姆森大学的这项新实验,克莱姆森大学的研究人员目前正在研究一种新的3D打印技术,该技术涉及快速激光加工,这是一种将电能转化为氢气以储存能量的过程。不得不说,这可能是3D打印技术的又一项新领域![图片]为什么要研究这一项目? 它对我们今后生活有什么帮助? 接下来,我们带着问题来看看下文如何讲解。为什么要研究这一项目?研究人员研究这个项目的目的是为了创建一个可行的能量储存系统,可以为人们提供可持续的清洁能源。据研究发现,凭借其3D打印和激光加工技术,这些研究人员能够创造出所谓的“质子陶瓷电解槽堆叠”。实际上,这些电解槽可用于储存来自太阳能和风能的能量。克莱姆森研究人员开发的这项新技术同样可为3D打印技术提供新的机会。[图片]当然想要研究这一项目难度相当大,电解槽需要四种不同类型的陶瓷,这使得工艺非常复杂,每种陶瓷都需要烧结,并且每种陶瓷材料都需要在不同的温度下烧结。这个是研究团队将要面临的最为严峻的挑战。该项目由建华“材料科学与工程教授”“Joshua”Tong领导。他的目标是希望将3D打印技术提升到新的水平。这位教授已从美国能源部能源效率和可再生能源办公室获得160万美元的研究经费。这项新技术有哪些优点?[图片]建华“Joshua”Tong解释说,这种新的激光3D打印技术将减少制造高压电解槽的成本和时间。同时也是将氢气生产成本降低一半的解决方案,也可以减少设备尺寸。对于他来说,相同的技术可以应用于3D打印其他类型的陶瓷产品,例如电池和太阳能电池。建华“Joshua”Tong解释说,汽车燃料电池组的设计可以通过电子邮件发送到世界各地的工厂,并且可以在几小时内打印,而不是等待数天或数周才能交付。这项新技术为我们生活带来哪些帮助?[图片]增材制造可以帮助开发出新能源,它可以在我们已经知道的设备的制造过程中实施,例如风力或燃气轮机。 在之前的文章中我们已经看到了几个使用3D打印来创造能量的项目。例如,使用这种尖端技术已经为太阳能电池板,新型电池,风力涡轮机和燃气轮机部件提供定制服务。[图片]甚至3D打印还可以带来一个与能量存储相关的令人难以置信的项目——3D打印电池部件。曼彻斯特城市大学和切斯特大学,以及中国中南大学的研究人员,使用石墨烯材料印刷圆盘电极,随着3D打印电池部件这一项目的发展,我们可以看到今后这项技术将为我们生活带来极大便利。

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  • 器官移植是治疗部分器官衰竭患者的手段,仅在中国,脏器衰竭患者的器官移植需求量就达到了年均30万例。公开数据显示,2015年,中国成功完成肝脏移植2000多例、肾移植5367例,但2015年肝脏移植需求者新增4000多人,肾脏移植需求者新增了1万多人,供需差距进一步扩大,仅肝脏移植就有500多人同时在同一家医院等待,肾脏移植有2000多人在同一家医院等待。我国器官捐献率不到百万分之三,而一些国家已经达到百万分之四十。生物3D打印技术研究的重要目标就是通过增材制造技术和再生医学技术实现组织、器官的人工培养,最终解决移植器官供体短缺的问题。然而,生物3D打印器官技术仍存在很多需要解决的难题,主要包括:材料、血管形成与法规。这三大因素是目前阻碍3D打印人工器官成为一种现实的临床治疗技术的主要障碍。实现器官“定制”所面临的难题从中国器官移植供需的数据中可以看到,每年等待器官移植的患者数量都多于器官捐赠的数量,所以必然有一部分患者无法及时接受器官移植,他们可能因器官衰竭而死亡。即使是那些接受了器官移植的患者,也面临着一生接受免疫抑制治疗和相关医源性疾病的困扰。当器官供需存在差异时,医疗界就会思考新的技术和商业模式来满足需求,通过3D打印与再生医学技术制造人造器官的思路也正是在这种情况下产生的。[图片]器官3D打印流程,图片来源:european Pharmaceutical manufacturer。从事3D打印组织、器官研究的人员或机构不仅需要具备增材制造技术,生命科学技术,还需要建立进行人工组织、器官制造过程的数字化质量管理体系,还需要解决来自材料、血管化和法规的挑战。[图片] 材料在增材制造中,控制3D打印部件的物理性质是很重要的,例如需要严格控制形状、强度、柔韧性、耐化学性和表面光洁度等。生物3D打印过程也是类似的,在打印中需要将细胞打印到材料基质中,这些基质能够提供支撑、形状以及组织、器官需要的机械性能。不仅如此,这些材料在打印过程中还需与细胞具有化学相容性,同样的,在植入时也需要与人体化学相容。生物3D打印材料也被称为“生物墨水”。一种生物3D打印方式是使用单一生物墨水打印任何希望制造的组织或器官。但是生物学表明,细胞之间的空间对细胞生物学至关重要,因此在器官打印过程中需要大量的材料来适当地支撑、维持和调节组织/器官内的细胞。比如说,GE 医疗生命科学部门与美国西北大学进行合作,美国西北大学的科学家发明了300多种具有不同“颜色”的生物墨水,它们被用于构建生物组织。其中一种生物墨水为超弹性骨制造材料,该材料含有90%以上的羟基磷灰石,但除了羟基磷灰石之外,生物墨水中还含有部分粘合剂,这种粘合剂有助于实现弹性骨的3D打印。大多数粘合剂材料在打印过程种可以蒸发掉,或者是能够被清洗掉,留下骨状材料(羟基磷灰石)。[图片] 血管形成细胞与没有生命的零件有所不同,在3D打印过程中仅为细胞创造物理和化学环境是不够的,细胞还需要生物环境。这其中最大的挑战之一是如何创造血液供应,从而为细胞提供氧气并带走废物。在人体中,任何超过头发宽度并缺乏血液供应的细胞都会出现问题。[图片]人体肝脏血管网络示意图如果对天然组织进行观察,会发现血管系统没有整齐地设计,而是类似于半混沌的血管网络。人体的天然血管能够提供均匀的灌注(在空间内均匀供应营养和氧气)以及保持低流动阻力,但是这一点多数人造血管床都做不到。在人工血管研究领域已取得了一些进展,比如说美国高级解决方案生命科学(ASLS)的Jay Hoying 偶然发现了创建更像原生血管的方法。几年前,他使用来自老鼠的腹部脂肪做为实验模型,发现撕裂的小块微血管将自发地生长新血管(血管生成),并且这些新血管将自组装成血管床,重建半混沌天然结构。当他将这些血管床铺放在不同的组织(心脏,肝脏,肾脏,神经)时,它们会自发地产生类似于天然身体组织中发现的血管床。[图片] 监管审批医疗监管审批是3D打印骨科植入物所面临的最大挑战之一,同样也是生物3D打印医疗产品所面临的挑战。通常情况下,美国食品药品监督管理局(FDA)规定,在生产多件相同的医疗产品时应使用相同设计方案,监管程序需要确保的是,产品安全有效并且具有一致性。然而,与T细胞疗法等其他“精准药物”一样,生物3D打印器官、组织的主要优势在于每种产品都是针对患者量身定制的。这给医疗监管机构造成了重大挑战,因为在为每位患者“制造”器官时所使用的细胞可能都是独一无二的。在此情况下,FDA 所面临的挑战是对这类医疗产品的制造工艺进行监管,而并非像以往那样对产品进行监管。组织、器官的3D打印过程质量控制以及验证是至关重要的,整个过程从患者成像开始,到为患者创建定制化的组织3D模型,在打印组织或器官的每一层时,有必要根据设计验证其物理特性、化学特性以及生物学特性。虽然如何对生物3D打印组织、器官进行医疗监管是充满挑战的,但是并非没有任何依据可循,最近FDA批准的自体T细胞疗法,为医疗监管机构制定定制和自体组织/器官的制造指南提供了可借鉴的思路。[图片] Review组织、器官再生并不是个新概念,几十年来,生物工程师生物工程师和临床医生一直在开展这个领域的研究。但是在以往的再生医学研究中,人们从未像今天这样有机会同时利用生物学、3D打印技术和数字化分析来进行再生医学的研究。除了交叉学科技术的发展,医疗监管环境也逐渐利好,因为监管机构已开始探索个性化医疗,就拿国内来说《定制式医疗器械监督管理规定(试行)征求意见稿》现已发布,其中对于定制式医疗器械的设计开发、生产、质量控制等方面有着详细的规定。在生物3D打印技术的应用层面上,虽然提供临床所需的功能齐全的人造器官还有很长的路要走,但GE医疗生命科学领域的专家认为在短期内少量3D打印人造组织将成为可能,并且还列举了两个典型的3D打印人工组织的应用场景:- 在颅颌面手术中,很多患者需要移植健康的血管骨。目前,这种骨骼来自患者的其他部位,例如腓骨,髋部等,这种移植手术时间长,价格昂贵,并且恢复时间长。而通过生物3D打印技术制造的血管骨则有望替代目前的自体移植。- 膝关节软骨可以保护膝关节半月板,软骨过度使用及磨损可能导致膝关节炎,严重的患者需要接受膝关节置换手术,植入金属人造膝关节植入物。但是膝关节置换手术非常昂贵,并且使用寿命有限,如果尽早移植带有活性的3D打印半月板,将减少膝关节出现永久性损坏的可能性,并减少治疗费用。这类相对简单的3D打印人体组织的研究将为人们创建复杂器官奠定基础。参考资料:可移植器官资源分配要公平公正公开Bioprinted materials can be used to repair damaged organsThe future of 3D bioprinting in precision healthBioprinting for stem cell research

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  • 3D打印的最大优势是用来制造那些传统方式实现不了的设计,包括薄壁,复杂的形状,这样的设计通过传统制造工艺无法制造出来,从而实现产品性能的提升。将3D打印用于传统加工工艺难以实现的创新产品的制造,这不仅仅体现在直接的金属或塑料产品的3D打印应用领域,还体现在包括与铸造相结合的间接的产品制造领域。随着3D打印与铸造的结合,铸造作为产品“诞生”的“源头”,其决定产品核心竞争力的价值将显现,我们判断是这个行业不再被误读为“傻大笨粗”,而是成为企业发展核心竞争力的体现,因为通过3D打印与铸造工艺的结合可以从源头决定一个产品的创新程度。将来,很多大型企业将改变将铸造外包给铸造厂的模式,而是将铸造将作为核心关键的一环纳入到企业内部的生产运营中,这个过程中或将发生铸造厂被并购的现象。当然,改变现状并非易事,在3D打印与铸造工艺结合的应用层面上,存在的普遍误区是,仅仅发挥了3D打印不需要模具的特点,将3D打印砂模或者3D打印PMMA熔模用于产品的试制开发阶段,加工的还是传统设计的产品,并没有用于创新设计产品的制造。本期,通过Altair与voxeljet-维捷合作的轻量化农业机械的悬架部件来与谷友共同领略通过3D打印与铸造的结合,如何实现结构件更轻的重量和更平滑的结构过渡,从而减少了刚度变化。[图片] [图片] 项目介绍德国著名的农机企业阿玛松公司(Amazone)开发和生产具有高标准质量且具有创新技术农业机械,支持现代化、经济的耕作方法。 考虑到这些标准,Amazone利用先进的开发工具,流程和制造方法为客户的成功做出贡献。农业机械在极其恶劣和极端变化的条件下使用。 除了服务质量和备件的可用性之外,产品寿命是农民需要考虑的主要购买标准。 在开发新产品时,制造商不仅要在价格上具有竞争力,还必须考虑产品的耐用性,因为这方面会影响制造商在市场上的声誉。[图片] 挑战在过去十年中,农业机械和相关设备的效率大幅提高。 通过提高地面覆盖率,例如,更高的吞吐率、扩大的切割单元和更高的储罐容量,整体生产率得到显着提高。 但是,对于恶劣的操作条件,设备必须仍然足够坚固,并且设计改进不得导致最终产品的更高价格。这是新的开发和制造流程发挥作用的地方。 除了通过使用特定于负载的结构设计在生产过程中节省的材料资源之外,还可以通过有针对性的、面向制造的优化开发流程来提高产品耐用性和重量,并且最终用户无需额外成本。Amazone最近进行了一个项目,对土壤耕作装置的悬架部件进行了优化,以评估部件的材料使用和耐久性。 该装置是牵引式圆盘耙,Catros-2TS,由拖拉机牵引,可用于不同的配置。 紧凑型圆盘耙用于剧烈搅拌和浅耕(工作深度达15厘米)。轻量化这一组件为农民提供了另一项好处。使用更轻的悬架部件,农民在可供选择附加设备上可能有更多的选择。例如,如果需要,他可以选择较重的滚轮进行更密集的土壤重新固结,并且使用较轻的悬架部件不会超过总体允许的轴载荷。[图片][图片] 解决方案从焊接结构到铸造部件最初,Catros-2TS是一个相当复杂的焊接部件,重量为245千克,包括加入单个部件所需的总共16.5米的焊缝。 这种焊接量使生产非常耗费时间和成本。 每年大约生产350个这种组件。 为了实现优化组件制造工艺和延长其使用寿命的目标,Amazone工程师不仅对组件的设计进行了仔细研究,还评估了新的制造方法与拓扑优化相结合可能带来的潜在好处。优化悬架部件的仿真和铸造技术第一步是评估使用铸造工艺生产的部件的重量减轻和性能提升。为此,工程师进行了前期拓扑优化。 此外,Amazone采用仿真驱动的设计流程来消除不必要的设计迭代,并更快地完成最终设计。 这些任务由Altair的结构求解器和优化工具OptiStruct和Inspire处理。工程师期望铸造方法有几个优点。 由于组件可以一体铸造而不需要焊接,因此生产更简单,并且该过程不易出错。 由于使用优化工具创建的优化结构设计,工程师希望看到制造过程显著降低成本和优化的潜力。为了优化结构,工程师们使用了Altair Inspire。 首先,他们定义了可能的设计空间和边界条件,例如载荷、所需刚度和制造限制。还定义了结构不被修改的非设计空间区域,例如在支撑点或圆柱连接处。通过定义和应用对称平面进一步减少了计算时间,这有助于更快地获得结果。通过这些输入,软件计算出需要多少材料以及必须放置哪个位置以满足结构强度等要求。从优化结果中,工程师创建了详细设计,然后使用OptiStruct在有限元分析中进行评估。 与焊接结构相比,铸造结构实现了更轻的重量和更平滑的结构过渡,从而减少了刚度变化。 与原始组件的焊缝中的载荷相比,新设计的铸造材料的总载荷显著降低。 由于铸件的负载特定结构,随后的物理测试显示耐久性增加了2.5倍,而重量减少了8%。[图片][图片] 总结新的悬架部件已经投入使用,与之前的焊接结构相比,Amazone的制造成本降低了三分之一。 由于铸模的可重复使用性,模具成本很快就能摊销。 客户可以从附加模块的更高灵活性和更长的产品寿命中受益。目前,Amazone工程师正在利用拓扑优化和3D打印的组合,进一步优化铸件结构和制造工艺。 Altair与其合作伙伴voxeljet-维捷展示了这种方法的最佳实践案例。在这个过程中,使用3D打印创建了一个失蜡铸造模具,并且该组件的结构经过优化并受到自然形状的启发,完全符合3D打印的要求。仿真和优化运行已经结束,并且可以进一步节省约11%的重量,同时将耐久性和刚度保持在与铸造部件相同的水平。最终成本计算仍在进行中,并且将成为Amazone决定是否将此流程用于批量生产的关键因素之一。在Altair Inspire中精炼优化的几何形状与焊接结构相比,铸造结构实现了更轻的重量和更平滑的结构过渡,从而减少了刚度变化。

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  • 11月30日-12月2日,以“新时代、新医疗、新起点”为主题的第12届中国医院院长年会在湖北武汉隆重召开,全国各级卫健主管部门及医院管理层代表等8000余人参加大会,共同探讨医疗变革时代应对之策,交流医院管理学科建设的成效经验。在医疗信息化方面,中国电信天翼云带来了医院“全栈云”和云影像/云胶片的解决方案,并且通过场景化展示医疗云专区的建设和最佳实践,凸显了天翼云助力“医院上云”的实力。[图片]全方位实力建设医疗云2017年以来,医改政策发布密集,以“互联网+医疗”为重点的医疗信息化和以医联体为载体的区域卫生信息化建设等政策的不断落实为医疗信息化建设带来了新一轮的需求。利用云计算、大数据等新兴技术加速医院上云,助力医院信息化建设是天翼云身为百年央企必须承担的责任与使命。天翼云也在医疗云展台的现场一一进行了展示。众所周知,医疗行业一直被资源分布不均、资源利用率低、数据体量暴增、信息过载、效率低下等问题困扰,云计算和医疗行业的结合,不仅解决了上述问题,还对医疗行业的信息化建设提供了很大的帮助。天翼云此番展示的医院全栈云和云影像/云胶片的解决方案让参会嘉宾对医院上云有了全方位了解的同时,也充分体现了天翼云的整体综合能力。然而医疗云不仅对云网的基础设施要求高,其在信息安全方面和政务、金融一样,也有着极高的要求。在安全领域,天翼云一直致力于建立相对全面的安全体系和能力,目前已经拥有了面向客户的“5S”安全保障服务,从系统、持久、标准、保密和服务五方面为客户提供安全可信的全方位服务。不仅如此,天翼云已经通过了中央网信办网络安全审查,并获得了包括可信云服务、ISO027001以及CSA-STAR等国内外重要机构的评审认证。医疗信息化天翼云护航作为国内云服务的“领军者”,天翼云深耕医疗行业多年,积攒了丰富的服务经验。凭借自身的运算能力和数据存储功能,天翼云为海虹医药电子交易中心打造了药品在线医疗平台,实现了医药流通与信息网络技术的结合;在湖州市中心医院影像云服务项目中,天翼云通过灵活的部署满足了医院海量数据存储以及快速调阅资料的需求......当然,这些仅仅只是天翼云促进医疗信息化的一个缩影。值得一提的是,去年8月,中国电信医疗云专区北京节点发布会在北京成功召开,中国电信医疗云以“影像云、科研云、灾备云”三大医疗行业云计算产品为基石,不仅具有云网融合、专享定制、安全可信的特性,也同时具备计算、存储、网络三大能力。此外,在本次年会期间,中国电信还联合湖北公司同期举办了中国电信医疗云专区(湖北节点)的现场观摩会,来自全国19个省的170余位医院领导共同聆听了中国电信助力智慧医院建设整体方案介绍以及湖北鄂东医疗集团和广东番禺中心医院分享的医疗云建设助力医院信息化评级经验,还一同参观了医疗云专区基础设施。今年4月,国务院办公厅印发了《关于促进“互联网+医疗健康”发展的意见》,就促进互联网与医疗健康深度融合发展做出了部署。天翼云紧随国家步伐,履行央企责任,深化“互联网+医疗”业务领域的建设成果的同时,加快信息技术与实体经济的深度融合。相信未来天翼云会在医疗信息化进程中将发挥更加重要的作用。

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  • 喷嘴是3D打印机部件中最简单而关键的一部分,日常中对其保持维护非常重要,为了确保模型打印的成功率。在这里,我们向您展示了一些如何清洁碰嘴的简单方法。 一、3D打印机清洁预防定期给碰嘴进行清洁是预防喷嘴堵塞的最好方法,特别是对那些经常更换不同耗材打印的人群。因为某些耗材具有不同的特性,并且对温度变化的反应也有所不同,特别是模仿橡胶的耗材。更换耗材时,请务必在打印头过热时进行更换,以防止材料冷却,装入新耗材时,请勿用力将耗材推入打印头,这也可以防止打印头内部的材料堆积。[图片]创想三维CR-10S Pro 3D打印机喷嘴二、3D打印机喷嘴的清洁在清洁喷嘴之前,首先应确定喷嘴是否能正常工作。有时,由于推动它的齿轮,材料可能会在打印头的入口处破裂。另一个问题可能是加热块有故障,造成加热不正常等,为防止喷嘴故障和堵塞,首先需要确保喷嘴尖端和加热块周围区域清洁,确保这一点的最简单方法是用钢丝刷刷喷嘴及其周围区域如。使用线性运动并确保从多个方向接近。使用钢丝刷,利用它具有更大的摩擦力,可以轻松地从金属喷嘴和加热块表面去除烧焦的材料。这里需要注意的是,需要保持刷的力度,因为有些部件可能会被钢丝刷损坏。三、用针解决堵塞问题喷嘴堵塞发生的最常见问题,也有可能是冷却的耗材凝固在喷嘴里面,从而造成耗材在打印时无法挤出。这时候,您需要做的第一件事就是加热挤出机和喷嘴,以软化堵塞的材料,然后用针将其推出。给个小建议,或者您在不开机的情况下,尝试使用热风枪手动加热喷嘴,然后用针将其推出,这也是个不错的方法,如图所示。[图片]当然,如果在尝试上述步骤后喷嘴仍然堵塞,您还可以做一件事。也就是说,假设您使用ABS进行3D打印。从3D打印机头上取下喷嘴,将其放入丙酮中静置几个小时。丙酮会熔化喷嘴中的材料并使其能够用针清除。好啦,以上是一些简单有效,能快速解决喷嘴堵塞的方法,当然如果你通过以上方法都无法解决喷嘴堵塞问题,您还可以咨询我们,我们将安排专业人员帮你解答。

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