為什麼3D打印能發揮大用處?我來告訴你!

隨著新的疫情流行病在世界上的不斷蔓延,包括美國和意大利,在內的許多受災最嚴重的地區出現了衛生和醫療用品短缺,用於檢測的口罩、呼吸器、鼻拭子和咽喉拭子以及其他基本用品一直供不應求。

3D技術成拯救生命的奇蹟在關鍵時刻,3D打印技術已經成為拯救生命的奇蹟。上週,包括佛羅里達大學、哈佛大學和斯坦福大學在內的一個機構聯盟宣佈,他們已經與美國食品和藥物管理局(FDA)談判,為3D打印測試樣品的生產製定通用指南。與此同時,馬薩諸塞州,薩默維爾市,的3D打印技術開發商和製造商formlabs將在其俄亥俄州工廠投資250臺打印機,生產用於檢測新冠狀病毒的鼻拭子。事實上,3D打印也為抗擊中國新冠疫情做出了貢獻,上海市的一家科技企業應用了3D打印技術,“打印”隔離病房幫助湖南的湖北,利用3D技術生產了一批醫用護目鏡,拯救了防疫第一線。它的重量只有普通護目鏡的3/4,同時,它可以根據個人面部數據進行定製。


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3D技術並非新鮮事3D打印技術的快速發展讓人們不禁要問:還有什麼是你不能用神奇的3D打印做的?3D打印並不是什麼新鮮事,它的前身是快速原型製造,在20世紀80年代已經應用於工業設計和生產過程。當時,目前使用的所有3D打印技術都已基本開發出來,相反,3D打印這個名字出現得很晚,直到1995年,兩位麻省理工學院的畢業生吉姆·佈雷特和蒂姆·安德森才首次提出了“3D打印”的概念。儘管3D打印技術有很多種,但想法是一樣的,技術術語是“分佈式材料製造”。讓我們舉一個每個人都容易理解的例子:一個人做一個櫃子需要很長時間。如果你想加速,你必須增加人數,但是如果人數是固定的,你怎麼能加快生產速度呢?那就是做一堆積木,然後找個人按照一定的形狀把積木堆起來,再把它們粘在一起,只要他能看懂說明書。

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3D打印具有許多獨特的特點與傳統的加工方法相比,3D打印具有許多獨特的特點。首先,用傳統的衝壓方法生產一個小汽車零件需要幾個步驟。首先,必須有一個衝壓模具,這個模具就像月餅的封口,決定了零件的形狀,一般來說,它是由高硬度、高韌性的特種模具鋼製成的,模具分為上模具和下模具,上模安裝在壓機上,允許下模高速壓制,要加工的材料就像用來做月餅的麵糰。當擠壓這麼短的時間,麵糰將採取模具的形狀,之後,多餘的零件將被車床移除,零件將通過幾個機械過程完成,如研磨和拋光。

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3D打印製作相同零件的程序首先,在計算機上繪製零件的設計圖紙,然後將設計數據導入3D打印機,零件就可以開始製造了。以熔融沉積3D打印機為例。預先準備好的塑料和石蠟等低熔點導線由3D打印機的噴嘴加熱,然後噴出。在計算機的控制下,噴嘴在空間中由低到高逐層拉伸,最終形成零件,無需任何後處理。如果事先只有圖紙,並且沒有計算機可以直接使用的建模數據,則必須在計算機中重新建立模型以繪製設計圖紙。其次,3D打印是一種添加材料的製造技術。也就是說,與傳統的切削材料製造技術(如車床加工)不同,產品是通過直接在空間堆積原材料來製造的。車床加工可以比作用刀、軸和錘子進行的石雕和切割。最後的作品只比原石少一點點,另一方面,3D打印就像泥塑,塑造圖像的組件是連續疊加的,最終的作品只是比最初的泥塑多了很多,有了這兩個不同於其他前輩的特點,3D打印能夠在機械製造技術的武林中獨樹一幟。

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3D打印技術,生物材料也可以打印出來3D打印技術誕生後,人們發明了3D生物打印來解決移植器官來源有限的問題。因為在現有的醫療方法中,獲得一個器官的前提是喪失另一個人的器官,而主動或被動喪失的器官數量遠遠少於所需數量。基於現有打印技術的3D生物打印機使用生物材料,可以將細胞、生長因子等活性成分複合,從而層層構建活體組織。研究人員將從骨髓、脂肪等組織中提取的幹細胞或不同活性因子複合到液體材料中進行印刷,並通過印刷頭將液體按照一定的圖案印刷在接收平臺上。每次打印頭打印一層,它會把刻度提高一層,然後開始打印下一層圖案,從而逐漸實現人工組織的形成。該過程類似於工業應用中普通3D打印的模型製造。

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3D打印也廣泛應用於其他生物領域目前,醫用鈦合金人工骨、人工關節等已廣泛採用3D打印技術。首先通過ct或核磁共振成像技術獲得患者身體的精確三維結構,然後通過計算機處理數據,完成個性化設計。之後,通過3D打印生成獨特的人工骨,大大提高了患者的治療質量。2017年,美國西北大學的一個研究小組使用3D打印技術將明膠打印成類似卵巢組織的結構。然後將從小鼠中提取的卵泡和產生激素的細胞植入明膠骨骼,獲得3D打印的人工卵巢組織,在將人工卵巢移植到去卵巢小鼠體內後,其顯示出卵巢功能良好的特徵,允許正常排卵,並且在小鼠經歷多代生殖後沒有發現兒童異常。

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儘管人工製造組織或器官的最終人類夢想還很遙遠,3D打印已經幫助我們邁出了開創性的一步。


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