增材制造在医疗应用优势将日益凸显

 

增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品。相对于传统的毛坯成形、切削去除、组合装配的加工模式不同，是一种“从无到有”、“自下而上”通过材料累加的制造方法。这使得因受到传统制造方式约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能，因此有被称为“自由实体制造(SolidFreeformFabrication)”。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，由最初的“快速原型（RapidPrototyping）”技术发展到一种可以制造高性能金属零件和打印细胞的新型制造技术。

 

近年来，随着3D打印技术的发展和精准化、个性化医疗需求的增长，生物医用3D打印技术在广度和深度方面都得到了显著发展。在广度方面，从最初的医疗模型快速制造，逐渐发展到3D打印直接制造助听器外壳、植入物、复杂手术器械和3D打印药品；而在深度方面，由3D打印没有生命的医疗器械向打印具有生物活性的人工组织、器官的方向发展。

 

最近，本刊有幸与清华大学机械工程学院的林峰教授，对增材制造技术在医疗行业的应用经验进行了一次探讨。

 

林峰教授从事增材制造行业已余30年，师从于“中国3D打印第一人”——清华大学的颜永年教授，研发叠层实体制造（LaminatedObjectManufacturing，LOM）设备以及工艺技术。2004年后林锋教授开始研发电子束选区熔化(ElectronBeamSelectiveMelting,EBSM)设备与工艺技术，并将其用于钛合金医疗植入体。

 

在采访中，林锋教授表示：“3D打印会给医疗行业带来很大的变化。一方面它是一种数字驱动的个性化制造方式，而很多治疗方案需要详细掌握病人的病灶特征，很多医疗植入器械需要匹配病人损伤部位，这些都需要个性化的定制技术。”如在手术前根据患者的CT或核磁共振数据进行三维建模，然后通过3D打印机将模型打印出来，就可以得到一个真实反映病人病灶情况的三维实物模型，可以让医生在手术前直观的看到病灶部位的三维立体结构，有助于医生规划手术方案。尤其针对复杂手术，能够有效降低手术风险，提高手术的成功率。另外，为解决手术中无法精确导向定位的难题，手术导板开始成为医生在手术中重要的辅助工具，而3D打印技术特别适合制造异型或个性化的手术导板。

 

林锋教授继续讲道：“除了植入器械以外，3D打印在细胞或者可降解生物材料打印上的应用也值得关注。通过3D打印，人们可以在体外构建一些比较复杂的细胞三维结构，利用这些体外细胞三维模型我们可以模拟研究一个原本体内发生的生理过程或发病的过程，也可以用来研究药物的作用过程。这对很多生物学研究，药物开发，甚至是对生命过程的一些认识都有很大的帮助，所以3D打印能够给生物学、医学，以及制药提供新的重要的研究手段。”

 

围绕生物、医学上的应用，3D打印逐渐显现出其独特的技术优势并由此衍生出“生物制造”或“生物3D打印”的专门技术领域。在谈及生物3D打印的当前现状时，林锋教授认为：目前3D打印在医疗领域的普及程度还不够，惠及的病人还比较少，还受到法规和监管的制约。2019年6月国家药监局、国家卫生健康委发布了《定制式医疗器械监督管理规定（试行）》，将于2020年1月1日开始施行。这个规定是世界上第一部专门针对个性化定制式医疗器械的政府管理法规，对于生物医疗3D打印技术的推广普及，推动新型个性化医疗产业的发展，都会起到极大的促进作用。最后，林峰教授讲到，在全球范围内，增材制造保持着30%左右的年增长率，仍处于高速发展的时期，蕴含着机遇和挑战，同时也需要大量的人才和资金的支持。

 

中国专利保护协会发布的数据显示，截止到2018年12月20日，全球已公开的与3D打印相关的专利总量达8万件左右，主要集中在中国（3.9万余件）、美国（2.1万余件）、韩国（0.5万余件）、德国（0.2万余件）。从专利数量上，可以看到3D打印在中国的发展潜力巨大。

 

为了更好地推进增材制造（3D打印）技术的落地实施，中关村科技园区丰台园3D打印数字维创中心成立于2017年，致力于推动3D打印创新型企业先进技术成果的转化与应用，带动技术转型升级，引入3D打印产业并面向未来智能制造的前端设计与研发，打造3D打印产业创新基地，带动3D打印技术的全产业覆盖，促进以3D打印为核心的新技术研发与成果转化，从而引领传统产业的转型升级，以及对创新企业的扶持。中心提供最优质的孵化条件及专业人才培养，拥有政府专项基金及完善的市场对接条件，配套体系的金融服务等方面的创新扶持。

 

为推进3D打印增材制造的产业化进程，挖掘行业中的领先及创新型技术、产品、项目，推动技术成果转化，北京市丰台区人民政府联合北京市科学技术委员会等主办了2018「增材制造全球创新大赛」。继2018「增材制造全球创新大赛」的成功举办，中关村科技园区丰台园3D打印数字维创中心继往开来，延续2018年的成功经验与积累，成功启动2019「增材制造全球创新应用大赛」。大赛由北京市丰台区科学技术和信息化局及中关村科技园区丰台园管理委员会主办，北京丰台科技园建设发展有限公司、北京电视台财经频道及中关村科技园区丰台园3D打印数字维创中心联合承办，大赛携手中国航发增材制造技术创新中心、华融普瑞科技有限公司联合汽车主机厂，中国研究型医院学会骨科创新与转化专业委员会（COITA）、中南置地、福建博物院、李宁（中国）体育用品有限公司作为发题方，分别形成了在航空航天、汽车创新设计，3D打印骨科技术与应用，城市景观与建筑，博物馆文创，消费品升级中的运动鞋等六大竞赛单元。此次大赛聚焦3D打印在重点领域的规模化应用和产业化前景，将3D打印的价值和创新能力真正发挥并放大到实际应用中，从实际的需求出发，激发富有创造力并切实有效的3D打印数字化（设计+材料+制造）综合解决方案。中心希望通过大赛让3D打印技术更加落地，拓展3D打印更广阔的应用场景，加深增材制造技术在各行业的推广应用，推进技术成果的转化，提高3D打印产业化的进程。

 

大赛持续进行中，欢迎各行业专业人士持续关注，了解此次大赛更多详情请登录大赛官网http://2019.weichuang3d.com/gamia2019