一名患者75%的頭骨被3D打印出來的移植組織成功取代了

用3D打印機(jī)制造出來的機(jī)器人[-3.68% 資金 研報(bào)]

用打印機(jī)打出一個(gè)杯子、一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至一輛汽車？這不是天方夜譚，而是當(dāng)前炙手可熱的3D打印技術(shù)。

美國3D打印槍支試射成功的消息著實(shí)讓人擔(dān)心了一陣，目前3D打印槍支的藍(lán)圖已經(jīng)被禁止下載，那么究竟什么是3D打印技術(shù)，它又會(huì)對(duì)人們的生活造成怎樣的影響？讓我們一起掀起3D打印的“蓋頭”，看看究竟是怎么一回事！

所謂3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

現(xiàn)代快報(bào)記者 潘文軍 編譯

日常應(yīng)用

擁有3D打印機(jī)

等于沃爾瑪在手

出版商戴爾-多爾蒂說，擁有一臺(tái)3D打印機(jī)，等于是把沃爾瑪超市握在手心。這種觀念會(huì)讓你激動(dòng)，甚至可能會(huì)嚇到你，但是與傳統(tǒng)的零售模式相比，這種按照需求定制打印產(chǎn)品的商業(yè)模式有著明顯的優(yōu)勢(shì)。如果你的櫥柜拉手壞了，你不需要前往商店，即使你前往商店，也沒有哪家商店有成千上萬的品種，能夠保證有你需要的那一種。你可以快速、廉價(jià)地在家里打印，或者把你需要的東西掃描下來，通過電子郵件發(fā)給打印店就行了。鞋子的圖樣可以被編碼成數(shù)字模板，用來打印，打印出來的鞋完全適合定制鞋子的顧客的腳。存貨會(huì)減少，運(yùn)輸、裝卸和儲(chǔ)存成本會(huì)降低。如果顧客可以直接把訂單下給制造商，制造商生產(chǎn)出產(chǎn)品后可以直接送到客戶家里，零售店甚至可能消失。另一方面，如果供貨渠道減少對(duì)于海外制造中心的依賴，供貨也不太容易中斷。

傳統(tǒng)的制造業(yè)中，每增加一點(diǎn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性都要花費(fèi)時(shí)間和金錢。但在打印時(shí)代，一切就簡(jiǎn)單得多，打印一個(gè)像蜘蛛網(wǎng)那樣復(fù)雜的圖案并不比打印一個(gè)由簡(jiǎn)單線條構(gòu)成的圖案難多少。

Shapeways是一家3D打印公司，該公司的業(yè)務(wù)建立在這樣一個(gè)觀念上：相比那些大批量生產(chǎn)的模式化產(chǎn)品，人們?cè)敢鉃槎ㄖ频奶厣�產(chǎn)品花更多的錢。該公司的客戶已經(jīng)多達(dá)數(shù)萬人，該公司在荷蘭和紐約長(zhǎng)島設(shè)有工作廠房，打印陶瓷、砂巖、塑料和金屬等各種材料的產(chǎn)品。

艾利薩·理查德森是Shapeways公司公關(guān)和社會(huì)媒體部經(jīng)理，他說：“我們給了人們接觸價(jià)值上百萬美元機(jī)器的機(jī)會(huì)，我們讓他們通過我們的公司做業(yè)務(wù)。”這些業(yè)務(wù)銷售什么？理查德森說：“大多是些‘邪惡’的東西，比如龍模型，還有骷髏頭工藝品。”在被問到顧客會(huì)不會(huì)打印一些令人吃驚的東西時(shí)，理查德森想了想說：“事實(shí)上，我們也經(jīng)常打印一些日用品，比如門把手或嬰兒床之類的物品。”

顯然，3D打印是消費(fèi)者的福音，3D打印技術(shù)有著潛在的巨大社會(huì)價(jià)值。試想一下，發(fā)展中國家的農(nóng)村需要打印農(nóng)用設(shè)備或者水泵，還有驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器的太陽能電池。再試想一下，如果有地方遭災(zāi)，那里需要打印大量的手機(jī)，還有手臂夾板、帳篷木樁等救災(zāi)物資。

《創(chuàng)新投資》雜志出版商彼得·弗里德曼建議，未來汽車經(jīng)銷商也可以利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)汽車，那樣顧客就可以根據(jù)自己的喜好打印出個(gè)性汽車，而且可以不停地更新或者重新設(shè)計(jì)。弗里德曼在專欄里寫道：“3D打印技術(shù)并不局限于打印出你沒有的東西，你還可以通過這種技術(shù)讓你已經(jīng)擁有的東西保持活力，永遠(yuǎn)不壞。”

也許將來人體的某一部位壞了，也可以通過3D打印技術(shù)打印出新的來進(jìn)行更換。

醫(yī)學(xué)應(yīng)用

需要器官移植？

打印一個(gè)換上去

卡洛斯·肯格拉，一個(gè)苗條的年輕男子。喜歡戴著一副眼鏡、留著4英寸長(zhǎng)的胡子。他經(jīng)常被誤認(rèn)為是時(shí)髦褲子的生產(chǎn)商或者自行車制造商。但在過去一些年中，肯格拉一直專注于生產(chǎn)耳朵。他用取自人耳軟骨的細(xì)胞打印出人耳，然后在實(shí)驗(yàn)室中培殖。肯格拉的伙伴是維克森林浸信會(huì)醫(yī)學(xué)中心再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家，他們正與其他實(shí)驗(yàn)室合作，研究肌肉組織、皮膚、腎臟、軟骨和骨骼的打印進(jìn)程。多年來，研究人員一直在培養(yǎng)液中手動(dòng)培殖器官，現(xiàn)在已經(jīng)能夠培育出不同類型的細(xì)胞，用于制造不同的器官。事實(shí)上，在制造器官方面，科學(xué)家已經(jīng)取得了一些成功：手工制作的膀胱多年來已經(jīng)用在很多病人身上；手工制作的腎臟被移植進(jìn)一頭母牛的體內(nèi)，并且成功分解出尿液，排出體外。但是，手工制作器官難度很大，而且很容易由于人的錯(cuò)誤發(fā)生感染。通過快速成型機(jī)從培養(yǎng)皿中打印出來的細(xì)胞就不一樣了，在電腦的指揮下，這些細(xì)胞很少出錯(cuò)。肯格拉說：“打印細(xì)胞速度更快，打印出來的細(xì)胞也更精確，可以精確到微米。科學(xué)家可以將不同類型的細(xì)胞組成特定的形狀和復(fù)雜的圖案。”

肯格拉凝視著電腦屏幕，在有上百個(gè)選項(xiàng)的菜單中點(diǎn)擊了3個(gè)培養(yǎng)皿放在一個(gè)小平臺(tái)上。一個(gè)培養(yǎng)皿中含有軟骨細(xì)胞，一個(gè)含有生物降解支架材料，還有一個(gè)含有水溶性凝膠，它可以暫時(shí)幫助粘合，然后被沖走。打印針頭來來回回在培養(yǎng)皿中切換，一層一層地堆積構(gòu)建器官的材料，每層大概有150微米厚。一盞高強(qiáng)度的燈和一架顯微鏡讓肯格拉能夠監(jiān)控到機(jī)器的進(jìn)程。45分鐘后，一個(gè)耳朵的形狀開始出現(xiàn)。

完善這項(xiàng)技術(shù)還需要一些年，盡管如此，打印器官在醫(yī)療保健和延長(zhǎng)壽命方面擁有巨大的潛力。從患者自身取細(xì)胞培養(yǎng)器官進(jìn)行移植的方法不會(huì)受到拒絕。病人等待捐贈(zèng)器官的時(shí)間將大大減少，器官販子的業(yè)務(wù)也將一落千丈，世界衛(wèi)生組織估計(jì)，2010年，全世界有11000個(gè)器官在黑市出售。處方藥企業(yè)做藥物測(cè)試時(shí)也不再需要用動(dòng)物和人做試驗(yàn)品了，直接在這些打印的器官上做實(shí)驗(yàn)就可以了。

安東尼·阿塔拉是再生醫(yī)學(xué)研究所的負(fù)責(zé)人，他預(yù)測(cè)要不了多少年，醫(yī)院就可以通過人的皮下脂肪、頭發(fā)毛囊、油脂腺和黑色素細(xì)胞打印出人的皮膚，直接移植到病人身上。阿塔拉說：“皮膚是最簡(jiǎn)單的器官，皮膚之后被打印出來的是管狀器官，再然后是空心器官、然后是非空心器官，最終是心臟。” 54歲的阿塔拉希望能在有生之年看到心臟被成功打印出來，他笑著說：“我還很年輕。”

高端應(yīng)用

多么高精尖的東西都可以打印

3D打印最擅長(zhǎng)處理復(fù)雜問題。蓮花-雷諾GP車隊(duì)的工程師一直在追求更輕、更快、更省油的F1賽車，他們使用光固化和激光燒結(jié)技術(shù)來測(cè)試管道和散熱片冷卻的速度，并去除那些無關(guān)緊要的材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這個(gè)過程很快。蓮花-雷諾GP車隊(duì)的高級(jí)數(shù)字化制造經(jīng)理帕特·華納說，他能在兩天內(nèi)干完原先需要10個(gè)星期的活。

這種高端應(yīng)用可以提高3D打印的公眾形象。獨(dú)立顧問公司沃勒斯協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)特里·沃勒斯說：“航空公司現(xiàn)在有超過22000個(gè)部件正在天上飛，人們也正在使用3D打印的整形填充物，這些都是很規(guī)范的使用渠道，要求非常苛刻，而這些3D打印部件都表現(xiàn)良好。”

加拿大設(shè)計(jì)師吉姆·科爾正在制造一輛淚滴狀的三輪汽車，汽車有1200磅重。科爾通過將多個(gè)部分結(jié)合為一個(gè)部分的方法已經(jīng)讓汽車減少了不少分量。比如說，把儀表板和附屬管道打印在一起，這就減少了接頭處的塑料和金屬部件。其他方面，面包師打印出裝飾蛋糕的裝飾品；動(dòng)畫片繪制者使用快速成型3D打印機(jī)創(chuàng)建了數(shù)以千計(jì)的細(xì)致入微的人物面部表情；數(shù)學(xué)家使用這種技術(shù)模擬復(fù)雜的幾何體；3D照相亭可以掃描人的肖像打印出人的頭部和整個(gè)身體的復(fù)制品。

如果電腦定向模型技術(shù)沒有發(fā)展，3D打印技術(shù)也就沒有重大進(jìn)展。十年前，打印一個(gè)3D模型需要幾個(gè)星期，現(xiàn)在只需要幾小時(shí)。設(shè)計(jì)軟件和掃描儀的使用也使得3D打印變得更容易，即使在家里也很方便。今年3月，微軟公司宣布支持Kinect技術(shù)，使用Windows系統(tǒng)的電腦傳感器將能夠構(gòu)建人和物品的3D模型。

工程師和產(chǎn)品設(shè)計(jì)師掃描一個(gè)物品或者拍攝它的成千上萬個(gè)光點(diǎn)，然后把“點(diǎn)云”輸入到計(jì)算機(jī)中。經(jīng)過多個(gè)掃描儀的對(duì)齊和過濾，鄰近的光點(diǎn)會(huì)連接成多邊形，孔被填充，污點(diǎn)被除去。最后，輕點(diǎn)鼠標(biāo)，經(jīng)過平滑處理的圖像表面形成一個(gè)原始的收縮版本。連接好打印機(jī)，數(shù)據(jù)文件就可以開始運(yùn)行了。

如果客戶不喜歡打印出來的成品怎么辦？沒什么大不了的。供應(yīng)鏈?zhǔn)且粋�(gè)電腦文件，不是遍布全世界的機(jī)構(gòu)，改變?cè)O(shè)計(jì)也不需要重組機(jī)器。一個(gè)產(chǎn)品從構(gòu)思到完成市場(chǎng)銷售的速度被大大提高了。

Geomagic是一個(gè)提供雕刻、制模和掃描等先鋒軟件的公司，拉凱爾·道爾頓-塔加特是這個(gè)公司的市場(chǎng)營銷總監(jiān)。塔加特說：“靠一種產(chǎn)品打天下的時(shí)代已經(jīng)過去了。”塔加特所在公司的產(chǎn)品包括能夠給數(shù)字設(shè)計(jì)師觸覺反饋的軟件。這是一個(gè)像筆一樣的觸覺裝置，裝置上有可以反饋給人手信息的動(dòng)力裝置。設(shè)計(jì)師拿著一個(gè)觸覺裝置，可以跟蹤數(shù)據(jù)模型的輪廓，感覺它表面的紋理和雕刻形狀。“這就像在捏一塊數(shù)字黏土”，塔加特說，“這個(gè)程序可以讓設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)十分復(fù)雜、十分注重細(xì)節(jié)的器官形狀。”無論是雕刻珠寶還是制造給病人移植的器官，都可以做到十分精細(xì)。

可以定制的特點(diǎn)使得醫(yī)學(xué)界開放3D打印的呼聲又升高了。生物醫(yī)藥企業(yè)應(yīng)普遍使用3D模型制造個(gè)性化的助聽器和牙齒矯正牙套，最近，頭骨也加入了3D打印的行列。今年3月，經(jīng)過美國食品藥品監(jiān)督管理局的審查，一名不知名的患者75%的頭骨被3D打印的塑料產(chǎn)品代替。

3D打印，福兮禍兮？

從器官到O形環(huán)，3D打印產(chǎn)品正改變著人們的生產(chǎn)方式和生活方式，這種變革是深層次的，甚至是破壞性的。如果這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了它的鼓吹者的預(yù)言，那些依靠廉價(jià)勞動(dòng)力與發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體建立聯(lián)系的發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體將會(huì)遭到滅頂之災(zāi)，低工資國家的大規(guī)模生產(chǎn)將快速下降，市場(chǎng)將重新本地化。由于創(chuàng)新和生產(chǎn)之間的鴻溝進(jìn)一步縮小，成千上萬的新業(yè)務(wù)有望發(fā)芽開花。

好處 資源消耗少，生產(chǎn)更節(jié)約

3D打印徹底改變了人們的認(rèn)知。與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)相比，3D打印消耗的資源更少，供應(yīng)鏈更短，碳排放量更小。由于是按需生產(chǎn)，3D打印可以減少浪費(fèi)，減少產(chǎn)品積壓的狀況。不過3D打印所需的塑料、石膏粉和金屬等原料仍需要在全世界“旅行”。此外，3D打印的重要原料之一——ABS塑料來自石油或天然氣，這都是有限資源，而且能夠帶來污染。“3D系統(tǒng)”公司首席營銷官凱西·劉易斯說，很多社區(qū)根本不回收這種塑料，導(dǎo)致他們經(jīng)常出現(xiàn)原料短缺。

糾結(jié) 一邊新人笑，一邊舊人哭

任何一項(xiàng)新技術(shù)都會(huì)催生一批贏家，也會(huì)帶出一批輸家。3D打印技術(shù)會(huì)導(dǎo)致新行業(yè)誕生，會(huì)帶來新工作，但它也會(huì)讓原來的許多熟練工人、藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師失業(yè)，就像亞馬遜的出現(xiàn)讓許多書店被迫關(guān)門一樣。感謝互聯(lián)網(wǎng)，我們每個(gè)人都成了作家、攝影師、電影制片人、出版商和時(shí)事評(píng)論員。不久，我們可能都成了制造商。害怕那一天到來的人現(xiàn)在還可以自我安慰，因?yàn)楝F(xiàn)在，3D打印還很弱小：打印機(jī)只能打出不比打印平臺(tái)大的東西，大多數(shù)打印機(jī)只能打印一兩種材料，與那些高端的工業(yè)機(jī)器還無法相比。而且，和工業(yè)生產(chǎn)不一樣，3D打印缺乏標(biāo)準(zhǔn)，因此不同的打印機(jī)使用同樣的設(shè)計(jì)文檔，打印出來的東西可能不一樣。

擔(dān)憂 假冒與安全，該由誰來管？

3D打印的發(fā)展也帶來了錯(cuò)綜復(fù)雜的法律問題。如果家庭設(shè)計(jì)的物品沒有打印成功，責(zé)任由誰來負(fù)？誰擁有產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)？3D打印勢(shì)必“鼓勵(lì)”假冒，那些品牌的擁有者面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。迪斯尼的標(biāo)志將被廣泛復(fù)制，一切都變得不可收拾。

再有就是安全問題。人們已經(jīng)利用從互聯(lián)網(wǎng)上下載的草圖印刷槍支零件。黑客們竊取個(gè)人銀行信息后，只要制造一個(gè)小工具，就可以到ATM上取錢。事物都必須一分為二地看待，3D打印技術(shù)也不例外，它能夠帶來好處，當(dāng)然也會(huì)帶來弊病。如何面對(duì)3D打印技術(shù)帶來的弊病，將是無數(shù)政府機(jī)構(gòu)、法律專家和刑事專家要專門研究的問題。

弊端 來易去也易，浪費(fèi)易成風(fēng)

更讓人擔(dān)心的是，由于定制和生產(chǎn)來得容易，人們可能會(huì)加速產(chǎn)品的淘汰速度，造成大量浪費(fèi)。一雙新的運(yùn)動(dòng)鞋從設(shè)計(jì)到上架本來需要幾個(gè)月，現(xiàn)在只要幾個(gè)星期，而在穿著方面一向“喜新厭舊”的人們很可能一雙鞋還沒穿幾回，就將它扔進(jìn)了垃圾堆。

3D打印提出了“設(shè)計(jì)民主化”的口號(hào)，它確實(shí)讓制造商可以少廢好多腦筋。正如《連線》雜志前主編克里斯·安德森在書中所寫：新工業(yè)革命。你不需要知道機(jī)器如何工作，也不需要知道如何優(yōu)化工具，軟件會(huì)為你計(jì)算出一切。這也許不是一個(gè)好兆頭。建筑理論家和設(shè)計(jì)師斯科特·弗朗西斯科說，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都只在電腦上，人類的學(xué)習(xí)和創(chuàng)作技巧，甚至連基本的生產(chǎn)能力都將喪失。當(dāng)然，打印機(jī)本身是一種創(chuàng)新，但這種創(chuàng)新減少了設(shè)計(jì)師和生產(chǎn)者面對(duì)面的交流。弗朗西斯科擔(dān)心下一代設(shè)計(jì)師對(duì)于真材實(shí)料的外觀和感覺不會(huì)再有任何的了解，只會(huì)讓顧客根據(jù)自己喜好隨便選擇產(chǎn)品的材料。

《創(chuàng)新投資》雜志出版商彼得·弗里德曼說，現(xiàn)階段，這種擔(dān)心可能早了點(diǎn)，3D打印尚未具備這種“殺傷力”，它還不能取代大規(guī)模生產(chǎn)。在低工資國家，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式仍然占據(jù)主流，這種方式既比3D打印快，也比3D打印便宜，尤其在需要大量原材料的生產(chǎn)當(dāng)中。Geomagic聯(lián)合創(chuàng)始人之一和CEO曾預(yù)言，大規(guī)模定制也許會(huì)取代大規(guī)模生產(chǎn)，不過也許成本可以匹配，但定制并不會(huì)成為每時(shí)每刻的需求。

是的，3D打印技術(shù)正在走進(jìn)千家萬戶，但對(duì)于絕大多數(shù)人來說，3D打印仍然處于生產(chǎn)線的上游和視野之外，3D打印仍然是一個(gè)奢侈的技術(shù)。

(責(zé)任編輯：admin)

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