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颠覆还是互补:如何正确看待3D打印产业?

2013-07-09 00:03
Hsiao Chen
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  3D生物打印机有两个打印头,一个放置最多达8万个人体细胞,被称为“生物墨”;另一个可打印“生物纸”。所谓生物纸其实就是主要成分是水的凝胶,是细胞生长的支架。医生首先通过三维生物成像和超声技术,取得病人体内目标器官的大小、形状、内部三维结构的技术信息,根据这些信息设计一个器官蓝图,上面标明了每一个细胞的具体位置,也就是它在这个器官中的立体坐标。

  因为3D生物打印机使用来自患者自身的细胞,所以不会产生排异反应。这种机器首先“打印”器官或动脉的3D模型,接着将一层细胞置于另一层细胞之上。打印完一圈“生物墨”细胞以后,接着打印一张“生物纸”凝胶。不断重复这一过程,直至打印完成新器官。

  随后,自然生成的细胞开始重新组织、融合,形成新的血管。每个血管大约需要一小时形成,而融合在一起需要数天时间。这时候的器官只是一个各种细胞堆积在一起的活体组织而已,细胞间的互相作用还没有建立,之间的相互黏合力也很微弱,而且还不具备器官应有的许多生理功能。这个新生的器官需要放入一个培养箱内,加入各种细胞生长因子和促分化因子,以加速其组织结构和各种生理功能发育成熟。

  审慎对待3D打印

  当前3D打印发展尚不成熟,人们要对其有清晰的认识。中国电子信息产业发展研究院副院长杨拴昌在新工业革命与增材制造国际研讨会上表示,3D打印目前主要面临四个方面的问题。

  一是设计工具需进一步优化。3D打印要求开发和广泛运用计算机辅助设计(CAD)工具。对于功能部件制造,需要新的工具来优化形状和材料性能,以最大化地减少材料使用和重量。对于非专业人员,需要开发出易于操作的设计工具,来进行产品设计。

  二是可用材料需持续拓宽。目前的可用原料还不多,正逐步从树脂、塑料扩展到陶瓷、金属,乃至最新的金、银以及强度极高的钛和不锈钢等材料。未来,仍然需要开发更多的材料,并深入研究材料的加工-结构-属性之间关系,明确材料的优点和局限性,为材料提供规范性标准。

  三是生产过程需要加强工艺控制。为提高连贯性、重复性和统一性,需要建立装备认证标准,并对生产过程进行内部监控和闭环反馈,如通过传感器提供无损性评估与早期缺陷检测,通过流程控制减少设备故障。为更好了解、预测材料性能和零部件功能特性,需要建立预测性模型,使设计师、工程师和用户能够估计零部件的功能特性,并通过调整设计达到预期效果。

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