目錄生物3d打印技術(shù)的研究與發(fā)展 生物3d打印是3d打印的一種嗎 生物3d打印器官 生物材料3d打印 3d生物打印技術(shù)應(yīng)用
姓名:張志彪學(xué)號:16050120102
【嵌牛導(dǎo)讀】2017年已經(jīng)到來，要立新年Flag的朋友們注意啦，可有打了雞血，發(fā)了狀態(tài)？讓我們不忘初心，繼續(xù)前進(jìn)，再次回首，也算一個告別儀式，開啟智慧的眼眸，一起來看看以前的技術(shù)成果---3D生物打印。
【嵌牛鼻子】計(jì)算機(jī)控制打印 器官移植
【嵌弊友牛提問】3D打印技術(shù)是一項(xiàng)怎樣的技術(shù)?它的發(fā)展歷程是什么？
【嵌牛正文】3D生物打印這一技術(shù)概念最早是由美國Clemson university、University of Missouri、Drexel University等大學(xué)的教授在2000年左右提出，2003年Mironv V和Boland T在Trends in Biotechnology雜志提出“器官3D打印”這一概念。2002年左右，清華大學(xué)顏永年教授率先在國內(nèi)開展3D生物打印技術(shù)研究。
2010年Organovo公司推出可以幫助用戶制造生物組織用于研究和開發(fā)的3D生物打印機(jī)。 2014年11月，Organovo推出了其可商用的3D打印人體肝臟組織exVive3DTM，用于臨床前藥物測試。
2013年8月7日Regenovo公司與杭州電子科技大學(xué)等高校的科學(xué)家合作，成功研制出可同時打印生物材料和活細(xì)胞的3D打印機(jī)。 2015年10月10日， Regenovo公司推出第三代生物3D打印工作站。利用這款生物3D打印設(shè)備，成功批量“打印”出肝單元用于藥物篩選。
2015年10月29日，四川藍(lán)光英諾生物科技股份有限公司成功研制出世界首創(chuàng)的3D生物血管打印機(jī)。
3D生物打印機(jī)（3D bio-printer；3D biology printer ）是一種能夠在數(shù)字三維模型驅(qū)動下，按照增材制造原理定位裝配生物材料或細(xì)胞單元，制造醫(yī)療器械、組織工程支架和組織器官等制品的裝備。
器官移植可以拯救很多人體器官功能衰竭或損壞的患者生命，但這項(xiàng)技術(shù)也存在器官來源不足、排異反應(yīng)難以避免等弊端。不過，隨著未來“生物打印機(jī)”的問世，這些問題的解決有了新的技術(shù)手段。
這種機(jī)器首先讀入由醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)重建或設(shè)計(jì)的三維模型，將模型離散成多個片層，計(jì)算機(jī)控制打印噴頭逐層"打印”打印由生物材料或細(xì)胞組成的“生物墨水”，不斷重復(fù)這一過程，直至打跡輪印完成三維組織前體。隨后，細(xì)胞開始重新組織、熔合，形成新的血管等組織結(jié)構(gòu)。
Organovo公司首席執(zhí)行官基思·墨菲在接受《工程師》雜志采訪時指出，最終有一天，只需輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機(jī)制造出我們所需要的器官。
3D生物打印機(jī)基于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明，這些技術(shù)當(dāng)前被用以制造工業(yè)零部件的3D模型。生物打印機(jī)的不同之處在于，它不是利用一層層的塑料，而是利用一層層的生物材料或者細(xì)胞構(gòu)造塊，去制造真正的活體組織
3D生物打印機(jī)可以有多個打印噴頭，噴頭可以打印人體細(xì)胞，被稱為“生物墨”；也可以打印純生物材料，被稱為“生物紙”。所謂生物紙其實(shí)是主要成分是水凝膠，可用作細(xì)胞生長的支架。3D生物打印機(jī)使用來自患者自己身體的細(xì)胞，所以不會產(chǎn)生排異反應(yīng)。
2013年5月出版的《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》發(fā)表公開信，科學(xué)家成功將3D打印出的氣管支架植入嬰兒體內(nèi)。
密歇根大學(xué)安阿伯分校的醫(yī)學(xué)博士大衛(wèi)·措普夫（David A.Zopf）和同事描述了這例移植手術(shù)。接受移租州槐植的嬰兒患有局部支氣管軟化癥，手術(shù)中使用的可吸收支架由聚己內(nèi)酯構(gòu)成。
作者指出，患兒母親在妊娠35周產(chǎn)下了這個名叫 Kaiba Gionfriddo 的男嬰，看起來身體健康，但在6個星期后出現(xiàn)胸壁凹陷和呼吸困難。發(fā)生這種情況，意味著在2個月大之前，都需要?dú)夤懿骞埽跃S持通氣。因此，他們用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了一個患兒氣管支架的模型，使用熱塑性的生物可吸收材料，通過激光燒結(jié)技術(shù)制造了一個氣管支架。在移植手術(shù)中，依靠支架上的孔洞與氣管進(jìn)行固定。在安置支架7天后，開始逐步撤除機(jī)械通氣機(jī)，并在手術(shù)后21天完全停止呼吸機(jī)支持。一年以后，通過內(nèi)窺鏡造影手術(shù)觀察患兒的左主支氣管，發(fā)現(xiàn)一切正常。到目前為止，沒有發(fā)生過任何支架相關(guān)的問題。
媒體2013年8月7日來自杭州電子科技大學(xué)等高校的科學(xué)家自主研發(fā)出一臺生物材料3D打印機(jī)。科學(xué)家們使用生物醫(yī)用高分子材料、無機(jī)材料、水凝膠材料或活細(xì)胞，已在這臺打印機(jī)上成功打印出較小比例的人類耳朵軟骨組織、肝臟單元等。
該生物材料3D打印機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、杭州電子科技大學(xué)教授徐銘恩說，這臺生物材料3D打印機(jī)具有打印生物材料種類多、對細(xì)胞損傷率低、打印精度較高和操作方便等特點(diǎn)。同國際同類打印機(jī)相比，這臺名為“Regenovo”的3D打印機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)了無菌條件下的生物材料和細(xì)胞3D打印，而且新型的溫控單元和打印噴頭設(shè)計(jì)，能夠支持從－5℃到260℃熔融的多種生物材料打印。
徐銘恩介紹說，“Regenovo”支持活細(xì)胞打印，打印的細(xì)胞有著高達(dá)90%的存活率。目前打印出來的活細(xì)胞存活時間最長為4個月。
不過，從人體細(xì)胞、組織乃至器官被“打印”出來，到真正應(yīng)用于臨床，還有相當(dāng)長一段路需要走。徐銘恩說，這需要多種領(lǐng)域的科學(xué)家通力合作。
3D生物打印技術(shù)是在電腦中建模，制定打印路線，利用生物材料直接制造出目標(biāo)產(chǎn)物。目前材料是3D打印的螞蘆液一大瓶頸嘩做，其在人造血管支架，醫(yī)療器械等領(lǐng)域應(yīng)悶物用廣泛。
1、這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
2、傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組粗正制造模型的需要。
擴(kuò)展資料：
3d打印技術(shù)的限制：
1、材料的限制
雖然高端工業(yè)印刷可以實(shí)現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印， 但無法實(shí)現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機(jī)也還沒有達(dá)到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。
研究者們在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但除非這些進(jìn)展達(dá)到成熟并有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。
2、機(jī)器的限制
3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和機(jī)能上已經(jīng)獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是那些運(yùn)動的物體和它們的清晰度就難以實(shí)現(xiàn)了。
這個困難對于制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術(shù)想要進(jìn)入普通歷悄家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那么機(jī)器的限制就必須得到解決才行。
3、知識產(chǎn)權(quán)的憂慮
在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)注變得越來越多。3D打印技術(shù)也會涉及到這一問題，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的很多東西都會得到更 加廣泛的傳播。
人們可以隨意復(fù)制任何東西，并且數(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)用來保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現(xiàn)泛濫的現(xiàn)象。
4、道德的挑戰(zhàn)
道德是底線。什么巖爛悔樣的東西會違反道德規(guī)律是很難界定的，如果有人打印出生物器官和活體組織，在不久的將來會遇到極大的道德挑戰(zhàn)。
5、花費(fèi)的承擔(dān)
3D打印技術(shù)需要承擔(dān)的花費(fèi)是高昂的。第一臺3D打印機(jī)的售價為1萬5。如果想要普及到大眾，降價是必須的，但又會與成本形成沖突。
每一種新技術(shù)誕生初期都會面臨著這些類似的障礙，但相信找到合理的解決方案3D打印技術(shù)的發(fā)展將會更加迅速，就如同任何渲染一樣，不斷地更新才能達(dá)到最終的完善。
參考資料來源：-3D打印技術(shù)
3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，已經(jīng)逐漸成長為可以滿足工業(yè)生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。3D打印技術(shù)衍生的設(shè)計(jì)、、材料、數(shù)字制造等新的產(chǎn)業(yè)鏈，正在逐步優(yōu)化歲則鄭傳統(tǒng)制造，構(gòu)建全新的制造生態(tài)，那么3D打印技術(shù)在哪些行業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ竽兀?/p>
生物3D打印
生物3D打印指以生物醫(yī)用材料及細(xì)胞為新型離散材料，通過技術(shù)設(shè)計(jì)，快速生產(chǎn)出醫(yī)療相關(guān)產(chǎn)品。當(dāng)前，生物3D打印可以劃分為4個層次：醫(yī)療輔助模型，做人工假體，做組織工程的支架，做活細(xì)胞打印和人工器官。預(yù)計(jì)到2024年，3D打印醫(yī)療市場規(guī)模將達(dá)到96.39億元。
如果把微孔假體作為載體，還可以把3D打乎頌印技術(shù)變成4D打印技術(shù)，即增加一些藥物局部作用、豐富功能，這將成為生物3D打印技術(shù)未來發(fā)展趨勢之一。
鑄鍛行業(yè)
對于鑄鍛行業(yè)而言，制造流程需要鑄鍛、焊銑分開，需要很多的工序和裝備，而且時間長污染大。華中科技大學(xué)教授張海歐介紹，通過3D鑄鍛銑合一制造技術(shù)，可以獲得比傳統(tǒng)鍛造更優(yōu)越的鍛造性能。
金屬3D打印領(lǐng)域
在金屬3D打印領(lǐng)域，目前主要有鋪粉和送粉兩種模式。鋪粉激光選區(qū)熔化是由一個模型，經(jīng)過切片輸送到機(jī)器里，進(jìn)行選區(qū)或者選擇性熔化，然后一層一層堆積起來，可以做成內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的零件，盯碰如果將增材和原位減材技術(shù)結(jié)合起來，將是非常好的發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)制造手段的提質(zhì)增效。
以上就是悟空打印坊為大家介紹的有關(guān)3D打印技術(shù)在哪些行業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ蟮姆治觯Ｍ梢越o大家提供參考。
悟空打印坊是深圳3D打印公司，提供多種材料的3D打印模具手板，3D打印動漫手辦，3D打印建筑模型，3D打印人像等打印服務(wù)。
3D打印技術(shù)可以追溯到1976年噴墨打印機(jī)的發(fā)明。1984年，查爾斯·赫爾將光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于快速原型制造，拉開了3D打印的帷幕。20世紀(jì)80年代以來，3D打印技術(shù)引起了全世界的關(guān)注，開始進(jìn)入人們的視野和生活。如今，3D打印技術(shù)已經(jīng)在制造、醫(yī)療、學(xué)術(shù)、航空航天和軍事等多個領(lǐng)域得到了很好的發(fā)展和應(yīng)用。
3D打印技術(shù)的工作原理是利用計(jì)算機(jī)建模(如3Dmax等。)在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建一個虛擬的3D模型，將模型文件轉(zhuǎn)換成與3D打印機(jī)匹配的格式，然后3D打印機(jī)根據(jù)切片程序?qū)M截面堆疊成3D模型來完成打印。
3D打印技術(shù)與計(jì)算機(jī)建模技術(shù)的結(jié)合，大大加速了信息制造技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化定制和數(shù)字化方向發(fā)展，逐漸成為我國國民經(jīng)濟(jì)不可或缺的一雹廳部分。復(fù)合材料、金屬材料等現(xiàn)有材料的打印技術(shù)是3D打印發(fā)展的重要方向，也是其他許多制造領(lǐng)域定制產(chǎn)品的主要工作形式。
3D打印技術(shù)的優(yōu)勢
3D打印技術(shù)避免了傳統(tǒng)制造業(yè)的切割工藝，不需要模具制造。加工速度快，生產(chǎn)周期相對較短。更重要的是，3D打印在制造體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體方面有很大的優(yōu)勢。通過集成印刷技術(shù)，不需要二次加工，通過計(jì)算機(jī)在線操作實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和遠(yuǎn)程控制。
3D打印技術(shù)最具代表性的是熔積成型技術(shù)。其工作原理是通過送絲裝置將熱熔長絲材料送入噴嘴。在計(jì)算機(jī)的控制下，加熱噴嘴擠出軟化的材料，并開始沿著物體的輪廓移動，直到半流動材料的填充和固化完成，從而形成3D打印產(chǎn)品。例如，對于塑料制品的三維打印，通源鎮(zhèn)隱過加熱三維打印機(jī)的噴嘴使塑料熔化，擠出后塑料迅速冷卻，并與周圍材料粘合和覆蓋。目前，F(xiàn)DM可以印刷金屬、石蠟、ABS、PLA、人造橡膠等,同時生產(chǎn)3D模型、機(jī)械零件、日用品等。廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域。與傳統(tǒng)機(jī)械加工生產(chǎn)相比，F(xiàn)DM技術(shù)具有成本低、材料廣泛、原材料利用率高、污染少等優(yōu)點(diǎn)。
3D打印需求現(xiàn)狀
研究現(xiàn)狀
到目前為止，根據(jù)3D打印制造方法的原理已經(jīng)產(chǎn)生了許多制造技術(shù)，并且根據(jù)實(shí)際情況對許多材料進(jìn)行了劃旅埋分。3D打印常用的材料有PLA、不銹鋼、鈦合金、鋁、石膏、橡膠、耐用尼龍等。實(shí)現(xiàn)3D打印的技術(shù)主要有光聚合成型技術(shù)、顆粒材料成型技術(shù)、擠出成型技術(shù)、線材成型技術(shù)、層壓成型技術(shù)和粉末層噴嘴技術(shù)。
以建筑行業(yè)為例，從設(shè)計(jì)角度來說:蓋房子不需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，每個專業(yè)設(shè)計(jì)師都是在3D模型中完成自己的設(shè)計(jì)。也許有一天，每個人都可以直接從網(wǎng)上想要的建筑模型。對于建筑造型來說，傳統(tǒng)建筑中難以實(shí)現(xiàn)的曲面造型在3D打印中變得更加簡單，這對追求自由造型的建筑師來說絕對是個好消息。新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法必須出現(xiàn)。比如利用有限元分析，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可能不再適合打印建筑，需要制定適合3D打印在建筑中應(yīng)用的行業(yè)規(guī)范。新的施工工藝要求新的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，同時應(yīng)開發(fā)新的建筑檢測技術(shù)。
