（3D打印手套箱）打印器官，創(chuàng )造合金：3D打印—改變制造格局

3D打印

一場(chǎng)制造革命

3D打?。喊?D設計模型轉換成可實(shí)現的物體的一種技術(shù)，通過(guò)層疊的方式制造出復雜的物件。3D打印由一系列精確的激光或其他技術(shù)把模型分解成微小的片段，再通過(guò)特定的粉末綁定，層層積累制造出最終的成品。

由于3D打印技術(shù)能精準地制造出任何形狀，因此受到了制造業(yè)的廣泛應用，從電子行業(yè)，航空航天制造，軍工制造，醫療器械制造，汽車(chē)部件制造都可以看到它的身影。同時(shí)，此技術(shù)在服裝行業(yè)和家具行業(yè)發(fā)揮著(zhù)深遠的影響：首先，它在把設計變成實(shí)物的數據轉換過(guò)程中大大加速了度，從而大大縮短了制造前人工設計的平臺建立的時(shí)間，大大提高了制造效率。而且，3D打印技術(shù)只需要極少量的人力，大大節省了制造工人的時(shí)間，提高了制造業(yè)的產(chǎn)量。

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此外，3D打印技術(shù)還可以降低制造成本，不僅減少了很多低端工人的工資和工作量，而且還可以減少機器和材料的消耗。最重要的是，3D打印技術(shù)能夠更定制化地生產(chǎn)出精確的制造品，使制造者能夠更迅速地滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，從而大大提高了企業(yè)的競爭力?？傊?，3D打印技術(shù)可以有效地改變制造業(yè)的模式，實(shí)現制造業(yè)的革命，使制造出來(lái)的產(chǎn)品更有效率，更精確，更節約成本，使客戶(hù)能夠得到更多滿(mǎn)意度。3D打印技術(shù)改變了傳統的制造方式，為企業(yè)和顧客創(chuàng )造了更多可能性，是當今制造業(yè)不可或缺的一部分。

生物3D打印

把打印器官變成現實(shí)

從近乎科幻的領(lǐng)域到思想萌芽，再到實(shí)際的科學(xué)，3D生物打印正在醫學(xué)研究的各個(gè)方面取得進(jìn)展。而現在，人們已開(kāi)始實(shí)踐這項技術(shù)。發(fā)展的步伐是緩慢的，一些最雄心勃勃的3D打印計劃還要幾十年才會(huì )完成。但進(jìn)步是實(shí)實(shí)在在的。以色列特拉維夫大學(xué)組織工程學(xué)和再生醫學(xué)主任塔勒·德維爾教授說(shuō)：“我認為，10年后我們將獲得用于移植的各種器官。我們將從皮膚和軟骨等簡(jiǎn)單器官開(kāi)始，然后我們將轉向更復雜的組織——最終是心臟、肝臟和腎臟?！?/p>

聽(tīng)起來(lái)很神奇，但它已經(jīng)發(fā)生了。多層次的皮膚、骨骼、肌肉結構、血管、視網(wǎng)膜組織以及一些微型器官都已被3D打印出來(lái)。雖然目前還沒(méi)有一種打印產(chǎn)品得到批準以用于人類(lèi)，但沿科學(xué)時(shí)間軸的賽跑是激動(dòng)人心的。

此前，波蘭研究人員通過(guò)3D生物打印制造了一個(gè)胰腺的功能原型，在兩周的觀(guān)察期內，該原型在豬體內實(shí)現了血流的穩定。吉印通治療公司通過(guò)3D打印制造了一個(gè)人類(lèi)肺支架，它有4000公里長(cháng)的毛細血管和2億個(gè)肺泡，能夠在動(dòng)物模型中進(jìn)行氧氣交換。這是創(chuàng )造可移植的人類(lèi)肺臟的關(guān)鍵一步?？蒲腥藛T則希望，爭取在五年內得以開(kāi)展相關(guān)的肺臟移植人體試驗。

在韋克福里斯特大學(xué)再生醫學(xué)研究所，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種移動(dòng)皮膚生物打印系統。在不太久的將來(lái)，他們期待能夠將打印機直接推到有著(zhù)難愈傷口(如燒傷)的患者床邊，然后掃描和測量傷口區域，并一層一層地將皮膚直接3D打印到傷口表面。他們的工作還有更多進(jìn)展。他們通過(guò)3D打印生成了骨骼肌。實(shí)驗顯示，這些骨骼肌可以在嚙齒類(lèi)動(dòng)物身上實(shí)現收縮，并在八周內使前腿肌肉中*0%以上先前喪失的肌肉功能得以恢復。

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德維爾的實(shí)驗室已經(jīng)通過(guò)3D打印制造出一顆“兔心大小”的心臟，它有著(zhù)細胞、腔室、主要血管和心跳。德維爾說(shuō)，制造全尺寸的人類(lèi)心臟需要同樣的基本技術(shù)，盡管放大尺寸的過(guò)程會(huì )非常復雜：“我們現在正在研究起搏細胞、心房細胞和心室細胞。情況看起來(lái)不錯，這就是未來(lái)?！?/p>

生物3D打印

關(guān)鍵在于細胞

在3D生物打印中，關(guān)鍵在于細胞。該過(guò)程從生成研究人員想要進(jìn)行生物打印的細胞開(kāi)始，然后細胞會(huì )根據指令變成某器官所特有的細胞類(lèi)型。隨后，這些細胞被轉變成可打印的生物墨水，這涉及將它們與明膠或褐藻酸鹽等材料混合，以使它們具有類(lèi)似牙膏的黏稠度。斯坦福大學(xué)的實(shí)驗室正在研究，如果干細胞以很高的密度擠在一起，它們如何自然地形成這種黏稠物，這會(huì )讓3D打印器官完全由患者自身的細胞來(lái)形成。

生物墨水會(huì )被裝入注射器，并從噴嘴擠出，這就是實(shí)際的3D生物打印過(guò)程，它通常包括制造不同類(lèi)型的細胞，每種細胞都裝入一個(gè)不同的噴嘴。德維爾說(shuō)，打印微型心臟花了大約4小時(shí)。一旦完成，打印出的組織有時(shí)會(huì )與泵相接，這個(gè)泵將驅動(dòng)氧氣和營(yíng)養物質(zhì)通過(guò)該組織。隨著(zhù)時(shí)間的推移，組織會(huì )自行發(fā)育，成熟度和功能也會(huì )增加。

這個(gè)大致的過(guò)程——雖然在這里被大大簡(jiǎn)化了——生成了在得克薩斯州開(kāi)展的移植手術(shù)中所用的外耳。在過(guò)去的大多數小耳癥手術(shù)中，博尼拉會(huì )從病人的肋骨上提取軟骨，以形成新的外耳。這一次，博尼拉對患者的另一只耳朵進(jìn)行了一個(gè)小規模的活檢，從活檢中提取的軟骨細胞經(jīng)過(guò)培養形成了數十億個(gè)細胞，這些細胞通過(guò)3D打印構成新的移植物。

3D打印優(yōu)勢明顯

技術(shù)突破需要時(shí)間

在某種程度上，有關(guān)細胞生成，問(wèn)題在于質(zhì)量?？茖W(xué)家們已經(jīng)能夠由干細胞制造出心臟細胞，但這個(gè)細胞卻不會(huì )像你的心臟細胞那樣強有力地跳動(dòng)。生成的肝細胞和腎細胞也存在類(lèi)似問(wèn)題。還有數量的問(wèn)題。德維爾說(shuō)，制造一顆心臟需要“數以十億計的細胞——而且你需要不同的細胞，甚至不同的心肌細胞”。斯凱拉-斯科特則說(shuō)，為了給單個(gè)器官制造足夠的細胞，一個(gè)設施需要安裝一個(gè)10升的攪拌缸，每天可能要投入*000美元的材料，并連續運作幾個(gè)月。最終目標是一個(gè)月制造數千個(gè)器官，而不是一個(gè)。

即使在短期內，進(jìn)步也是顯而易見(jiàn)的，哈佛大學(xué)的研究人員從人類(lèi)多能干細胞中培育出了心肌細胞，然后將它們植入帶有集成傳感器的生物工程芯片，這些傳感器可以追蹤跳動(dòng)的組織。這種裝在芯片上的3D打印心臟可用于測試各種心臟病藥物的潛在毒副作用，并可能減少對動(dòng)物試驗的需求。

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3D打印機帶來(lái)了一些優(yōu)勢。首先是便于擴大器官制造規模，因為可以讓自動(dòng)化的打印機來(lái)工作，而不是一次手動(dòng)制作一個(gè)組織或器官。第二個(gè)優(yōu)勢在于精確度。我們可以更精確地把這些細胞安置在需要它們的地方。還有降低總體成本的優(yōu)勢，因為3D打印允許擴大制造規模。還有阿塔拉所說(shuō)的“再生性”——一種一遍又一遍地制造相同結構的方法。在器官移植方面，由患者自身細胞制成的新器官可以大大降低發(fā)生排異反應的可能性。

可以承受超高溫

3D打印超級合金

近日，美國宇航局NASA開(kāi)發(fā)了一種名為GRX-*10的新型超級合金，除了能夠承受接近2,000華氏度（約合10*3℃）的溫度外，它的強度和抗氧化性是最先進(jìn)的3D打印超級合金的兩倍，耐用性是其1000多倍。據美國宇航局表示，GRX-*10能夠承受極端溫度和其他苛刻的環(huán)境條件，這種高溫合金可用于制造更堅固、更耐用的飛機和航天器部件，這可能代表著(zhù)航空航天業(yè)的重大突破。

GRX-*10是一種氧化物彌散強化合金，含有氧原子的微小顆粒遍布整個(gè)合金，增強了其強度?！斑@種新合金是一項重大成就，”美國宇航局轉型工具和技術(shù)項目副項目經(jīng)理戴爾霍普金斯說(shuō)?！霸诓痪玫膶?lái)，它很可能成為NASA Glenn有史以來(lái)最成功的技術(shù)專(zhuān)利之一?！迸c現有材料相比，GRX-*10憑借其卓越的性能和效率，預計將徹底改變復雜的航空航天應用。

此外，制造商3D Systems借此機會(huì )在其金屬3D打印平臺上對其進(jìn)行了測試，證實(shí)了這種新材料的卓越性能。這種材料最終將出現在更多的金屬3D打印機中，生產(chǎn)出能夠在更廣泛的環(huán)境中正常運行的部件。

3D打印合金

先保障金屬打印安全

如果從實(shí)際制造角度來(lái)說(shuō)，金屬3D打印的每個(gè)階段都會(huì )產(chǎn)生不同的污染源（或物質(zhì)）進(jìn)而會(huì )造成特定的危害。金屬3D打印用的金屬粉末，粒徑分布通常為幾十微米，可被吸入肺或肺泡。對于低密度的鈦、鋁及其合金都是反應性金屬，風(fēng)險尤其大，必須受到粉塵濃度的特定限制；其他金屬粉末，如鋼或其他含鎳合金，則被危險物質(zhì)指令分類(lèi)為致癌、致突變和生殖毒性材料。對粉末顆粒的長(cháng)期接觸和吸入會(huì )給操作人員身體健康帶來(lái)一定隱患。

不僅如此，在組件的打印過(guò)程中危險同樣存在，熔化過(guò)程產(chǎn)生的廢氣除一部分會(huì )被帶入過(guò)濾系統，仍可能有一部分被排出到打印系統的外置空間，從而造成室內環(huán)境的污染。隨同廢氣的排出，一部分惰性氣體如氮氣尤其是氬氣，也是風(fēng)險的來(lái)源。設備的維護過(guò)程，如過(guò)濾系統的清潔，其中的粉塵、灰燼比金屬顆粒更加細小，若處理不當，很可能會(huì )因為成分的穩定性問(wèn)題發(fā)生火災甚至爆炸。

基于對SLM工藝過(guò)程的整體評估，德國B(niǎo)ayreuth大學(xué)開(kāi)發(fā)并評估了粉末防護的特定方案，其重點(diǎn)在于安全防護反應性材料Ti6AlV4。為減少危害而采取的保護措施由STOP原則確定優(yōu)先級順序，實(shí)施策略要基于流程、地點(diǎn)以及員工保護等關(guān)鍵因素。

金屬粉末的處理必須格外小心，并且在可能的情況下，應在保護性氣氛中進(jìn)行。目前，全封閉的工藝流程正在被設備制造商所重視，以SLM Solutions為代表的金屬打印機品牌商從粉末的灌裝、清理甚至中途加裝等所有流程均實(shí)現了全封閉操作，這種空間分割或封裝最大程度的減少了粉塵的暴露和危害。在這種情況下，3D打印手套箱就成為了一種優(yōu)先的設備選擇。

（大型金屬3D打印手套箱）

3D打印安全保護

3D打印技術(shù)作為一項前沿性、先導性非常強的新興技術(shù)，對傳統制造業(yè)的工藝改造和新材料的廣泛應用具有顛覆性的意義和作用。我們制造的3D打印手套箱（增材制造保護手套箱）針對航空航天特殊零部件的加工所需要的環(huán)境而設計的：3D打印設備一般采用送粉成型或鋪粉成型兩種，每種成型設備其需要的手套箱設計要求不同，為此需要啊根據不同需求來(lái)設計手套箱提供可靠的解決方案。

金屬3D打印惰性氣體保護系統是一套高性能、高品質(zhì)的自動(dòng)吸收水、氧分子的超級凈化防護手套箱，提供一個(gè)純化工作環(huán)境需求的密閉循環(huán)工作系統，可以滿(mǎn)足特定清潔要求應用的1ppm的O2和H2O惰性的氛圍環(huán)境。實(shí)現了將選擇性激光溶化裝置本體放置在一密封箱體內，該密閉箱體與多級粉塵手機裝置和風(fēng)循環(huán)裝置形成閉環(huán)，氬氣在該閉環(huán)內循環(huán)，系統中的氣氛水含量達到小于1PPM指標，氧含量達到小于1PPM指標，實(shí)現超高純工作氣氛的環(huán)境，加工的產(chǎn)品可直接應用，減少再處理環(huán)節，是一套滿(mǎn)足科研開(kāi)發(fā)而設計的經(jīng)濟型循環(huán)凈化系統。

（大型金屬3D打印手套箱）

技術(shù)優(yōu)勢

●解決3D打印手套箱大體積密封的可靠性。

●解決3D打印手套箱信號線(xiàn)及動(dòng)力線(xiàn)高度集成進(jìn)箱密封防干擾問(wèn)題。

●解決3D打印手套箱工作時(shí)煙塵凈化問(wèn)題及過(guò)濾器更換周期及壽命問(wèn)題。

●人性化專(zhuān)業(yè)化設計，箱體外形美觀(guān)，箱體上大型門(mén)的密封性極好，開(kāi)啟方便簡(jiǎn)單。

●解3D打印手套箱送粉器送粉進(jìn)氣或鋪粉設備鏡頭吹氣與手套箱箱體壓力控制。

更多金屬3D打印安全保護技術(shù)

關(guān)注伊特克斯手套箱