医学领域的3D打印技术.ppt

3D打印技术的发展 近年来 在大家面前出现了一个很酷的新名词 3D打印 3D打印虽与市民生活仍有很远的距离 但通过3D打印技术 可以成功地 打印 出无人飞机 自行车 汽车等实物 3d打印已经逐渐开始被部分企业所使用 3D打印技术的定义 3D打印技术 3Dprinting 即快速成形技术的一种 它是一种数字模型文件为基础 运用粉末状金属或塑料等可粘合材料 通过逐层打印的方式来构造物体的技术 过去其常在模具制造 工业设计等领域被用于制造模型 现正逐渐用于一些产品的直接制造 特别是一些高价值应用 比如髋关节或牙齿 或一些飞机零部件 已经有使用这种技术打印而成的零部件 3D打印原理 3D打印与激光成型技术一样 采用了分层加工 叠加成型来完成3D实体打印 每一层的打印过程分为两步 首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水 胶水液滴本身很小 且不易扩散 然后是喷洒一层均匀的粉末 粉末遇到胶水会迅速固化黏结 而没有胶水的区域仍保持松散状态 这样在一层胶水一层粉末的交替下 实体模型将会被 打印 成型 打印完毕后只要扫除松散的粉末即可 刨 出模型 而剩余粉末还可循环利用 3D打印过程演示图 3D打印过程演示图 3D打印技术的应用 3D打印技术通常是采用数字技术材料打印机来实现 这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长 其价格也正逐年下降 该技术珠宝 鞋类 工业设计 建筑 工程和施工 AEC 汽车 航空航天 牙科和医疗产业 教育 地理信息系统 土木工程 枪支以及其他领域都有所应用 3D打印技术出现在上世纪90年代中期 实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置 它与普通打印机工作原理基本相同 打印机内装有液体或粉末等 印材料 与电脑连接后 通过电脑控制把 打印材料 一层层叠加起来 最终把计算机上的蓝图变成实物 这一技术如今在多个领域得到应用 人们用它来制造服装 建筑模型 汽车 巧克力甜品等 世界第一台3D照片打印机 中国第一台生物打印机 世界上第一辆用3D打印机制造的汽车urbee 3D自行车 3D打印的花瓶 以往靠模具机器生产出来的花瓶 通过科研人员数码建模 把设计文件发送到3D打印机 然后选择ABC塑料剂 经过喷涂 挤压等方式一层一层添加打印 约半小时后 一个漂亮的花瓶便呈现在面前 大学生3D打印出机器人照顾老人 2013年11月23日 西安电子科技大学展出两千余件大学生科技竞赛作品 很多创意令人耳目一新 现场一台机器人吸引了不少同学围观 机器人的主要部件都是3D打印 特别是仿生手 能像人手一样实现各个手指单独灵活运动 很多老人行动不便 有了机器人助手 只要对着摄像头做出手势 机器人就能模仿动作去做家务 澳大利亚两位设计师打印出3D机器人 皮尤 JethroPugh 和尼克尔斯基 SamNikolsky 两名来自澳大利亚墨尔本的工业设计师成功地为机器手赋予了 生命 让其可以灵活地活动 几乎每一块部件都是两人在一个大篷车内制作出来的 耗时数周 最终组合成型 作为他们的3D打印产品的一部分 机械手将参加他们在全澳的巡回展示 北京航空航天大学首创3D打印制造飞机大型钛合金风挡 图 中国C 919大型客机风挡在高速飞行时要承受巨大动压 其窗框由钛合金制成 北京航空航天大学王华明教授及其带领的科研团队在大型钛合金结构件激光直接制造技术领域取得令人瞩目的成绩 并且在中国航空航天装备应用中取得了重要突破 据了解 中国成为迄今国际上唯一实现激光成形钛合金大型主承力关键构件在飞机上实际应用的国家 欧宇航局3D打印的月球基地模型 3D手机应用 3D晶片堆叠在智能手机领域应用广泛 但很少有手机像iPhone4那样拥有1 1的晶片比例 ratioofsilicon 大多数多层PCB有采用微通孔 micro vias 但很少会用到十层电路板 由于积极采用3D晶片堆叠 iPhone4是主流智能手机中 将印刷电路板面积做最大化利用的产品之一 此外 该款手机罕见地使用了大量小型配件与螺丝 因此所需的人工封装密集度 可能不亚于高档腕表 尽管最近几年以TSV穿硅互联为代表的3D芯片技术在各媒体上的出镜率极高 但许多人都怀疑这种技术到底有没有可能付诸实用 而且这项技术的实际发展速度也相对缓慢 目前很大程度上仍停留在 纸上谈兵 的阶段 不过 许多芯片制造商仍在竭力推进基于TSV的3D芯片技术的发展并为其投入研发资金 这些厂商包括IBM Intel 三星 东芝等等 3D芯片技术的优势在于可以在不需要改变现有产品制程的基础上增加产品的集成度 从而提高单位芯片面积内的晶体管数量 3D芯片堆叠技术 2 5D与3D芯片堆叠技术 2 5D芯片堆叠结构 理论上说 3D芯片堆叠技术的实现可分两步走 第一阶段是先采用借助硅中间互连层的2 5D技术 这种技术中虽然也有使用TSV技术 但如上图所示 功能芯片 chip1 2 中并没有制出TSV结构 而是把TSV结构设置在专门的衬底中 功能芯片通过microbump与中间互连层 interposer 连接 再通过一层TSV衬底连接到3D芯片封装用衬底上 而第二阶段则会将TSV结构直接植入功能芯片之中 而现在 多家组织已经组建了许多新的 面向主流应用的3D芯片堆叠项目组 举例而言 Semtech组织便正在与IBM公司进行这方面的合作 这个项目的目标是将模数转换器芯片与DSP芯片利用TSV3D堆叠技术连接在一起 这两种芯片将通过一层中间互联层 interposer 连接在一起 该互连层的峰值带宽可超过1 3Tbps 赛灵思的FPGA3D堆叠技术 服装的3D时代 如果说2006年秋冬时装周上 已故时装大师AlexanderMcQueen用3D激光成像技术在舞台上虚拟出一个活脱脱的KateMoss 是开启3D时尚之门的里程碑 那么在2010年2月23日 平日里以守旧著称不爱赶时髦的Burberry 开创先河般地将2010年秋冬季时装发布会进行了全球同步的3D串流直播 就是更上一层楼了 巴黎时装周展示3D打印服装 今年的巴黎时装周上 科技与时尚擦出了火花 多款3D打印机制作的服饰吸引了很多人的眼球 设计师爱丽丝 范 赫本 IrisvanHerpen 的Voltage高级女装就有多款由3D打印机制造 设计师爱丽丝 范 赫本的Voltage高级女装就有多款由3D打印机制造 3D医学 生物打印的技术成熟之后 我们将会像是有了个人专属的人体器官库 并且随时可以打印只适合自己的身体器官 也许只需要二十年 我们的器官就能够成为可以替换的设备 这样因为器官衰老而死亡这件事也许可以避免 健康的肉体将会与健全的思维存在同样长的时间 医学领域的3D打印技术 人造骨骼 世界上首例由3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术细节日前公布 移植手术于去年6月在荷兰进行 接受移植的病人是名患有骨髓炎的83岁女性 术后她的恢复状况良好 新的下颌骨并未影响她的语言表达和进食能力 这项新的人造骨骼3D打印技术由比利时公司LayerWise和比利时哈瑟尔特大学的科研人员共同开发研制 而器官制作过程被称为 叠加制作法 AM 通过该方法 技术人员可根据移植患者的具体需求来设计骨骼部 件的效果图 然后利用高精度的镭射qiang来熔解钛粉 并将它们一层层地喷涂叠加起来 最终形成一个立体的人造骨骼部件成品 整个过程不需要任何的胶水或粘结剂 3D打印心脏现身可从人体尿液中获取能量 英国Bristol机器人实验室的科学家们宣布 他们成功地使用3D打印机制造了第一台可驱动人工肌肉的机器 心脏 这台机器心脏搭载微生物燃料电 MFCs 可从人体尿液中获取能量 这种机器 心脏 又被称为生物启发泵 biologicallyinspiredpump 仍处于开发阶段 它是基于心脏的结构和功能原理进行设计的 科学家测试证明 机器 心脏 只需2毫升新鲜尿液即可执行连续33次动作 而且它可以以3 5伏的电压充电 牙科3D 一家在全球光敏树脂固化成型3D打印技术上 具有领先位置的公司 德国envisionTEC 推出了其专门面向牙科的3D打印机 3DDent 日本3D打印脸部模型让父母提前与宝宝 见面 不少准妈妈急切地想看看腹中宝宝长什么样子 日本妈妈如今能选择用超声影像打印宝宝的脸部立体模型 科学家研制的人造血管 来自弗劳恩霍夫研究所的科学家团队就利用3D打印机和 多光子聚合 技术 成功研制出了人造血管 制成的血管具有柔韧而结实的结构 能够与人体自生组织融合 同时 由于它的外膜上覆盖着改性生物分子 因而并不会遭到人体的排斥 科学家正根据病人的细胞样本采用专用3D打印机制作人体器官组织 世界首个3D打印手枪试验成功 科迪 威尔森 CodyWilson 2013年5月5日 25岁的德克萨斯大学法律系学生科迪 威尔森首次完全使用3D打印技术制造出一把手枪 2013年11月7日 美国得克萨斯州一家公司宣布用金属粉末制造并测试了世界上第一支3D打印金属枪 这款全球首支3D打印金属枪 由总部位于得州奥斯汀的3D打印公司 固体概念 SolidConcepts 设计制造 依照的模板是美军曾经的经典装备布郎宁1911式手枪 由超过30个3D打印原件组装而成 包括不锈钢和一些特殊合金材料 实际装配时间只需5至7分钟 这支枪成功发射了50发子弹 射击距离超过27米 和常规武器一样精准 3D金属打印机问世可直接打印金属模型 最近 来自美国密歇根大学的一个工程师团队正在设计和研发一款能够直接通过融化液态金属直接进行打印的金属3D打印机 并且造价不超过1500美元 约合人民币9140元 此前 常见的3D打印机都只是以塑料为原料打印产品 而这个打印机却可以直接通过金属打印打出个锤子 由于这款机器的参数是开源的 任何人都可以去做出一个属于他们自己的金属3D打印机 3D技术优点 三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作 桌面打印机可以打印出小物品 而且 人们可以将其放在办公室一角 商店甚至房子里 而自行车车架 汽车方向盘甚至飞机零件等大物品 则需要更大的打印机和更大的放置空间 3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具 就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件 从而极大地缩短产品的研制周期 提高生产率和降低生产成本 与传统技术相比 三维打印技术还拥有如下优势 通过摒弃生产线而降低了成本 大幅减少了材料浪费 而且 它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形 让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器 另外 在具有良好设计概念和设计过程的情况下 三维打印技术还可以简化生产制造过程 快速有效又廉价地生产出单个物品 三维打印技术还有其他重要的优点 大多数金属和塑料零件为了生产而设计 这就意味着它们会非常笨重 并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物 三维打印技术不是这样的 在三维打印技术中 原材料只为生产所需要的产品 借用三维打印技术 他的团队生产出的零件更加精细轻盈 当材料没有了生产限制后 就能以最优化的方式来实现其功能 因此 与机器制造出的零件相比 打印出来的产品的重量要轻60 并且同样坚固 3D打印前景 预计2050年实现3D打印机制造飞机欧洲飞机制造公司Airbus的设计师透露3D打印飞机打造计划 预计2050前达成 据Forbes报导 此计划将使用机库般大小的3D打印机 制造飞机零件 Airbus的员工BastianSchafer描述他的构想 此架飞机80米长 曲面机身由透明材质制成 乘客就感觉彷佛翱翔在云端中 恩里科 迪尼称 他已经在和建筑大师诺曼 福斯特 阿尔塔空间公司等进行讨论 希望能设计出一种可以使用月球尘土的打印机 届时在月球上就可以使用这种打印机快速的建造出人类的月球基地 谢谢观看