開創個性化定制的時代
在過去的近30年時間里,工程師和設計師們已經在使用大型且昂貴的3D打印機,為航空航天、國防和汽車公司制作部件的快速原型。多年來,數字化設計軟件趨于成熟,掃描儀已經普遍存在,價格實惠的臺式打印機也被企業家、學校和家庭能工巧匠廣泛使用。技能人員興高采烈地宣稱,3D打印將把我們從大規模制造霸權中解放出來。 在速加網可以看到一些稀奇古怪的東西:一盞由尼龍制成的功能完備的臺燈,一大堆鑲有顏色各異的暴龍手板,一頭鯨魚的骨架,一雙五色的、按比率制作的模跑鞋型,以及玩具機器人…你可以嘗試:打開你的想象,開啟個性化定制時代。
3D打印開創了按需定制的商業模式,因而與傳統的零售模式相比具有顯著的優勢。想象一下,如果你想快速又便宜地打印出完全符合你腳的鞋子,只需要把你的設計(或者掃描你想要的產品)然后發送到云平臺,就可以打印出來。這該有多好,你不需要跑去商店,商店的庫存連同運輸、裝卸以及儲存的成本也會縮減。
打印人體器官
卡洛斯肯格拉,一個戴著眼鏡、留著小胡子,體型修長的年輕男子,在過去數年里一直致力于人耳朵的生產。他使用從人耳軟骨上提取的細胞進行打印,然后在實驗室內進行繁殖。在維克森林浸禮會醫學中心,肯格拉撮合再生醫學的同行科學家們與其他實驗室合作,正在開發處理系統用來打印肌肉組織、皮膚、腎臟、軟骨和骨骼。多年來,研討人員一直用手工制造器官,并且已經取得了不同程度的成功――手工制作的膀胱已經在一些患者身體里運作多年;一個微型的腎臟植入母牛體內后,母牛順利地排出了尿液。但手工制作器官費力費時,并通常會出錯。而3D打印則可以快速且完美地制造出器官。
在實驗室里,肯格拉凝視著電腦顯示器,點擊將近100條菜單并啟動了三個打印頭,打印頭在一個培養皿上盤旋著。對應的三個墨盒中,一個含有軟骨細胞,一個含有可降解生物支架材料,還有一個含有水溶性凝膠。打印頭來回飛快地移動,在墨盒間轉換,將器官構造成每片厚150微米的連續堆積層。肯格拉通過光學顯微鏡和顯示器跟隨打印進程,45分鐘后,一個耳朵的形狀起初浮現。
這項技能將在未來的幾年里不時完善,器官、軟骨、皮膚和組織打印技能的出現,將使人類延長壽命成為可能。用病人自身組織再生的移植器官不會被機體排異,而且將來器官販子可能也沒買賣可做了。(世界衛生組織估計,2010年在黑市上售出了1萬多個人體器官!)處方藥公司渴望用快速原型器官或組織來代替對動物或人類進行藥品和其他療法的測試。 再生醫學研討所的領導安東尼阿塔拉預言,打印皮膚的機器進入醫院僅僅是時間問題――從皮下脂肪向上通過角質細胞到毛囊、皮脂腺和黑色素細胞,直接打印到病人的身體上。“皮膚是最不復雜的器官。”阿塔拉說,“然后,我們將看到從管狀結構到中空、到非中空的器官。”最后也包括心臟嗎?“我希望在我有生之年。”他笑著說。
局限與隱憂
就目前而言,3D打印有如下缺點:打印機只可生產與他們構建的平臺相同大小的物體;大多數臺式機只可用一種或兩種材料來打印;而且,臺式3D打印機缺乏標準化,因此即使選取相同的設計文件,不同的機器也不一定能生產出完全相同的東西。
對于3D打印,人們尚處在愛恨交錯的矛盾之中。與傳統制造方式相比,3D打印能顯著地節省原材料;更短的供應鏈意味著碳排放更低;按需打印可降低庫存,削減浪費。然而3D打印機的原料,仍然需要從世界各地運輸。
現在,3D打印已經在小批量、結構復雜產品的設計生產中大顯身手。而在低附加值、大批量領域,傳統制造方式仍將占據主流,因為它比3D打印快速而且成本低廉。
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