從定制化制造到工業(yè)再設(shè)計(jì)，兩大案例洞悉3D打印的獨(dú)特價(jià)值

3D打印技術(shù)的價(jià)值在于為用戶(hù)創(chuàng)造附加價(jià)值。如今，在工業(yè)制造、醫(yī)療、時(shí)尚創(chuàng)意等各個(gè)領(lǐng)域幾乎都能夠看到3D打印技術(shù)應(yīng)用的身影。其中很多先行者對(duì)于這一技術(shù)的應(yīng)用已不再是偶爾的嘗試或者是“小打小鬧”，3D打印技術(shù)已成為他們的生產(chǎn)制造或日常工作中一個(gè)不可或缺的技術(shù)。本期，接下來(lái)我們分享定制化3D打印植入物和夾具再設(shè)計(jì)這兩個(gè)來(lái)自不同行業(yè)的應(yīng)用案例，共同來(lái)了解3D打印技術(shù)在其中所創(chuàng)造的附加價(jià)值。

案例一 3D打印定制化肩關(guān)節(jié)植入物讓槍傷患者重獲活動(dòng)能力

生活中發(fā)生的意外事故有時(shí)會(huì)導(dǎo)致人體的骨骼出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷。有的損傷需要通過(guò)骨科植入物進(jìn)行修復(fù)治療，從而使傷者逐漸恢復(fù)健康。然而，由于每種意外傷害所帶來(lái)?yè)p傷以及嚴(yán)重程度各不相同，外科醫(yī)生往往無(wú)法使用批量化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的植入物對(duì)傷者進(jìn)行治療。在這種情況下，通過(guò)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)與制造的定制化植入物可以為醫(yī)生與患者帶來(lái)更為靈活的治療解決方案。

法國(guó)第戎大學(xué)中心醫(yī)院（Centre Hospitalier Universitaire in Dijon）就曾利用3D打印定制化植入物救治過(guò)一位嚴(yán)重的槍傷患者。患者 Nathalie Dufaut Danjon 女士曾被獵槍打中，子彈從她的肩關(guān)節(jié)前方進(jìn)入，穿過(guò)肩胛骨射出。她的肩部骨組織結(jié)構(gòu)被損壞，幸運(yùn)的是神經(jīng)并未受損。在起初就醫(yī)時(shí)，Danjon 女士被告知無(wú)法通過(guò)現(xiàn)有的醫(yī)療技術(shù)對(duì)肩關(guān)節(jié)進(jìn)行修復(fù)。幾經(jīng)波折之后，Danjon 女士聯(lián)系到了在3D打印植入物治療復(fù)雜病例領(lǐng)域有著豐富經(jīng)驗(yàn)的法國(guó)第戎中心醫(yī)院大學(xué)頜面外科的醫(yī)生。頜面外科醫(yī)生在了解到患者的情況后，與醫(yī)院中負(fù)責(zé)肩關(guān)節(jié)疾病治療的Viard醫(yī)生進(jìn)行了溝通，最終Viard醫(yī)生通過(guò)3D打印技術(shù)為患者確定了治療方案。

3D打印的患者肩關(guān)節(jié)模型及定制化植入物,圖片來(lái)源：Materialise

通過(guò)對(duì)患者進(jìn)行檢查，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)病人的肱骨沒(méi)有近端關(guān)節(jié)面，并且發(fā)生了嚴(yán)重變形。這是一個(gè)非常嚴(yán)重的聯(lián)合損傷病例�；颊叩�3D醫(yī)學(xué)圖像還顯示出粘附在患者三角肌內(nèi)側(cè)的松散骨碎片，這些碎片粘在纖維膜中。負(fù)責(zé)治療的Viard醫(yī)生表示，為治療帶來(lái)巨大難度的部分是患者關(guān)節(jié)盂部位的嚴(yán)重?fù)p傷。這一特殊損傷使得標(biāo)準(zhǔn)植入物沒(méi)有很好的重建空間，無(wú)法在肩胛骨上進(jìn)行骨固定。

當(dāng)確定使用定制化3D打印植入物對(duì)患者進(jìn)行治療之后，Viard醫(yī)生在Materialise 公司工程師團(tuán)隊(duì)的幫助下開(kāi)展了手術(shù)前的規(guī)劃，如：患者肩關(guān)節(jié)的數(shù)字化重建，以及3D打印植入物的設(shè)計(jì)工作。

最終，醫(yī)生為患者植入了定制化的3D打印肩關(guān)節(jié)植入物。如今，患者已接受手術(shù)一年多了，她重新得到了肩關(guān)節(jié)活動(dòng)能力。盡管現(xiàn)在還不能確定肩關(guān)節(jié)植入物體內(nèi)骨生長(zhǎng)的狀況，但是患者對(duì)新的生活充滿了希望。

案例二 再設(shè)計(jì)與3D打印為鋁制夾具優(yōu)化注入力量
在制造中使用3D打印技術(shù)，意味著企業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候可以采用顛覆性的設(shè)計(jì)方式，從而對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行優(yōu)化。Materialise 公司的設(shè)計(jì)與工程團(tuán)隊(duì)就曾利用3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)，為客戶(hù)進(jìn)行鋁制夾具的再設(shè)計(jì)。

鋁制吸力夾具的設(shè)計(jì)變革，圖片來(lái)源：Materialise

當(dāng)這個(gè)工程交給Materialise工程團(tuán)隊(duì)時(shí)，客戶(hù)已經(jīng)對(duì)夾具進(jìn)行了一定的設(shè)計(jì)優(yōu)化，如為零件添加了內(nèi)部的空氣通道，但是管道和連接臂還需要手動(dòng)組裝。

已添加內(nèi)部空氣通道的夾具，圖片來(lái)源：Materialise

對(duì)于3D打印技術(shù)而言，通常影響其零件制造成本的因素是零件的大小和打印時(shí)所使用的材料的量，零件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性對(duì)制造成本的影響極小。Materialise工程師利用3D打印技術(shù)的這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)更為精簡(jiǎn)的夾具，同時(shí)將夾具中鏈接處的管道整合在一起，替代了原始設(shè)計(jì)。這樣就大大減少了材料和人工裝配的需求，同時(shí)也消除了連接處泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

3D打印鋁制夾具的最終設(shè)計(jì)成品，圖片來(lái)源：Materialise

在3D打印零件的設(shè)計(jì)與制造中，還有一個(gè)影響制造效率和成本的因素是不可忽略的。這個(gè)因素就是為保證打印效果而添加的打印支撐結(jié)構(gòu)。Materialise的工程團(tuán)隊(duì)深知，如果支撐結(jié)構(gòu)添加的不合理，將會(huì)增加打印耗材成本和打印時(shí)間。

Materialise 工程師從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和零件擺放方位優(yōu)化這兩種方式入手，減少了支撐結(jié)構(gòu)的使用。在設(shè)計(jì)時(shí)，工程師使用了一個(gè)漏斗狀的設(shè)計(jì)方案，并在進(jìn)行打印準(zhǔn)備時(shí)優(yōu)化了零件的擺放方位。

這樣一個(gè)鋁制吸力夾具不僅增加了零件使用壽命，還將重量減少至60克(原始重量為237克)，只需三分之一的成本，并且在制造中減少了對(duì)人工的需求。

來(lái)源：3D科學(xué)谷
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