從定制化制造到工業(yè)再設(shè)計，兩大案例洞悉3D打印的獨特價值

3D打印技術(shù)的價值在于為用戶創(chuàng)造附加價值。如今，在工業(yè)制造、醫(yī)療、時尚創(chuàng)意等各個領(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不可或缺的技術(shù)。本期，接下來我們分享定制化3D打印植入物和夾具再設(shè)計這兩個來自不同行業(yè)的應(yīng)用案例，共同來了解3D打印技術(shù)在其中所創(chuàng)造的附加價值。

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能力

生活中發(fā)生的意外事故有時會導(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損傷以及嚴(yán)重程度各不相同，外科醫(yī)生往往無法使用批量化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型號的植入物對傷者進(jìn)行治療。在這種情況下，通過三維數(shù)字化設(shè)計與3D打印技術(shù)設(shè)計與制造的定制化植入物可以為醫(yī)生與患者帶來更為靈活的治療解決方案。

法國第戎大學(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一位嚴(yán)重的槍傷患者�；颊� 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，Danjon 女士被告知無法通過現(xiàn)有的醫(yī)療技術(shù)對肩關(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)驗的法國第戎中心醫(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,圖片來源：Materialise

通過對患者進(jìn)行檢查，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)病人的肱骨沒有近端關(guān)節(jié)面，并且發(fā)生了嚴(yán)重變形。這是一個非常嚴(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)植入物沒有很好的重建空間，無法在肩胛骨上進(jìn)行骨固定。

當(dāng)確定使用定制化3D打印植入物對患者進(jìn)行治療之后，Viard醫(yī)生在Materialise 公司工程師團(tuán)隊的幫助下開展了手術(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)骨生長的狀況，但是患者對新的生活充滿了希望。

案例二 再設(shè)計與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)計的時候可以采用顛覆性的設(shè)計方式，從而對產(chǎn)品的性能進(jìn)行優(yōu)化。Materialise 公司的設(shè)計與工程團(tuán)隊就曾利用3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢，為客戶進(jìn)行鋁制夾具的再設(shè)計。

鋁制吸力夾具的設(shè)計變革，圖片來源：Materialise

當(dāng)這個工程交給Materialise工程團(tuán)隊時，客戶已經(jīng)對夾具進(jìn)行了一定的設(shè)計優(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組裝。

已添加內(nèi)部空氣通道的夾具，圖片來源：Materialise

對于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所使用的材料的量，零件設(shè)計的復(fù)雜性對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，設(shè)計了一個更為精簡的夾具，同時將夾具中鏈接處的管道整合在一起，替代了原始設(shè)計。這樣就大大減少了材料和人工裝配的需求，同時也消除了連接處泄漏的風(fēng)險。

3D打印鋁制夾具的最終設(shè)計成品，圖片來源：Materialise

在3D打印零件的設(shè)計與制造中，還有一個影響制造效率和成本的因素是不可忽略的。這個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)隊深知，如果支撐結(jié)構(gòu)添加的不合理，將會增加打印耗材成本和打印時間。

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

這樣一個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人工的需求。

來源：3D科學(xué)谷
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