洞察：3D打印技術的大批量生產(chǎn)應用，正在加速

導讀：在南極熊發(fā)布的《2020年全球3D打印融資事件盤點，總額超200億元，加速蛻變》一文中，2020年Covid-19大流行，3D打印企業(yè)的融資反而有所增加。其中一個重要原因可能是，新冠的流行，加速了3D打印技術的批量化生產(chǎn)應用，甚至提前了5年到10年。無論是高效率光固化3D打印技術在抗擊新冠病毒疫情時起到的巨大作用（詳細案例請看“3D打印抗擊新冠病毒”專欄http://m.lhkhtyz.com/forum-230-1.html），還是多激光大尺寸金屬3D打印機受到高端制造業(yè)的青睞（詳情請看《小趨勢：18家多激光金屬3D打印廠商，劍指高效率大尺寸及批量制造》http://m.lhkhtyz.com/thread-139190-1-1.html），似乎都在向我們提示——3D打印批量生產(chǎn)應用的時代正在到來。

△3D打印呼吸機氣閥

△光固化3D打印鼻咽拭子，一盤可生產(chǎn)上百個

下面，我們將以3D打印鼻咽拭子的現(xiàn)實應用，來洞察這種趨勢。

背景

在Covid-19檢測時，舒適感并不是首要考慮因素。不少人看到鼻咽拭子檢測，都感覺怕怕的。南極熊在北京接受過鼻咽拭子檢測，醫(yī)護人員用一根細細的棉簽快速推到鼻腔的遠處，還攪拌三四圈，感覺十分酸爽！

現(xiàn)在到了2020年的尾聲，中國國內的Covid-19已經(jīng)被有效控制，但放眼全球，國外的病例數(shù)仍在增加，檢測設備仍然是全球的主要需求。為了正確診斷病例并跟蹤傳播，急需鼻咽（NP）拭子。除了中國，其他國家的測試拭子的供應仍然緊張。

△Ziggzagg制造的3D打印拭子進行鼻咽拭子檢測

中國是全球的制造業(yè)大國，面對新冠疫情，一開始都物資缺乏。而國外很多國家，其制造業(yè)早已空心化，物資缺乏的程度更是嚴禁。在2020年證明最有效的供應鏈應對措施中，3D打印一直在滿足對快速制造的需求。這包括大量個人防護設備（PPE）的生產(chǎn)，和諸如NP拭子之類的檢測產(chǎn)品。2020年12月14日，forbes發(fā)布了一篇可以深刻體現(xiàn)3D打印技術在抗擊新冠疫情的作用。

2020年3月，惠普（HP）作為增材制造（3D打�。┬袠I(yè)公司的一員，將技術轉變?yōu)樯�產(chǎn)疫情物資產(chǎn)品�；萜昭杆僬{整了許多業(yè)務，并與貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心（BIDMC）合作開發(fā)了3D打印NP拭子，并短期內進行了臨床驗證。只需48小時，就開始評估第一批原型拭子。從最初接觸到最終拭子的交付，僅過了35天。

到了5月，這些拭子已經(jīng)準備好進入美國市場，但需求是全球性的，惠普3D打印機的裝機和提高生產(chǎn)服務，也開始了世界各國的本地化。6月份，比利時的3D打印服務商ZiggZagg，由于之前已經(jīng)列裝了一批惠普3D打印機做制造服務，也開始生產(chǎn)當?shù)丶毙璧氖米印�ZiggZagg的首席執(zhí)行官Stijn Paridaens說：“由于它已經(jīng)在美國FDA批準，因此我們只需在歐洲獲得CE認證即可�！�

比利時政府批準了ZiggZagg，立即開始3D打印NP拭子用于比利時醫(yī)院。到10月為止，ZiggZagg對美國的設計進行了略微修改，例如在斷點上相差幾毫米，僅比利時市場就生產(chǎn)了700,000支拭子。為了做出最好的拭子，ZiggZagg團隊改進設計，包括對每個拭子進行單獨包裝和滅菌，而不是普通的的五到十個拭子散裝�！拔覀儚囊婚_始就選擇了困難的路線，” Paridaens承認，因為“消毒使生產(chǎn)工藝變得復雜了十倍�！�

除了增加復雜性之外，他們還選擇增加了高級后處理。盡管3D打印的拭子可有效使用，并且已通過臨床批準，但Paridaens指出，反饋指出“如果更光滑，讓接受檢測的人更舒服，這會更好�！�

后處理得到更好的3D打印NP拭子

ZiggZagg與英國的Additive Manufacturing Technologies（AMT，全球3D打印后處理領導廠商之一）有過合作，交流用于3D打印零件后處理的工業(yè)自動化化學蒸汽平滑產(chǎn)品。這樣一來就很自然地考慮到用這個技術，來處理3D打印的NP拭子，讓它更平滑。

剛從HP的多射流熔融（MJF）3D打印機中取出的零件具有多孔且相對粗糙的表面。直接使用的話，接受檢測的人可能會感到不安。更光滑的表面光潔度可以減輕對舒適性的擔憂，同時可以幫助拭子更好收集準確測試所需的樣品。

△左為剛出爐的拭子；右為經(jīng)過自動化學蒸汽平滑處理后的拭子

經(jīng)過對比，他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過后處理的3D打印拭子，要好得多。而且，由于涉及到滅菌和包裝，自動化批處理技術方案顯得更為重要。

△經(jīng)過化學蒸汽平滑，并準備包裝的3D打印拭子

在此之前，多數(shù)時候，3D打印技術通常是用于原型制作，很少用于批量生產(chǎn)。有專家認為，今年新冠的大流行，讓3D打印走向批量生產(chǎn)的應用，加快了5到10年。人們現(xiàn)在普遍將它視為傳統(tǒng)制造的可行替代方案，這對于3D打印行業(yè)來說是一件了不起的事情。它不僅能大量生產(chǎn)產(chǎn)品，而且還是要求和認證都很嚴格的醫(yī)療領域中。

Paridaens認為，現(xiàn)在自己已經(jīng)建立了一套成熟的3D打印拭子工藝和方案，即使以后沒有了新冠，每月3D打印生產(chǎn)的醫(yī)療產(chǎn)品也將達上百萬件。

英國拋出760萬件防護面罩的3D打印訂單，Photocentric本地化制造

2020年6月，3D打印機和材料制造商Photocentric，獲得英國政府的重大合同，在六個月內生產(chǎn)超過760萬個3D打印防護面罩。

這家位于英國的公司，利用其專利3D打印技術每月生產(chǎn)數(shù)百萬件個人防護用品，支持一線NHS衛(wèi)生工作者。能夠在如此短的時間內改變制造工藝，生產(chǎn)出如此大量的面罩，Photocentric很好地展示了3D打印技術的優(yōu)勢。除了展示速度和適應性外，這份量產(chǎn)合同還表明，3D打印塑料部件的生產(chǎn)價格可以與傳統(tǒng)制造工藝競爭。3D打印不再只在緩慢、昂貴的原型設計應用中，而是可以每天生產(chǎn)數(shù)十萬個零件。

△成立于2002年的Photocentric公司，主營是生產(chǎn)感光樹脂，并使用可見光固化工藝，來生產(chǎn)產(chǎn)品，應用范圍從工業(yè)到牙科和塑像行業(yè)。在牙科領域，特別是矯形器的制造方面，他們的LC Magna打印機，讓正畸醫(yī)生能夠以具有競爭力的成本、速度和規(guī)模批量生產(chǎn)患者的牙套。

另外，這個大合同，它證明了PPE不再需要從國外運來，英國的本土制造商可以更快地提供零件，而且價格具有競爭力。借助這種本土化的制造技術，英國希望可以減少對海外生產(chǎn)的依賴，并在本地制造零件，在需要的時候以有競爭力的價格進行大批量生產(chǎn)。

PrintParts向紐約交付100萬3D打印根鼻咽拭子

2020年9月，3D打印服務提供商PrintParts與自動化后處理開發(fā)商PostProcess Technologies合作，在美國紐約市（NYC）快速生產(chǎn)了100萬根COVID-19鼻咽拭子。

△3D打印的鼻咽拭子

PrintParts發(fā)現(xiàn)紐約對NP檢測拭子的需求越來越大，與紐約市的有關部門合作，并迅速擴大其打印能力，以滿足檢測需求，在曼哈頓開設了一個新的符合ISO 13485標準的生產(chǎn)實驗室，并建立了專門的供應鏈，盡快地大規(guī)模生產(chǎn)。

Northwell Health 日產(chǎn)5000個3D打印棉簽（鼻咽拭子）
2020年4月份，Northwell Health公司的3D設計和創(chuàng)新總監(jiān)Todd Goldstein表示，在疫情期間，Northwell Health已經(jīng)拿到了紐約市、長島和韋斯特切斯特的醫(yī)院訂購的拭子訂單中的25%左右。

他說，Northwell Health現(xiàn)在每天用3D打印機為醫(yī)院生產(chǎn)5000支拭子，并計劃將規(guī)模擴大到每天7500或8000個。

與Northwell Health合作的3D打印機廠商Formlabs公司也已經(jīng)開始在其位于俄亥俄州的樹脂廠生產(chǎn)拭子，工廠內有200臺打印機，從地板到天花板堆放在機架上。正在生產(chǎn) "數(shù)萬個 "拭子，但計劃增加到每天10萬個。到目前為止，他們已經(jīng)向醫(yī)院系統(tǒng)和政府機構銷售了約5萬支棉簽。

為什么是鼻咽拭子？

首先，當然是疫情之下的物資緊缺，即便傳統(tǒng)常規(guī)制造方式開足馬力生產(chǎn)也無法滿足需求，這時候作為“萬能制造設備”的3D打印機承擔起增量生產(chǎn)的重任，人們只需要花費幾個小時在電腦上設計出鼻咽拭子的3D模型，3D打印機就能將其制造出來。而且，3D模型一旦在網(wǎng)絡上共享后，全球擁有相應3D打印機的用戶都可以生產(chǎn)。
其次，鼻咽拭子的結構是一個細長的結構，這就為單次小批量生產(chǎn)創(chuàng)造了機會，通過垂直緊密的排版，一版可以生產(chǎn)幾百個鼻咽拭子，100臺設備一次就可以生產(chǎn)幾萬個。

什么樣的產(chǎn)品適合3D打印批量生產(chǎn)？

① 結構復雜，擁有很多鏤空結構，傳統(tǒng)工藝很難做甚至做不出來（比如創(chuàng)成式設計的鞋底）；
② 每個件都略有不同，都是個性化的（比如牙模）；
③ 每個件都很小，3D打印單次排版可以生產(chǎn)很多（比如鼻咽拭子）；
④其它

規(guī)模生產(chǎn)應用

很有價值的洞察