3D打印十大新型应用案例集锦

　　3D打印在各行各业的应用越来越深入，今天透过全球3D打印巨头3D Systems公司的3D扫描及3D打印解决方案在各个领域的最新应用，为读者展示这项技术的巨大潜力一角及其为世界带来的改变。

　　全彩3D打印支持病毒疫苗的研发

　　巴特利数理医学中心的主要研究者和教职工威廉姆?C?雷博士正在研究呼吸道合胞体病毒（RSV),这种病毒主要会引起全世界婴儿和孩童的下呼吸道感染。

　　雷博士和他的研究人员面临着一个巨大的问题，没人知道RSV病毒具体是如何发挥作用的。RSV生命周期的关键部分涉及到一个分子机器（F基因），F基因是被用来将病毒包膜和定向的细胞膜组合在一起的。这会导致一个病毒的有效载荷进入到细胞。如果阻扰分子机器的传动体系可以停止感染，但因为分子机器的传动体系无法被定位（也就是说我们还不知道它如何作用），过去试图研发疫苗的努力失败了。

　　为了确定这个分子机器的真正颜色，雷博士打算利用3D打印来研究F基因。以计算机图形作为参考，雷博士知道如果依靠二维图片是无法攻克RSV病毒这个挑战的，但他相信3D彩色打印的病毒展示可以帮助他的研究。因此，当他的研发中心意识到需要资金投资新的技术来支持他的研究项目时，雷博士抓住了一个机会，得到了3D Systems公司的全彩色打印机ProJet®x60 3D打印机。

　　然后他们打印出了F基因的3D模型，据威廉姆所说，这个三维模型给研究者提供了非常重要的讯息。即使与先前的立体3D监视器和专业的图形卡，都不能与全彩色的3D模型相比。

　　尽管雷博士强调RSV的治愈还有一段路要走，但他说迅速打印彩色3D模型使RS

　　V研究可以继续往前发展，并且能激发关于RSV如何运作的新想法。

　　微制造专家3D打印微型中耳假体

　　Potomac Photonics是微制造领域的专家，他们的团队使用ProJet 3500打印机3D打印微型可植入假体。在一个最近的案例中，他们制作出了一个微型的中耳产品，帮助研发耳硬化症可使用的假体。

　　听力是一个复杂的过程，声波震动通过耳膜转移到中耳的三个微型小骨头里。这个骨头通常被称作镫骨，用来帮助内耳液流动。耳硬化症是指：在新的骨组织进行终身重建时，偶尔会有异常的骨“重塑”发生，如果异常的骨重塑发生在镫骨周围，这个骨重塑就会堆积在镫骨周围，导致正常听力需要发生的震动被限制。

　　莫妮卡?克瓦查是研究镫骨技术的专家，她解释道：“对我来说，3D打印是制作第一个模型的最佳技术。我们需要第一个模型来做实验验证，验证这个装置的结构是不是设计良好。我们可以检查这个装置的机械操作。然而，如果我们发现确实需要修改这个装置结构，我们也仅仅需要在CAD设计阶段来修改，非常简便。”

　　莫妮卡使用3D Systems公司的ProJet 3500高分辨率3D打印机，是Potomac Photonics公司能够得到非常微型的，结构精确，误差值非常小的装置。

　　鉴于这个零件的尺寸非常小，一旦这个镫骨的设计被证明是可以使用的，3D打印的成品就可能是可行的且非常经济的。同时，Potomac Photonics会继续与莫妮卡协作来制作出微型的3D打印解决方案，毫不夸张的说，未来他们可能会让耳硬化症患者重新听到音乐。

　　ProJet?系列打印机助力医疗企业打印胰岛素笔

　　一家全球性的医疗界巨头选择了ProJet? 3000 3D打印机研究和开发了一支胰岛素笔。这只胰岛素笔由众多很小且复杂的零件组成，每个零件都对应最终成品上的重要功能。在审阅了具体需求以后，TechCluster公司，当地的3D Systems公司的经销商建议他们买进ProJet? HD 3000 3D打印机。使用VisiJet® EX200材料，由ProJet系列打印机打印出来的原型样件呈半透明色，拥有极佳的细节特征，用以协助执行复杂的装配测试和肉眼观察液平面，这些都满足了客户的期望。

　　然而，当这些在研发中的产品被提交给病患和医生，或者在展会展出时，这些产品是需要带有色彩的最终注塑制品。这是一个新的现实挑战。

　　给这些零件上色，许多3D打印客户都做到了，但是这个医疗领导企业却产生了一些问题。由于彩色层和在微小且复杂的零件内部上色是不现实的，所以零件在尺寸上被放大了。产品应用工程师需要找出一个新的解决方案。他们开发了一个流程，将特殊的溶剂在容器中加热到90°C/194°F，根据目标颜色的色度，将零件在里面放上一段特定的时间进行着色。

　　结果是非常完美的，在不牺牲杰出的细节的前提下，零件和最终产品的颜色是一致的，成功完成了功能件的装配。

　　3D Systems快速完成FIFA个性手提篮

　　American Precision Prototyping公司的团队，简称APP，曾面临一个独特的挑战：重新设计，制作原型，进行铸件，装饰并运送150个POWERADE®公司的手提篮，这些提篮是专门为FIFA比赛准备的宣传装备。他们需要在30天内完成整个工作。使用了CAD,和SLA 3D打印，加上灵活的头脑，团队提早完成了这个工作。

　　在项目最初，APP团队得到了2个早期的POWERADE®的手提篮设计，并由此开始工作。

　　第一个手提篮是2012年UEFA欧洲杯的，第二个手提篮是来自美国联赛的。对于FIFA的手提篮，客户的目标是结合美国手提篮的人体工程学设计及UEFA提篮的轮廓尺寸和形状。团队必须重头开始设计提篮。

　　鉴于时间非常紧，APP公司的方案设计阶段只有一周，在这个阶段里，提篮的设计还需要得到POWERADE®公司的批准。提篮设计还有一个其他要求，客户想要最终的产品可以被一分为二，两边利用卡扣可以连接在一起做成一个可放6个瓶子的容器。团队开始投入到这个项目中，他们有一个想法可以满足客户对于尺寸的要求，还能符合人体工程学和结构要求。这也就是说，装6个瓶子的可以使用两个完全相同的提篮，两个提篮可以很容易被固定在一起从而变成一个整的提篮。

　　为了确保这个想法是不是可行，APP团队利用3D Systems的SLA技术先打印了比实体小一倍的提篮模型。这个模型被用来做验证和检查设计中的疏漏。花了大概9个小时把提篮模型打印出来，并直接把它寄给客户做审核确认。

　　可口可乐公司的销售主管查看了这个比实体小一倍的模型，并要求了一些小修改。团队直接使用3D CAD文件直接做了修改。然后他们开始使用Accura60树脂材料制作实际大小的模型，大概花费15小时制作了每个批次2个模型。这些模型会被用作最后的检查，也会是用作硅胶模具和铸造过程的母模。

　　大学3D打印人体解剖标本

　　数百年来，人体标本一直是医学教学的重要工具，但也因为种种不同的原因而产生了很多问题，比如成本、运输、储存、精神信仰或受到普遍的反感。

　　澳大利亚的莫纳什大学已找到解决这些主要障碍的方法：由一台3D打印机制作的第一个商业性逼真全彩人体部位。

　　莫纳什大学打印的标本是由3D Systems的2台全彩色3D打印机制作的：一台为ProJet 660，另一台为ProJet 4500。ProJet系列的打印机极易使用。更重要的是他们可以制作出莫纳什大学所需的具有准确颜色的3D打印人体部位。

　　莫纳什大学人体解剖系列的3D打印模型，由ProJet 4500打印完成

　　“对于复制一个具有彩色逼真度和颜色特定编码的标本来说，全彩是非常有必要的。例如，血管是呈现红色或者蓝色的，神经是黄色的，这些在教学中都是很有价值的。“莫纳什大学人体解剖教育中心的负责人保罗?麦克梅纳明说到。

　　最近的一个项目就显示出，对于一个急需人体标本的学校，3D打印的标本改变了很多现状---比如这个案例里的伊比利亚Dagliotta医科大学。

　　来自伊比利亚的Dagliotta医科大学的学生正在使用莫纳什大学捐赠的3D打印模型

　　受到伊恩?克罗泽医生演讲的鼓舞（伊恩?克罗泽是一位在塞拉利昂工作时感染了埃博拉的医生），麦克梅纳明安排了一套完整的3D打印件和一套组织学(细胞与组织的显微解剖)图像的海报寄往这个学校。

　　麦克梅纳明进行捐助也进行教学帮助，他非常愿意帮助极度贫困和人手不足的医科学校，从而为伊比利亚新一代的医生提供更好的人体解剖教学。

　　麦克梅纳明在不久的未来可能会有更多的成就：他的团队通过使用3D Systems的最新3D打印技术，正致力于制作交互式可解剖的3D解剖标本复制品来帮助培训更多未来的外科医生。

　　感谢麦克梅纳明和3D打印、使人体标本可以达到尺寸更全面色彩更精准的程度，为全球的医科学校打开了一扇新的大门。

　　3D Systems全彩打印机助力重建阿富汗巴米扬大佛

　　在阿富汗中部被山岩绝壁环绕的巴米扬山谷，两个庞大的壁龛从石窟里遥遥互对着。他们曾经是巴米扬大佛的家：两尊巨大的佛像由石头雕刻而成，用灰泥粉饰。大一点的佛像53米高，小一点的佛像35米高。他们是古印度王国犍陀罗艺术的典范，雕像分别造于公元554年和公元507年，是世界古文明之一的体现，曾是世上最大的石雕站立佛像。但是在2001年3月12日，炸药摧毁了这座有1500年古文明的雕像，掠夺了一个饱受战乱之苦的国家，他们独特的希腊式佛教艺术的重要符号和文化标志被摧毁。

　　一个包含修补者、建筑师和工程师的团队欲重建巴米扬大佛，希望为阿富汗人民还原她的象征符号，3D Systems公司也参与其中。负责重塑的团队使用3D Systems的Geomagic Studio® 扫描软件和ProJet® 系列的全彩色3D打印机来为这个重大任务做准备。在2009年，他们开始计划巴米扬大佛的重建，大佛及其周边的地区在2003年并列入世界文化遗产。这个项目由一些国家和组织出资，由联合国教科文组织和国际古迹遗址理事会领导。

　　Geomagic Studio逆向工程软件在全世界被广泛用来考古和存档项目，因为它可以可靠地把3D扫描数据转换为高精确度的曲面模型。它还拥有易学易用的用户界面，在实地考验中，这款软件表现出色。在收集和固定了所有的巴佛碎石块后，给这些石块编码并把他们装入箱子中。除了扫描壁龛，建筑师们还扫描了较大的石块。碎石块被测量了磁校准和沉积结构，这是为了可以将他们更好的互相匹配起来。扫描结束后，团队处理了这庞大的数据量，手动填补模型中的破损孔，用Geomagic Studio软件制作出了无懈可击的曲面模型。一旦碎石块被Geomagic Studio软件的网格处理工具处理和修复，他们会被3D System公司的ProJet系列全彩色打印机以1/25的尺寸打印成模型。另外，他们还打印出了壁龛。同时，他们会使用这些精确的尺寸模型来尝试一点点的重新装配巴米扬大佛的碎块。考虑到这个地区险峻的地形和后期重建工程需要大型的设备，团队必事先就知道他们面临的挑战是什么，尺寸模型可以帮助他们为这些挑战事先做好准备。

　　3D打印与乐器的完美融合，3D Systems打印尤克里里琴

　　Outdoor Ukulele公司是一家专业为户外需要和定制要求来制作耐用性高，音调准确的尤克里里琴公司，当Outdoor Ukulele公司试图使他们新的tenor尤克里里琴更加完美时，他们觉得需要一个耐用的，并且可以被尽快制造出来的样本模型。印第安纳州的快速模型服务供应商和使用3D Systems的SLA打印机的Realize公司，共同为Outdoor Ukulele公司制作了一个完整的模型。

　　Realize公司的项目负责人布莱恩?卡兹尔说，Outdoor Ukulele公司在寻求他人制作tenor尤克里里琴时遇到了困难，因为没人可以使用类似聚碳酸酯树脂材料来制作实体模型。最后的样本模型需要通过玻璃填充聚碳酸酯来注塑成型，而且样本的尺寸和坚硬度必须和成品乐器一样。

　　这对Realize公司来说不是什么大问题，他们在几天时间内，利用SLA制作出了一个可运作可弹奏的尤克里里琴模型来满足Outdoor Ukulele公司的特定要求。

　　向古生物领域迈进，3D扫描和3D打印识别新恐龙种类

　　在阿拉斯加州及膝深的利斯科姆骨床，有众多的恐龙骨骼分布在极地地区。帕特?德鲁肯米勒博士作为地球科学馆馆长和阿拉斯加费班克大学地质学科的副教授，在其八年任期内，他每年会花几个月的时间跋涉在利斯科姆骨床3英尺层厚的恐龙骨堆里，对这些恐龙骨骼进行筛选和分类。

　　“在利斯科姆骨床，阿拉斯加北坡上有成千上万的恐龙骨骼，”他说。“大多数骨骼看上去来自同一个种类的恐龙，但是许多骨骼混在一起，关节是分离的，这意味着要匹配这是左边的骨骼还是右边的骨骼，是来自腿部还是头骨，是基本上无法做到的。”

　　最后他使用了杰魔Capture 3D扫描仪和ProJet 660 打印机协作完成了这项艰巨的工作。

　　杰魔Capture 3D扫描仪（Geomagic Capture 3D scanner ）能捕捉到了恐龙化石最精密的细节，不到5分钟就创建出了一个拥有每个骨骼的完整3D工作模型。团队人员创建出精确的3D数据后，可以通过快速镜像处理来进行骨骼匹配。

　　ProJet 660可制作坚硬的石膏部件，刚性较强且类似骨骼，且和该团队用于构造骨架的胶水，钉子和指甲相兼容。

　　3D扫描和3D打印帮助他们节约了大量的时间，几乎在一夜之间就得到了3D数据，并在一两天内就得到了3D打印实物，整个团队迅速利用专业技术构造出了整个恐龙骨架。

　　3D Systems打印金属植入物，助汪星人重拾自由奔跑的乐趣

　　近日，万余条狗狗狗植入了革命性的骨科TTA RAPID?植入物，这个植入物由3D Systems公司的直接金属打印工艺(DMP)制作，由Rita Leibinger Medical公司设计。

　　3D Systems公司和一家创新型的兽药公司Rita Leibinger Medical一起合作研发了一款革命性的专为狗狗设计的骨科膝盖植入物：TTA RAPID。这个小小的，精密的3D打印钛植入物已经成功被安装在近10000条有十字韧带问题的狗狗身上，类型从小型犬如杰克罗素梗到大型犬如大丹犬。在几周内，这些狗狗就能够走路，跑动和玩耍，仿佛什么不好的事情都没发生过---这与传统治疗所需的漫长恢复有着鲜明的对比。

　　残疾的狗狗常常被诊断是十字韧带的问题，这就导致了膝关节失稳。膝关节将股骨与后肢的胫骨连接在一起；它相当于人的膝盖。十字韧带有问题一般是由于创伤，退化或者遗传原因导致，不稳定的膝关节通常会极大地限制狗狗的活动范围，所以他们很难跑动甚至走动。

　　但是TTA RAPID(胫骨粗隆前移术)可通过3D Systems公司快速和精确的直接金属打印来执行，成果显著，成千上万的狗狗被成功治疗了。这个突破性植入物的成功关键源于它的复杂和敞形结构，这只能通过3D打印制作出来。植入物由钛打印制成，这个结构促进了骨骼快速向内生长，从而具有更大的稳定性和更快的复原性。狗狗们需要麻醉的时间更短，且会比之前的流程少更多感染的可能。

　　极致呈现 ProJet® 660打印逼真度假村模型

　　制作一个逼真的建筑模型总是一项艰巨的任务。3D效果图可以帮助客户理解设计的美观和功能，但没有什么比得上一个实体模型可以让客户了解的更快更全面。

　　“在过去，模型制造商需要花费几个礼拜，甚至几个月的时间来制作、雕刻和上色来得到一个逼真的模型,” WhiteClouds 公司的业务发展部副总克里?帕克说到，“今天我们使用ProJet® 660，仅花费几个小时创造出了一个逼真的全彩色的模型。”

　　WhiteClouds公司的3D打印服务处坐落在美国犹他州的奥格登市。这个最新的度假胜地的打印项目验证了全色彩3D打印可以快速并且生动地让客户准确的了

　　解到具体的项目是怎么样的。

　　“CJP彩色打印技术，图层的分辨率非常高，这可以让模型的细节非常完美，得到完整的CMYK印刷色。”WhiteClouds公司的设计师凯尔?吉福德说到。“在这个模型中，你可以看到环绕在度假村游泳池的植物和桌椅，连泳池里的瓷砖都非常精美。”

　　这个14英寸宽的模型使用ProJet 660仅花费了5小时多的时间就制作完成了。

　　3D Systems为受伤企鹅打造定制靴

　　有了全新 3D 打印鞋的帮助，非洲企鹅 Purps又可以重新走路了。

　　这只 23 岁的企鹅生活在美国康涅狄格州的 Mystic 水族馆，她在与其它企鹅扭打的时候脚踝受伤。

　　现在，她穿着灵活结实的特制靴，这让她在走路和游泳时与其他企鹅没有任何不同。

　　Purps的新靴子离不开 Mystic 中学学生、水族馆兽医和3D Systems合作伙伴 ACT 集团的帮助。

　　为了制造靴子，这些中学生们使用 3D Systems Capture 3D 扫描仪扫描现有的铸件。

　　然后，将这些数据输入到 Geomagic Sculpt进行修改和定制。

　　接着，使用3D Systems的 ProJet MJP 5500X多材料3D打印机，将靴子一整个打印出来。得到的设计作品重量很轻，比原来的铸件更耐用。

　　最初，在 Purps 受伤后，经水族馆兽医确诊，她的脚踝肌腱已失去作用。 但现在，灵活的靴子为企鹅提供了更轻松的行走方式。

　　3D扫描喀多族容器，重新认识社会生活的变迁

　　在德克萨斯州的斯蒂芬奥斯汀州立大学，区域遗产研究中心（CRHR）的研究人员正通过研究陶瓷器皿，更多地了解当地文化——喀多族（Caddo），这是位于美国东南部的美洲土著部落，过去主要居住于现在的德克萨斯州东部、路易斯安那州北部、阿肯色州南部和俄克拉何马州。

　　研究公元800年至1700年前后的喀多族器皿，最有价值的工具之一就是3D Systems的3D扫描软件。这类软件原来主要用于产品设计（Geomagic Design X）和3D检测（原Geomagic Verify，现改名Geomagic Control），而CRHR研究人员发掘了不少新用途。

　　CRHR研究助理罗伯特?Z?塞尔登博士说：“这些工具能为每个容器创建参考几何体——平面、样条曲线、向量，然后用参考点填充几何体，这对我们的工作至关重要。”（ 图：Geomagic Design X提供网格草绘功能，能围绕容器挤出圆柱体，计算偏差。这有助于定义数据库中扫描容器的各类衍生品种。 ）

　　“这些数据点随后会被导出，进行一系列的统计，帮助我们更好地了解哪些陶瓷器皿形状相似，哪些差别较大。表面上看，这似乎是一项简单的任务，但是随着扫描的容器数量不断增加，已变得极其复杂。”

　　容器在尺寸、形状、形式上存在多种演变，地理分布、装饰元素、颜料和其他属性也会随之有所差别，更深入地了解喀多陶瓷设计和（潜在）用途，随之勾勒出原住民在特定年代的生存方式。

　　过去，研究仅限于二维平面测量的数据，完整全面地重构喀多容器成为一大难题。便携式3D扫描为CRHR研究员提供了一种非侵入式的方法，数字化采集重要数据后，保存于3D数字档案中。

　　“通过此项目，我们希望数字化收集这些藏品，便于大家通过互联网访问，”塞尔登说，“这些数据可以下载，用于研究及教学。”