美军3D打印口罩意味着什么？美军3D打印口罩事件始末( 三 )
3D打印机已经被广泛应用于教育和创造创新物品 。 同时 ， 它们也逐渐成为科学实验室的标准设备 。 研究人员可以使用它们来替换损坏的仪器部件 ， 构建定制的样品架 ， 或构建从生物分子到含油岩石的所有物件的建模 。 临床医生可以利用3D打印技术 ， 创建植入物和教学模型 。
3D打印有多种方式 ， 最普遍的一种是熔丝成型（fused-filament fabrication, FFF） ， 也称为熔融沉积建模 。 熔丝成型是一种将各种热熔型的丝状材料加热融化 ， 通过喷嘴喷出 ， 一次形成一层的3D打印技术 。 相比之下 ， 较老的立体光刻印刷机使用液体光活化树脂罐 ， 其通过激光硬化成精确的形状 。 相比于立体光刻打印技术 ， FFF技术更适合用于打印对细节要求不高的物体 ， 但使用更简单 ， 成本更低廉 。
商业FFF打印机的价格在数百到数千美金之间 。 研究人员也可以使用开源RepRap项目中的套件或设计自行构建硬件 ， 成本只需几百美元 。
3D打印并不是什么新鲜玩意儿：自20世纪80年代以来 ， 立体平版打印机就已经存在 。 但价格下跌让3D打印日渐走进各个实验室 。 以下是研究人员利用3D打印的四种方式 。
1. 打印设备零部件
英国巴斯大学（University of Bath）的物理学家Julian Stirling所在的团队利用3D打印技术 ， 构建光学显微镜的塑料部件 。 他们希望能在坦桑尼亚搭建显微镜平台 ， 用于寻找血液中的寄生虫 ， 从而实现疟疾的诊断 。 Stirling表示 ， 坦桑尼亚当地缺乏光学显微镜方面的专业人才 ， 并且也缺乏生产显微镜部件的供应商 ， 但进口零部件既昂贵又耗时 。 通过3D打印零件 ， 当地医生和科学家可以更快、更便宜地修复显微镜 。 他还补充指出 ， 坦桑尼亚的一家当地公司甚至用废弃的电子产品和其它当地材料 ， 自己搭建了一台FFF打印机 。
包括Thingiverse和MyMiniFactory在内的多个网站为科学家了可打印组件计算机模型的论坛 。 但根据Stirling的经验 ， 这些网站上的模型通常是不完整的 ， 缺少特定项目的文档或修改设计的关键文件 。 因此 ， 他的团队使用名为OpenSCAD的开源编程语言从头开始创建模型 。 除相机、电机和镜头外 ， 显微镜的其它部分都可以用3D打印技术来制造 。
Stirling指出 ， 3D打印的一个问题是很容易出错 。 但由于该技术速度快且价格低廉 ， 因此迭代设计很简单 。 Stirling认为 ， 经验只能通过反复试验来获得 。
反复的实践教会Stirling ， 在实验室中使用3D打印机与在现场使用3D打印机之间存在很大差异 。 在气候潮湿的坦桑尼亚 ， 3D打印塑料丝通常比在气候受控的实验室里要难得多 ， 因为湿度会影响塑料丝 ， 从而导致打印失败 。 此外 ， 停电也时常发生 ， 只有部分打印机可以在恢复供电后继续打印半成品 。 Stirling表示 ， 控制气候是不可能的 ， 但可以通过使用不间断电源来确保打印工作能够完成 。
2. 打印器官
纽约罗彻斯特大学医学中心（University of Rochester Medical Center）的泌尿外科医生Ahmed Ghazi使用3D打印技术打印了非功能性人体器官 ， 外科医生可以用它来练习机器人辅助手术 。 相对简单的手术 ， 例如移除脾脏 ， 几乎不需要这种练习 。 但是更复杂的手术 ， 例如切除肿瘤 ， 就需要医生进行反复训练 。 正如Ghazi所说 ， 肿瘤不在教科书中 。
Ghazi首先对患者组织进行3D计算机辅助断层扫描 ， 然后将数据输入比利时Materialise公司的商业医学建模软件Mimics ， 以及加州Autodesk公司的免费工具Meshmixer中 ， 以此创建3D模型 。 然后 ， 他使用FFF打印机将这些模型打印为空心塑料模具 ， 随后植入连接到假血泵的血管复制品 ， 并在模具中注入水凝胶 ， 最终凝固成具有器官一样刚度的物体 。 由此产生的器官模型足够逼真 ， 外科医生可以在能观察出血等现实后果的情况下练习手术 。
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