其中包括：从患者细胞样本打印出的肾脏、具有内置谱系的小批量部件
随着增材制造 (AM) 从原型转向大规模生产，制造商正在设置他们的瞄准圣杯——将改变游戏规则的产品和流程。许多游戏规则改变者已经在发挥作用。
Met-L-Flo 总裁 Carl Dekker（穿黑色衣服）在最近的 AMUG（增材制造用户组）会议上与潜在客户谈论 AM 提供的设计自由和零件整合。“路上有一个岔路口，”Met-L-Flo 总裁 Carl Dekker 说。 “有些人已经开始开拓。大多数人都小心翼翼地向前走，因为他们知道竞争有多激烈。我们现在在公共部门印刷了令人惊奇的东西，你可以看到。只能猜测有多少件正在开发中。”“我们在 AM 领域早期看到的一个对我们来说很明显的事情是，有很多公司非常擅长制造一次性产品，”西门子的 Ashley Eckhoff 说。 “你可以整天制作原型，因为它们的要求没有最终产品那么严格。我们看到该行业确实需要转向实际生产零件。我们开始了一个多年的学习过程，从原型到实际生产零件的旅程。我们正在获得一种高质量、可重复的过程，真正允许人们使用增材制造而不是这些一次性产品进行工业生产。”
对于产品，请考虑可广泛用于移植的增材制造器官。这个特殊的圣杯比许多人想象的更接近。
“肾脏是我们的最终目标，”Prellis Biologics 首席执行官 Melanie Matheu 说。 “这是我们的愿景——不再需要等待ng 器官捐赠清单。”
在工艺方面，快速成熟的增材制造工艺已经整合了组件、减轻了重量、降低了成本、提高了产量、减少了维护并使检查更容易。
在航空航天和国防领域，减去每个组件都会降低购买飞行率——生产最终部件所需的原材料数量。
“最终，令人惊叹的机会就在那里，”Dekker 说. “考虑零件整合和减轻重量。如果您可以移除飞机上 50% 的零件，您就可以通过整个供应链进行的检查、重新检查、管理、材料维护、要求、文档和重新认证的数量来实现惊人的成本降低... " width="" height="" />在 Dimension Inx 位于芝加哥的实验室中，联合创始人 Ramille Shah 和 Adam Jakus 讨论了即将进行的 FDA 产品许可研究。Jakus 拥有一个基于患者扫描。Shah 持有 500mL 超弹性骨骼 3D 涂料。
在 AM 中，一种新型材料 3D“涂料”与新的 3D 绘画工艺相结合，现在可以让任何基于挤压的 AM 打印机在室温下打印任何材料，Dimension Inx 首席技术官 Adam Jakus 说。
“人们谈论金属 3D 打印机、聚合物 3D 打印机等，”他说。“硬件由使用的材料定义. 这不再是 3D 绘画的情况。打印机没有什么特别之处。这一切都与 3D 绘画有关，它的成分和特性使这成为可能。”
肾脏会在里面工作
在医疗领域，Prellis Biologics 的研究人员正致力于创造肾脏原理Matheu 说，这是从患者自身细胞的活检大小样本中提取的。
国家肾脏基金会表示，超过 100,000 人平均要等待 3.6 年才能进行肾移植。对他们来说，这样的肾脏将改变他们的生活。
由于打印出的肾脏是患者体内的原生肾脏，因此这些患者无需服用免疫抑制药物或面临更高的死亡风险根据《美国医学会杂志》发表的几项研究，它来自癌症。
Prellis 首先瞄准肾脏。 “我们非常接近——三到五年”，从在大型动物身上测试实体人体器官移植作为 FDA 试验的先驱，马修说。 “对于一个通常引用器官替代品需要几十年的领域来说，这是一个巨大的进步。”
直到现在，一个挑战一直是增材制造毛细管，这种微小的直径为 10 微米，大小只有原来的十分之一一个人的她说，毛发——将氧气和其他营养物质输送到组织并清除废物的血管。
“用典型的 3D 打印方法构建毛细血管是不可能的，”马修说。 “要获得真正的人体组织，我们需要在微米级进行打印。这就是我创立这家公司的原因。我们找到了一种方法。”
Prellis 使用激光在微米级为 3D 打印创造超高分辨率，她说。
另一个挑战是时间。 “速度和分辨率之间存在权衡，”马修说。 “使用单点激光来构建器官之类的东西需要几个月的时间。这就像用沙粒盖房子。”
数以千计的光点
为了部分分离速度和分辨率，Prellis 添加了更多的激光。
“我们不是每秒使用一个激光点，而是每秒使用 150,000 个激光点，”她说。 “新选择cs 每秒投射一百万个光点。我们正在研究每秒打印 1200 万个光点的设计。”
当达到 1200 万个光点的里程碑时，Prellis 应该能够打印出一个人体大小的器官，其中包含所有必要的脉管系统大约 24 小时，她补充说。 “这是我们的最终目标。”
另一个挑战是成本。 “我们非常注重成本，”马修说。 “我们的制造过程中最昂贵的部分是生成和接种人体细胞。
“仅匹配并从捐赠者那里获得肾脏就需要大约 150,000 美元。我们最初的几个病人的移植费用可能会是它的两倍。我们的最终目标是匹配采购肾脏或肝脏进行移植的费用。我们的愿景是让人们重获新生——而不是让他们在经济上有所欠缺。”
利用自己的细胞进行移植，患者无需花费昂贵的费用（20,000 美元）/年）导致更高死于癌症风险的免疫抑制药物，她说。比现在低，她说。 “捐赠者不必放弃自己的肾脏，只需几个细胞。几乎每个人都成为器官捐献者。器官捐献者的登记处有能力通过屋顶。”
除了肾脏，Prellis 正在致力于打印小肝脏（肝脏不需要全尺寸来完成它的工作）和胰岛，也称为朗格汉斯，是胰腺中产生胰岛素的特殊细胞。 Matheu 说：“患者可能是他们自己的细胞供体，这些细胞可以开始产生胰岛素。”
Prellis 还利用其速度、分辨率和能力来创建真正的 3D 组织，以帮助测试药物和药物的研究人员其他产品，她说。
“标准 r研究实验室或制药实验室无法使用高端 3D 打印技术，”她补充道。 “其他实验室也很慢，可能需要四天才能搞定。我们可以在 30 分钟内打印出来。”
使用其他技术，这种组织支架的尺寸限制为 200 微米，Matheu 说。比那个大，氧气就不会扩散。
她说，通过使用允许氧气扩散的血管支架，Prellis 可以构建最大 2 毫米的组织支架——尺寸的 300 倍。研究人员可以测试数百万个细胞，而不是研究 300 或 400 个细胞。 Prellis 还能够以真正的 3D 方式创建这些组织支架。
这些进步意味着药物试验将产生更准确、更可靠的结果，Matheu 补充道。
Muscle-.一台打印机打印骨型组织
Jakus 说，Dimension Inx 的 3D-Paint 经过精心设计，可以轻松组合材料并在任何基于挤压的 AM 打印机上打印。
“来自一种从技术角度来看，这些材料是油漆——悬浮在带有粘合剂的溶剂中的颗粒，”他说。 “这一切都与涂料及其成分和特性有关，使这成为可能。”
Dimension Inx 致力于生物医学领域的复杂组织和器官工程，以及能源和先进结构，创造了数百个 3D-与在室温下使用增材制造挤出工艺兼容的涂料材料——无需粉末床、树脂浴、交联、固化、加热、冷却或干燥。
许多现有的增材制造打印机兼容Dimension Inx 的 3D-Paint。
“我们可以在同一台机器上打印肌肉型组织和骨骼型组织，”Jakus 说。 “我们的技术让我们可以利用人们用于生物打印的东西，并能够打印金属、陶瓷和其他任何东西。这就像在二维打印机上加载彩色打印机墨盒一样简单。如果要打印红色，请确保红色是 l加载。如果你想打印骨头，你就加载骨头。”
Dimension Inx 的一种材料是“薄纸”，主要由脱细胞组织和器官组成，其中包含生物组织固有的化学和结构生物学线索它们的来源，例如肾脏、肝脏、心脏和子宫。
Dimension Inx 可以将多种类型的组织（例如骨骼、肌肉和肌腱）组合成一种更类似于体内自然发生的组织的材料人体，首席科学官 Ramille N. Shah 说。她和 Jakus 共同创立了这家公司。
Shah 说，Dimension Inx 很早就专注于所谓的超弹性骨，因为骨是组织工程中研究时间最长的组织。 Dimension 希望在今年年底前获得 FDA 的批准。
“我们已经超越了原型，现在正处于扩展和降低成本的过程中，”她说。 “很多都是由市场决定的——骨植入物和骨移植物有明确的市场。”
医疗领域最大的市场需求。以及获得 FDA 批准的最简单途径。 Shah 说，适用于现成的产品。
例如，外科医生可以获得标准形状的现成超弹性骨骼，然后轻松修剪和定制该骨骼以满足个人需求患者的骨缺损或空洞，她说。 “这是外科医生最喜欢的——能够在手术室中塑造超弹性骨骼。”
解决了腭裂问题
另一种需要 AM 骨骼的是患有腭裂的儿童.
Jakus 说，虽然尸体骨头被用于这种手术和类似的成人手术，但儿童还没有形成强大的免疫系统来应对将别人的骨头放入自己体内所产生的副作用。虽然在某些情况下，外科医生可以使用患者自己的骨头来填补骨空洞，但这种手术会导致更多的疼痛和更长的恢复时间.
但标准合成材料，如常用的陶瓷颗粒和腻子，并不总是可靠地保持在原位，他说。
Dimension Inx 可以使用 3D 绘画来创建稍大一点的上颚植入物，使外科医生能够更好地将植入物安装到位。
Jakus 说，该公司还拥有许多用于骨科、肝脏、肾脏甚至用于心脏应用的“3D 石墨烯”的更复杂材料.
20 个组件现在可以是 1 个
要清楚地看到即将发生的事情，当然经常需要检查最近的成功。
1 月GE Aviation 位于阿拉巴马州奥本的工厂现在拥有 40 台 3D 打印机，使用增材制造为 LEAP 喷气发动机制造了第 30,000 个燃料喷嘴头，GE Additive AddWorks 总经理 Chris Schuppe 说。
到达那里并不容易：GE 在 2000 年代后期开始制作燃料喷嘴原型。 2015年生产出第一个喷嘴头，开始量产2016 年生产。
他说，使用增材制造可减少浪费、减轻重量并缩短燃料喷嘴尖端的制造时间，但拒绝透露更多具体信息。
Schuppe 说，传统制造的燃料喷嘴由 20 个不同的部件组成，所有这些部件都必须承受非常冷的燃料被喷射到高达 1,400 华氏度的环境中，然后加热到远超过 3,000 度。
将喷嘴部件的数量从 20 个离散部件减少到一个是巨大的，因为每个部件和部件聚集在一起的每个地方都是出现问题或故障的机会，他说。如果任何一个零件出现故障，整个喷嘴都会出现故障。
“就零件的公差和压力而言，这是一个非常具有挑战性的环境，”Schuppe 说。 “通常情况下，所有 20 件都经过焊接和支撑以装配在一起。所有这些焊缝都会产生缺陷、应力和其他问题。现在我们已经从一个 20 件式组件变成了一个对公差和一致性进行更精细控制的单件组件。”
使用添加剂制造喷嘴使 GE 能够减轻 25% 的重量。
这种重量减轻产生了乘数效应。
“如果您用 12 磅的材料制造 1 磅的零件，而您得到 3/4 磅的零件，那么您只是减少了原材料的数量和该部分在其他系统上的权重，”Dekker 说。
至于节省金钱，通常构建一个部分的费用加起来比实际部分高得多，他说。
“你听说过价值 400 美元的锤子——你是对的 [that] 没有锤子应该那么贵——但是为了确保锤子是用正确的天然矿物制造的要求，例如，从正确的采矿地点可以增加大量的文书工作和障碍，这证明了成本是合理的，”Dekker 说。 “你必须知道所有的材料和合作组件都经过了正确的认证。”
额外的节省和效率的提高来自于减少制造复杂零件所需的工具，他说。
“在采用增材制造之前，您可能已经制作大量工具来生产零件的几何形状。可能到了有人看了产品然后说，“我们无法报价，因为所需的工具数量太多了。”买家将不得不去找制造原件的人部分。现在您有机会制造以前不可行的替换零件。”
具有内置谱系的小批量零件
军方越来越需要生产低-以验证零件是否符合规格的能力可以嵌入零件本身的方式来批量零件。
增材制造使这成为可能，Dekker 说。
“我们不想要我们的 warfig那些使用未经批准的产品的人可能会冒着生命危险，”他补充说。
从燃料喷嘴中吸取的教训可以应用于更大的结构，Schuppe 说。
“我们在像燃料喷嘴这样小的东西上所做的同样的事情，关于流体混合和控制，也适用于更大的结构，如火箭发动机，”他说。 “我们看到了通往更大机器、更大应用程序的道路。最终，您可以打印整个发动机或其他主要系统。”
在能源领域，越小越好
在能源领域，一个痛点是高成本Schuppe 说，他正在维修风力涡轮机。
“叶片长度超过 100 米，”他说。 “因为它们太大了，你必须租用起重机或带起重机的船来更换零件。起重机每天的租金为 250,000 美元。如果他们可以通过使用增材制造将热交换器缩小 20%，那么它就可以从从起重机维护到塔架维护。”
西门子正在使用 AM 和生成式设计——使用计算机模拟、物联网和产品生命周期监控来创建数百种潜在设计——在能源领域创造创新产品，John Nixon Siemens PLM Software 总监，他说。
除了独特和创新之外，由此产生的衍生设计通常很复杂，难以使用标准制造流程进行生产。
他补充说：“增材制造允许您制造使用旧制造方法无法制造的非常复杂的零件和系统。”
一个例子是用于发电的燃烧器。
Siemens Eckhoff 说，智能燃烧器制造（它称之为 i-BuMa）将 13 部分系统减少并简化为一个打印部分。
重要的是，该过程还将重量减轻了 22%，并缩短了交货时间26 周到 3 周，他补充道。
“它不是经过机械加工和焊接，而是单件印刷，我们能够比旧产品更快地将其投入现场，”他说。
分布式微型 AM 工厂受到青睐
Nixon 说，能源领域的一个圣杯也可以应用于其他领域，是分散在世界各地的微型增材制造工厂，用于分布式制造。
“想想所有的分布式资产广阔的地理区域——这对下游石油和天然气来说是一个巨大的问题，”他说。
“与其让一个大工厂配备每件设备来将库存运送到全球各地，不如让你拥有两台打印机和与他们一起靠近零件交付点的相关设备。”
