不只是Maker的玩具還能救你的命,3D列印在醫療以及建築上有哪些用途?

個人醫療用途潛力無窮

雖然相關的法規設置還不算非常完善,但是3D列印的相關技術仍持續發展,過去只用於製造業、大型工業用途的3D列印,如今也開始影響個人,並走入工作室、小型企業,發展出多種用途。

無須再等待器官捐贈移植

臺灣醫療發達,健保制度也照顧到不少人,不過仍然有患者還是無法早日痊癒,等待器官捐贈的病人就是這麼一群人,而器官捐贈衍生的相關醫療糾紛也時有所聞,而3D列印的技術或許可以解決這個難題。3D生物醫療列印用的是類似於「器官培養」的概念,印表機噴射出的物質是生物的細胞液,以及當作細胞液支架的水凝膠,方便細胞液固定。

讓組織的生存時間拉長是關鍵

雖然講起來簡單,但是生物器官培養還有複雜的血管問題,畢竟器官需要有氧氣及血液才能生存下去,美國的生物科技公司Organovo就克服了血管的問題,成功「印」出一個健康的肝臟,並存活了5天,外型雖然比正常的肝臟小了許多,不過功能類似。而Organovo說他們目前只會用在醫療及藥物研究,是否真的能移植到人體上,還需要經過政府的審查,不過倒是可以期待未來器官捐贈可以用自己的細胞製作了!

3D列印皮膚有望拯救燒傷患者

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除了列印肝臟,
Organovo也和化妝品公司L'Oréal合作,研發3D列印的皮膚,藉由複製人類表皮細胞的細胞結構,以更快速、更方便的方式產生皮膚,並可望將此人造皮膚用於化妝品測試和燒傷等醫療用途。(圖片來源:Organovo, PSFK)

 

工業製造過程更環保、成本更低

雖然3D列印慢慢走入社會的各個層面,但是影響最大、發展最快速的還是在製造業,
究竟為什麼3D列印會從製造業發展出來呢?又怎麼影響各個產業?

積層製造快速成型又環保

3D列印最一開始其實和積層製造(additive manufacturing,又名增量製造)幾乎劃上等號,傳統製造方法是將材料經過各式各樣的加工,成為所需要的零件,通常加工後的原料佔原材料70~80%,等於只有20~30%的原材料,材料的使用率偏低。而積層製造是將材料逐層堆疊,成為零組件甚至是成品,不需組裝。需要加工的部分頂多約10%,不僅材料利用高、省下成本,也更環保。

技術成熟可做出零組件

最一開始3D列印(積層製造)是用在初步的模型組裝,方便工程師修改設計,但漸漸發展到可以組裝成零件,用在許多機器上,舉例來說,美國通用電氣公司(GE)使用3D印表機,製造出噴射引擎的燃料噴嘴內部零件,而知名的波音公司有超過2萬2000件零件是用3D印表機製作,並已經用在民用飛機以及軍機上,法國空中巴士公司的願景是到了2050年,一整架飛機都可以由3D列印的零件組裝而成,也許在未來你就會坐上這麼一架飛機也不一定。

小型創業團隊也受惠

除了大型製造業,許多小型創業者也受惠於3D列印,在創業初期並沒有龐大的資金時,利用電腦先行設計產品模型,再利用3D印表機印出模型,接著進行討論及修改設
計,3D列印省去了請工廠開模的成本,畢竟一次開模可能就需要生產好幾個半成品,小型創業者可能無力負擔這麼高的成本,若半成品效果不佳,還需要做好幾次的修改及多次開模,現在有3D列印完全不用煩惱。

 

坐上一架由3D列印製作的飛機

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空中巴士的競爭對手之一波音公司,
也運用了許多3D列印元件在自家飛機上,甚至為這些技術及零件申請了專利,估計會對採用類似技術的公司產生影響。(圖片來源:波音公司專利文件)
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空中巴士的機型非常多,
目前已經有A350系列的三個機型有採用3D列印製成的元件,未來計畫整機的零組件都是由3D印表機製成。(圖片來源:空中巴士官網)

政府藉由相關技術興建公共建設

除了飛機,其實現在還有廠商嘗試利用3D列印技術,蓋房子和橋樑,連政府都紛紛和廠商合作,計畫大型的建案,甚至成立各種3D列印相關的研究中心,希望自家的3D列印技術可以發展到最高峰。

荷蘭將建造鋼鐵大橋

低地國荷蘭河川交錯密佈,橋樑是十分重要的建設,而當地的公司MX3D研究公司就負責設計開發,再交由Heijmans來負責完成,政府在中間過程也參與決策,和公司共同商量要將橋樑放置於何地,計畫在今年9月開工、2017年完工,這個「建案」將會是科技業中最大的列印建案,但風險其實蠻高的,究竟是否會成功呢?就端看公司的技術還有政府的協助。

杜拜政府要蓋辦公室

荷蘭橋樑案是由私人企業主導,而發展一樣很快速的杜拜,在政府及中國建商的合作下,計畫利用3D列印技術建造一棟辦公建築,雖然只有一層樓,但是佔地面積達185平方公尺(大約55坪),而且內部的家具都會使用3D列印技術建置,和中國蘇州在年初建立的3D列印建築一樣,估計又會引起一陣觀賞風潮。

臺灣多代理外國技術及軟體

可以看到荷蘭、杜拜、中國都出現類似的3D建物,而南韓政府也在公共場所展示3D列印技術,教育民眾,美國投入了大量的經費到相關的研究所,支持3D列印的發展,臺灣又是怎麼樣呢?根據政府的統計資料,國內不管是上游設計、中游設備材料、下游服務提供,仍是以代理國外商品為主,即使在2008年後,過去長期掌握3D列印技術的兩家廠商Stratasys和3D System,因為專利到期不得不釋出技術,國內的技術發展還是相對緩慢,不過相信在工研院以及各個製造商的合作下,應該會逐漸進步。

特製的鋼鐵材料建成橋樑

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荷蘭正計畫建造可以橫跨運河的橋樑,
若成功可望應用到多個地區。(圖片來源:MX3D)

 

 

 

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