洞察：3D打印技術(shù)的大批量生產(chǎn)應(yīng)用，正在加速

導(dǎo)讀：在南極熊發(fā)布的《2020年全球3D打印融資事件盤(pán)點(diǎn)，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(gè)重要原因可能是，新冠的流行，加速了3D打印技術(shù)的批量化生產(chǎn)應(yīng)用，甚至提前了5年到10年。無(wú)論是高效率光固化3D打印技術(shù)在抗擊新冠病毒疫情時(shí)起到的巨大作用（詳細(xì)案例請(qǐng)看“3D打印抗擊新冠病毒”專(zhuān)欄http://www.withyoor.com/forum-230-1.html），還是多激光大尺寸金屬3D打印機(jī)受到高端制造業(yè)的青睞（詳情請(qǐng)看《小趨勢(shì)：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://www.withyoor.com/thread-139190-1-1.html），似乎都在向我們提示——3D打印批量生產(chǎn)應(yīng)用的時(shí)代正在到來(lái)。

△3D打印呼吸機(jī)氣閥

△光固化3D打印鼻咽拭子，一盤(pán)可生產(chǎn)上百個(gè)

下面，我們將以3D打印鼻咽拭子的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，來(lái)洞察這種趨勢(shì)。

背景

在Covid-19檢測(cè)時(shí)，舒適感并不是首要考慮因素。不少人看到鼻咽拭子檢測(cè)，都感覺(jué)怕怕的。南極熊在北京接受過(guò)鼻咽拭子檢測(cè)，醫(yī)護(hù)人員用一根細(xì)細(xì)的棉簽快速推到鼻腔的遠(yuǎn)處，還攪拌三四圈，感覺(jué)十分酸爽！

現(xiàn)在到了2020年的尾聲，中國(guó)國(guó)內(nèi)的Covid-19已經(jīng)被有效控制，但放眼全球，國(guó)外的病例數(shù)仍在增加，檢測(cè)設(shè)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(guó)，其他國(guó)家的測(cè)試拭子的供應(yīng)仍然緊張。

△Ziggzagg制造的3D打印拭子進(jìn)行鼻咽拭子檢測(cè)

中國(guó)是全球的制造業(yè)大國(guó)，面對(duì)新冠疫情，一開(kāi)始都物資缺乏。而國(guó)外很多國(guó)家，其制造業(yè)早已空心化，物資缺乏的程度更是嚴(yán)禁。在2020年證明最有效的供應(yīng)鏈應(yīng)對(duì)措施中，3D打印一直在滿(mǎn)足對(duì)快速制造的需求。這包括大量個(gè)人防護(hù)設(shè)備（PPE）的生產(chǎn)，和諸如NP拭子之類(lèi)的檢測(cè)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(shù)在抗擊新冠疫情的作用。

2020年3月，惠普（HP）作為增材制造（3D打印）行業(yè)公司的一員，將技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樯�產(chǎn)疫情物資產(chǎn)品�；萜昭杆僬{(diào)整了許多業(yè)務(wù)，并與貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心（BIDMC）合作開(kāi)發(fā)了3D打印NP拭子，并短期內(nèi)進(jìn)行了臨床驗(yàn)證。只需48小時(shí)，就開(kāi)始評(píng)估第一批原型拭子。從最初接觸到最終拭子的交付，僅過(guò)了35天。

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

比利時(shí)政府批準(zhǔn)了ZiggZagg，立即開(kāi)始3D打印NP拭子用于比利時(shí)醫(yī)院。到10月為止，ZiggZagg對(duì)美國(guó)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了略微修改，例如在斷點(diǎn)上相差幾毫米，僅比利時(shí)市場(chǎng)就生產(chǎn)了700,000支拭子。為了做出最好的拭子，ZiggZagg團(tuán)隊(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)，包括對(duì)每個(gè)拭子進(jìn)行單獨(dú)包裝和滅菌，而不是普通的的五到十個(gè)拭子散裝�！拔覀儚囊婚_(kāi)始就選擇了困難的路線(xiàn)，” Paridaens承認(rèn)，因?yàn)椤跋�毒使生產(chǎn)工藝變得復(fù)雜了十倍�！�

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

后處理得到更好的3D打印NP拭子

ZiggZagg與英國(guó)的Additive Manufacturing Technologies（AMT，全球3D打印后處理領(lǐng)導(dǎo)廠商之一）有過(guò)合作，交流用于3D打印零件后處理的工業(yè)自動(dòng)化化學(xué)蒸汽平滑產(chǎn)品。這樣一來(lái)就很自然地考慮到用這個(gè)技術(shù)，來(lái)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(jī)中取出的零件具有多孔且相對(duì)粗糙的表面。直接使用的話(huà)，接受檢測(cè)的人可能會(huì)感到不安。更光滑的表面光潔度可以減輕對(duì)舒適性的擔(dān)憂(yōu)，同時(shí)可以幫助拭子更好收集準(zhǔn)確測(cè)試所需的樣品。

△左為剛出爐的拭子；右為經(jīng)過(guò)自動(dòng)化學(xué)蒸汽平滑處理后的拭子

經(jīng)過(guò)對(duì)比，他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)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(dòng)化批處理技術(shù)方案顯得更為重要。

△經(jīng)過(guò)化學(xué)蒸汽平滑，并準(zhǔn)備包裝的3D打印拭子

在此之前，多數(shù)時(shí)候，3D打印技術(shù)通常是用于原型制作，很少用于批量生產(chǎn)。有專(zhuān)家認(rèn)為，今年新冠的大流行，讓3D打印走向批量生產(chǎn)的應(yīng)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(duì)于3D打印行業(yè)來(lái)說(shuō)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(rèn)證都很?chē)?yán)格的醫(yī)療領(lǐng)域中。

Paridaens認(rèn)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(méi)有了新冠，每月3D打印生產(chǎn)的醫(yī)療產(chǎn)品也將達(dá)上百萬(wàn)件。

英國(guó)拋出760萬(wàn)件防護(hù)面罩的3D打印訂單，Photocentric本地化制造

2020年6月，3D打印機(jī)和材料制造商Photocentric，獲得英國(guó)政府的重大合同，在六個(gè)月內(nèi)生產(chǎn)超過(guò)760萬(wàn)個(gè)3D打印防護(hù)面罩。

這家位于英國(guó)的公司，利用其專(zhuān)利3D打印技術(shù)每月生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)件個(gè)人防護(hù)用品，支持一線(xiàn)NHS衛(wèi)生工作者。能夠在如此短的時(shí)間內(nèi)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(shù)的優(yōu)勢(shì)。除了展示速度和適應(yīng)性外，這份量產(chǎn)合同還表明，3D打印塑料部件的生產(chǎn)價(jià)格可以與傳統(tǒng)制造工藝競(jìng)爭(zhēng)。3D打印不再只在緩慢、昂貴的原型設(shè)計(jì)應(yīng)用中，而是可以每天生產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)個(gè)零件。

△成立于2002年的Photocentric公司，主營(yíng)是生產(chǎn)感光樹(shù)脂，并使用可見(jiàn)光固化工藝，來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品，應(yīng)用范圍從工業(yè)到牙科和塑像行業(yè)。在牙科領(lǐng)域，特別是矯形器的制造方面，他們的LC Magna打印機(jī)，讓正畸醫(yī)生能夠以具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本、速度和規(guī)模批量生產(chǎn)患者的牙套。

另外，這個(gè)大合同，它證明了PPE不再需要從國(guó)外運(yùn)來(lái)，英國(guó)的本土制造商可以更快地提供零件，而且價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力。借助這種本土化的制造技術(shù)，英國(guó)希望可以減少對(duì)海外生產(chǎn)的依賴(lài)，并在本地制造零件，在需要的時(shí)候以有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

PrintParts向紐約交付100萬(wàn)3D打印根鼻咽拭子

2020年9月，3D打印服務(wù)提供商PrintParts與自動(dòng)化后處理開(kāi)發(fā)商PostProcess Technologies合作，在美國(guó)紐約市（NYC）快速生產(chǎn)了100萬(wàn)根COVID-19鼻咽拭子。

△3D打印的鼻咽拭子

PrintParts發(fā)現(xiàn)紐約對(duì)NP檢測(cè)拭子的需求越來(lái)越大，與紐約市的有關(guān)部門(mén)合作，并迅速擴(kuò)大其打印能力，以滿(mǎn)足檢測(cè)需求，在曼哈頓開(kāi)設(shè)了一個(gè)新的符合ISO 13485標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室，并建立了專(zhuān)門(mén)的供應(yīng)鏈，盡快地大規(guī)模生產(chǎn)。

Northwell Health 日產(chǎn)5000個(gè)3D打印棉簽（鼻咽拭子）
2020年4月份，Northwell Health公司的3D設(shè)計(jì)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(zhǎng)島和韋斯特切斯特的醫(yī)院訂購(gòu)的拭子訂單中的25%左右。

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

與Northwell Health合作的3D打印機(jī)廠商Formlabs公司也已經(jīng)開(kāi)始在其位于俄亥俄州的樹(shù)脂廠生產(chǎn)拭子，工廠內(nèi)有200臺(tái)打印機(jī)，從地板到天花板堆放在機(jī)架上。正在生產(chǎn) "數(shù)萬(wàn)個(gè) "拭子，但計(jì)劃增加到每天10萬(wàn)個(gè)。到目前為止，他們已經(jīng)向醫(yī)院系統(tǒng)和政府機(jī)構(gòu)銷(xiāo)售了約5萬(wàn)支棉簽。

為什么是鼻咽拭子？

首先，當(dāng)然是疫情之下的物資緊缺，即便傳統(tǒng)常規(guī)制造方式開(kāi)足馬力生產(chǎn)也無(wú)法滿(mǎn)足需求，這時(shí)候作為“萬(wàn)能制造設(shè)備”的3D打印機(jī)承擔(dān)起增量生產(chǎn)的重任，人們只需要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)在電腦上設(shè)計(jì)出鼻咽拭子的3D模型，3D打印機(jī)就能將其制造出來(lái)。而且，3D模型一旦在網(wǎng)絡(luò)上共享后，全球擁有相應(yīng)3D打印機(jī)的用戶(hù)都可以生產(chǎn)。
其次，鼻咽拭子的結(jié)構(gòu)是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，這就為單次小批量生產(chǎn)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，通過(guò)垂直緊密的排版，一版可以生產(chǎn)幾百個(gè)鼻咽拭子，100臺(tái)設(shè)備一次就可以生產(chǎn)幾萬(wàn)個(gè)。

什么樣的產(chǎn)品適合3D打印批量生產(chǎn)？

① 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，擁有很多鏤空結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)工藝很難做甚至做不出來(lái)（比如創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的鞋底）；
② 每個(gè)件都略有不同，都是個(gè)性化的（比如牙模）；
③ 每個(gè)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(yīng)用

很有價(jià)值的洞察