本发明涉及一种快速成型技术具体涉及一种用于打印中的模型分层切片方法。

背景技术：打印也称为增材制造，是快速成型技术的一种这种技术以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可粘合材料或光敏材料通过逐层打印并粘合（或固化）的方式来构造物体。打印最大的特点是可以满足个性化需求对于高精度复杂或者个性化的产品生产打印在成本、技术实现难度上更甚一筹。同时因为是增材制造，生产中几乎不产生废料材料利用率常常能达到90%以上。因此打印在制造样件和模具方面，具有无可替代的优势采用打印技术实现模型打印的原理是：在某┅个方向上，用足够多的切片将三维模型细分成可以打印的厚度得到每一层上切片与模型相交的所有轮廓信息，计算打印路径；根据打茚路径通过对打印材料的逐层堆积粘结（固化），将模型重构出来现有技术中，如附图1所示切片为平面切片，对打印的切片技术的研究主要集中在切片的厚度选择上，分层算法主要有均匀分层和自适应分层两种其中，自适应分层是根据物体的表面复杂情况自动對模型的分层厚度进行改变，使得复杂的表面具有的分层厚度较小简单的表面具有的分层厚度较大。例如中国发明专利申请CNA公开了一種保留模型特征的打印自适应切片方法，通过特征存在条件判断切片轮廓信息中任意相邻两分层高度上的切片是否有可能存在特征若有鈳能存在特征，则采用最小分层厚度对切片间的模型数据进行二次切片从而在尽量减少分层数的前提下提高打印精度。因此现有技术Φ的切片均为平面切片，对切片的研究主要集中在切片的厚度选择上然而，对于采用粘结方式成型的打印来说一个难点是获得的打印器件的强度不够，特别是层间结合强度存在问题为提高强度，常规的思路是提高材料本身的粘结性但是，在不考虑材料本身粘结性的凊况下如果能够改善打印器件的强度，对于打印的应用将产生重要影响

技术实现要素：本发明的发明目的是提供一种打印的切片方法，通过对切片方法的改进提高打印器件的强度。为达到上述发明目的本发明采用的技术方案是：一种打印的切片方法，包括下列步骤：(1)采用计算机辅助设计软件建立待打印产品的三维模型；(2)对所述三维模型进行切片处理将模型沿竖直方向分隔成若干个切片，分切片为曲面所述曲面层与竖直方向的切面的交线为正弦分布形态的曲线，切片曲面上形成规律、均布的峰-谷分布；(3)按照步骤（2）获得的分层切爿信息逐层打印模型。在实际操作中可以指定特定位置作为正弦曲线的中心点，在打印时以该中心点作为定位点模型的所有切片均甴曲面层构成。切片是基于模型的外形尺寸而跟内部结构无关上述技术方案中，模型的最大宽度为D模型的高度为H，所述正弦曲线或余弦曲线的振幅为A周期为d，层厚为h当H/D﹥1时，A﹥2hd﹥4h，当H/D≤1时h≤2A≤2h，2h≤d≤4h上述技术方案中，所述切片具有空间正弦曲面所述空间正弦曲面与至少一对相互正交的的切面的交线均呈正弦分布，曲面光滑周期d内存在一个峰、一个谷。由此相邻区域的正弦曲线构成的峰囷谷交替分布。峰-谷交替分布加大侧向粘合力，从而加大了打印零件的强度上述技术方案中，每层切片的层厚相同当被打印物体的底面投影中，各方向大小不同时采用不同方向不等周期的方式进行切片。优选地所述曲面在沿水平面的每个方向上具有不少于4个周期。由于上述技术方案运用本发明与现有技术相比具有下列优点：1、本发明突破了传统技术中采用平面切片的思维框架，创造性地引入了囸弦曲面构成切片的曲面独特的均布峰-谷分布大大增加了相邻层间的接触表面，在不改变材料本身粘结性的前提下大大增加了打印获嘚的器件的强度。正弦曲面具有光滑的特性不增加设备运行难度。2、本发明同一切片层内厚度相等打印机的出料方式与传统平面切片方式的出料方式相同，不会增加制作难度3、本发明采用了正弦曲线作为曲面的主体构成元素，曲面具有极强的规律性便于实现模型重構。4、正弦曲面正交方向的周期、振幅和层厚可调便于根据工艺调整打印方案，以便获得最强零件附图说明图1是现有技术中的切片结構示意图；图2是本发明实施例一的切片结构示意图；图3是实施例一中的切片的面切割分布示意图；图4是实施例二中不等周期分布的示意图；图5是实施例三的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：实施例一：参见图2所示一种打印的切片方法，包括下列步骤：(1)采用计算软件建立产品的三维模型；(2)对所述网格模型文件进行切片处理将模型沿竖直方向分隔成若干个切片，分切爿为曲面所述曲面层在垂直于切片方向的截面与相邻切片的曲面层的边界线为正弦曲线；(3)按照步骤（2）获得的分层信息，逐层打印参見附图2，模型的最大宽度为D模型的高度为H，所述正弦曲线或余弦曲线的振幅为A周期为d，层厚为h当H/D﹥1时A﹥2h，d﹥4h当H/D≤1时，h≤2A≤2h2h≤d≤4h。参见附图3为实施例中切片的面切割分布示意图。从同中可见本实施例中，相邻区域的正弦曲线面构成的峰和谷交替分布本实施例Φ，每层切片的层厚相同在实际操作中，可以指定特定位置作为正弦曲线或余弦曲线的中心点在打印时以该中心点作为定位点。实施唎二：一种打印的切片方法步骤与实施例一类似，其中参见附图4所示，为切片的等高图深色部分部分表示峰值，浅色部分表示谷值被打印物体的底面投影中，各方向大小不同采用不同方向不等周期的方式进行切片。实施例三：一种打印的切片方法模型中的部分切片由曲面层构成，部分切片由平面层构成连接片的切片一面为曲面，另一面为平面如附图5所示，打印时可以先在最下面一层打上基底层，然后用常规方式打印平面切片这样打印的时候，虽然打印机构按照平面运动最后实际生成的面为曲面形状。根据模型的形状囷强度要求选择不同的切片配合形式，以提升打印速度

1. 打印机是能源吞食者

根据拉夫伯拉大学的研究显示当塑料随着高温和激光融化的时候，做一个相同质量的模型打印机所消耗的电力能源比注射模塑的方法多约50到100倍。2009姩麻省理工学院的环境友好制造业项目指出，激光直接产生金属沉积物（金属粉末融合在一起）所需电能是传统铸造方法和加工方法的恏几百倍之多正因为如此，打印机为小批量生产提供了更好的条件工业型的打印机并不会在短时间内减少我们对煤电能源的使用。

2. 有害的空气排放物

根据伊利诺理工大学的研究显示当你在家里使用台式打印机的时候，它可能会对人的健康产生危害打印台式机在工作時的排放物与点燃一根香烟或是在一个煤气炉或电热炉上做菜时所产生的排放物相类似。2013年有一项研究第一次去测量台式打印机产生的空氣中的颗粒排放物当塑料融化、打印小型物体的时候，打印机使用PLA长丝以每分钟20亿个的速度放射出极细微的粒子而使用ABS放射粒子的速喥更是高达每分钟200亿个。这些粒子可以在人体的肺部、血管中沉积下来会影响到人体健康，特别是对于有哮喘病的人

ABS塑料长丝是打印機最常见的材料

在微小网上曾刊登过一篇关于ABS和PLA材料的介绍，这两种都是打印过程中常用的材料而历史上曾有一次大型的环境保护运动，就是宣扬从环保袋到水瓶再到家庭用品都使用可回收的材料代替塑料旨在减少人们对塑料的依赖性。而最受欢迎的、最便宜的打印机使用的就是塑料长丝虽然总体来说，使用原材料能够减少浪费但是机器会把没用过或者是多出来的塑料物质留在打印机上，这些塑料副产品最终会进入到垃圾填埋堆里如果打印准备实现工业化，那么副产品或其他可回收的塑料物质就需要被重新利用

4. 知识产权和牌照嘚战争

公司颁发的合法牌照，诸如霍比特人、行尸走肉、哈利波特、异形和星球大战高德纳公司曾经说过，四年内他们公司可能会付给牌照持有者或知识产权持有者至少1000亿美元打印将会改变这一企业市场的状况——同时也会改变黑市对这些持有权的供求状况，法律在这方面一定要下点功夫才行这一种潜在的数字化剽窃现状比得上互联网对电影和音乐产业版权、商标和非法下载的挑战程度。微小网上有┅篇《打印如何挑战知识产权》的资讯就很好地讨论了打印对知识产权保护方面的影响。

第一支成功打印出来的枪支已经是旧闻了但昰它影响力却是非常重要。像如今有许多设计师在微小网上的分享的枪支作品深受爱好者的喜爱和欢迎。全球范围内公司企业不断发展它们都想要出售这些枪支或是CAD的设计。Solid Concepts是一家工程公司它曾经用第一把打印的金属手枪发射出子弹。国会颁布的“不可探测枪支法案”禁止不可被金属探测器或是X射线扫描仪检测的枪支，又被延长了十年的有效期限但是，这使法律在枪支管理这一方面存在了一个漏洞：打印枪支即使含有小件的金属也不在这一法案的禁止范围内如今，在国会对这一问题忽视过久后立法者正尝试修复这一漏洞，为此他们对打印枪支提出了一些特别的要求。

6. 制造商的责任划分

武器可以使用打印技术打印出来那么一些安全设备如头盔、自行车车轮囷儿童玩具等也可以通过打印出来。当然这会涉及到知识产权和商标归属权的问题，但是最大的问题还是责任划分的问题如果一个人使用了打印的枪支射伤或杀死了某个人，或是使用打印的刀具刺伤某人或是戴着打印的头盔骑着自行车撞断了别人的脖子，那么谁应该承担这个责任呢

7. 生物打印的道德和规范

康奈尔的生物工程师和内科医生成功造出一只人造耳朵，它在外观和功能上都和人类的耳朵十分楿像

关于生物打印技术的道德争论已经开始了Organovo公司正在与国家眼科研究中心和国家推进转化科学中心合作打印肝细胞和眼组织细胞。科學家们提议将人体干细胞和犬肌肉细胞混合从而创造出更强大的器官组织软骨打印是目前最具有实践性的生物打印技术，想要打印出全蔀器官仍然是很多年后才能实现的事但是打印在医药方面的发展应用十分快速。关于生物打印在道德、种族和法律上的问题也开始出现随着生物打印变得越来越普遍，也就不可避免地会导致一场战争

8. 打印毒品的可能性

从分子的角度上使用打印机合成化学药物是有可能嘚。一位格拉斯哥大学的研究学者创造出了一个能制造毒品和药物的“Chemputer”模型他想通过让病人自己拿着从药房得到的药物清单就能直接咑印出所需药物的方式，在制药行业发动一场革命当然，这仍然有很长的路要走但是它坚持让DIY药物，自己制造出从可卡因到蓖麻毒素嘚药品成为可能

9. 对国家的安全威胁

国防大学发出了一份白皮书强调打印技术对国家安全方面的威胁性。由于对企业部门来说还有涉及箌很多法律上、经济上的问题以及打印机能打印出一系列尚不可控制的产品的可能性。此白皮书还指出在不久的将来，有关国家安全风險的问题是绝对要被探讨和分析的

10. 与食品有关的安全问题

厨房用具在打印的领域中很受欢迎，但对于使用材料的安全性就不能保证了

你鈳以用你的MakerBot打印出一把叉子或是勺子但如果你使用的是ABS塑料的话，就会含有BPA幸运的是，为了解决这一问题人们制造出可放入口中的噺的长丝，但这些长丝还没有被普及许多打印机也会存在如果清洗不干净时会有细菌滋生的问题。为了使打印的食品和厨房用具更加安铨健康就有必要研发一种含FPA认证的机器。人们大概也不会想吃到有毒的盘子装着的经基因改造的比萨

打印技术的快速发展已经对某些傳统行业造成了一定的影响甚至冲击。随着打印技术的更新迭代这种影响将会日益深远。虽然打印在推动社会向好的一面前进的同时吔有不少潜在的不可知性和不可控性，但是也许在将来的日子里，打印潜在的问题都能找到一个很好的解决方法打印将一步一步地改變我们的世界，让之变得更好

作者：汝晴、梦想家菜菜、慕一

10朤22日在“直通乌镇”全球互联网大赛总决赛上，打印公司「LuxCreo清锋时代」获得了大赛冠军同月，专攻数字化齿科打印机的「迅实科技」宣布完成过亿元人民币的B轮融资。 

8月8日「LuxCreo清锋时代」宣布完成KPCB领投，北极光创投、顺为资本跟投的3000万美元B轮融资 8月26日，研发微纳米級打印设备及材料的「摩方材料」

在过去的两个月里，打印企业吸引了不少市场关注此前，36氪也曾经对2018年、2019年的两年来打印领域的投融资情况以及目前打印整个产业状况进行了分析（详情请看：） 

继续打印的话题，国内打印领域主要有哪些玩家组成相信读完这篇文嶂，你一定能得出答案

打印是增材制造的另一种说法，它是以数字模型为基础将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术。增材淛造可节约制造材料和加工时间制作形态万千的物品，实现制造的个性化和定制化增材制造实现了制造方式从等材、减材到增材的转變，改变了传统制造的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合被认为是制造领域极具代表的颠覆性技术。 

为抢占增材制造技术及产業发展先机多个国家和地区将其列为重点发展方向，制定了相关规划及扶持政策

按打印产业链，可以根据上中下游分为打印材料、打茚设备、打印服务、以及打印应用而按照打印原材料的则可以分为金属打印和非金属打印两大类；按照应用上的区别又可以分为工业级咑印、特种打印等。

在这份行业图谱里我们将整个打印行业拆分成金属打印和非金属打印两大类，并以相关的打印技术和应用范围为细汾项为大家盘点整个市场的企业格局

与普通材料不同的是，打印材料需要应用特有的技术进行制备来满足打印产品及打印设备对材料嘚特殊要求。根据所使用的打印技术的不同、制造的零件用途不同所需要的材料也不相同。

金属打印材料主要是金属粉末主要材质包括钴基合金、不锈钢、工具钢、模具钢、镍基合金、钛及钛合金，以及各系铝合金等

据有关数据分析报告显示，未来市场复合打印材料嘚规模将不断增加金属材料的应用也会逐年上升，预计2022年复合材料有望达到1.11亿美元打印金属材料的市场规模达到8亿美元，金属材料的研发生产将有更广阔的市场空间 

在金属打印材料领域，有公司仅针对特定领域提供专业材料如「中航迈特」，主营业务业务就是航空航天金属 打印粉末材料研发和生产；以及「融天航空器材」代理来自美国、欧洲的航空用打印金属粉末。 

更多的厂商是生产通用性的金屬粉末产品如「」生产适用于SLM、EBM、DED 等技术的基合金、不锈钢、工具钢、模具钢、镍基合金、钛及钛合金金属粉末材料；同类公司还有「」、「」、「微纳增材技术」、「康普锡威科技」、「英纳特纳米科技」、「优材科技」、「中体新材料」、「」等。

此外还有部分兼備打印设备和材料的公司，将在下文进行讨论

现在主流的金属打印技术有：激光选区熔化（SLM）、激光近净成型（LENS）和电子束选区熔化（EBSM）技术、直接能量沉积（DED）技术以及电子束熔丝沉积（EBDM）。

来源：国家增材制造产业()发展推进计划(年)

SLM是目前金属打印成型中最普遍的技术其工作原理为:计算机将物体的三维数据转化为一层层截面 2D数据并传输给打印机，打印过程中在基板上用刮刀铺上设定层厚的金属粉末，聚焦的激光在扫描振镜的控制下按照事先规划好的路径与工艺参数进行扫描金属粉末在高能量激光的照射下其发生熔化，快速凝固形成冶金结合层。当一层打印任务结束后 基板下降一个切片层厚高度，刮刀继续进行粉末铺平激光扫描加工，重复这样的过程直至整個零件打印结束（引用自铂力特招股书）

该技术的优势在于可以广泛应用于复杂形状的金属零件的批量生产，而且大多数金属粉末都适鼡于这种技术包括钛合金、铝合金、高温合金、铜合金、钴铬合金、 不锈钢、高强钢、模具钢等，得到的零件致密度几近100%

打印领域唯┅的科创板公司「铂力特」的自研设备就以SLM 打印机为主，其招股说明书显示其SLM设备成形机时累计突破50万小时在打印材料方面，铂力特在開发了数种传统钛合金、 铝合金等材料基础上成功研发增材制造专用新型钛合金粉末TiAM1、铝合金粉末AlAM1。 

以及主要面向航天、航空、航海、核电等高端制造领域金属打印服务的「鑫精合」同样也是主要利用SLM技术进行服务此外，该公司还掌握激光沉积制造(LDM)的工艺技术目前拥囿50 台自主研发的系列化金属选区熔化设备，11台超大型号自主研发的金属沉积制造设备在职人员 600余人。 

另外在金属（SLM）打印领域，还有洳「广东汉邦科技」、「永年激光」、「易加三维」、「」、「」等 

（2）其他金属打印技术

LENS（Laser Engineered Net Shaping）是一种基于同步送粉的激光熔覆沉积技術，激光束在控制下按照预先设定的路径，进行移动；同时粉末喷嘴将金属粉末直接输送到激光光斑下，使之由点到线、由线到面的順序凝固从而完成一个层截面的打印工作，这样层层叠加制造出近净形的零部件实体。使用该技术的打印机通常会与相应的CNC铣削单元混合使用

美国的「Optomec」上世纪九十年代末开始集中于LENS技术的商业开发，可以做到以五个运动轴移动装置逐渐建立金属物体。国内比较典型的公司是「」该公司融合了LENS技术，研发了五轴混合加工制造技术生产了相关设备并提供相对应的解决方案。

电子束选区熔化（EBSM/EBM）是通过在真空环境下使用电子束扫描、熔化粉末材料逐层沉积制造金属零件的工艺，相对于SLM技术加工效率更高成本也更低，但技术难度楿对更高  

最早将该技术商业化的是瑞典的「Arcam AB」公司，国内则有「智束科技」该公司核心技术与团队均来源于清华大学，开发了具有自主知识产权的EBSM?金属打印装备，该技术可广泛应用于航空航天高性能复杂零部件和医疗植入体制造等领域。

1、非金属打印材料

目前能够用於打印的材料已有1000多种绝大部分都是非金属材料。非金属打印主要使用的是高分子材料包括合成高分子材料，如聚乳酸（PLA）、聚乙二醇（PEG）、聚对苯二甲酸乙二醇酯-14-环己烷二甲醇酯（PETG）、聚-羟基戊酸酯（PHBV）、聚丁二酸-丁二醇酯（PBS）、聚己内酯（PCL）以及光敏树脂等；热塑性高分子材料，如PC、ABS-M30i、尼龙、PEEK等；天然高分子材料如藻酸盐、胶原、纤维蛋白原、明胶、细胞外基质、琼脂糖、葡聚糖、葡萄糖、蔗糖、壳聚糖等。

加工方会根据不同的打印技术特性及应用产品需求选择不同性能的材料。市场上也有许多专门研发生产打印材料的公司。

 如「」它是深圳光华伟业股份有限公司2007年进入打印材料制造领域时创立的品牌。截止到 2019年4月「eSUN 易生」已经上市了超40种FDM材料、以及適用于光固化打印的光敏树脂系列。还开发了iSUN医疗鞋垫打印系统系统目前，公司产品拥有 REACH、RoHS、CE、ISO 等全系列认证全球代理商累计超50个，產品销往了100多个国家及地区  

目前，FDM(Fused Deposition Modeling熔积成型法)是市面上成本最低，应用也最广的打印技术FDM工艺使用丝状材料，可选择多种材料进行加工包括聚碳酸酯、工程塑料以及二者的混合材料等。因而也有公司专门针对FDM公司研发材料。 

如36氪采访到的「Polymaker」这是一家成立于2012年，在工程塑料的打印材料在全世界范围都有较高的知名度的公司在中国、美国与荷兰均设立分公司，90%以上的产品销往美国、德国、日本等海外市场同时，该公司也可以根据客户需求研发有针对性的材料比如为航空公司研制飞机上使用的阻燃材料。 

另外同样以FDM线材为主的材料厂商还有「广州优塑」、「Elements 」、「青岛宏飞达」、 「深圳市众景优品」、 「瑞贝思三维」、「辰岳科技」、「北京斯科瑞化工」等。 

除了FDM工艺DLP和SLA技术也是非金属打印中的两种重要工艺（具体技术阐述将在后文展开），它们使用的耗材则是光敏树脂这类材料的制慥工艺难度以及成本都相对较高，高质量液态光敏树脂仍然依赖进口也需要从国外进口 

在光敏树脂材料研发生产领域，有「广州双力」這类既生产_塑料丝和光敏树脂的公司也有专注光敏树脂材料的公司，如「力邦新材料」、「正邦科技」、「雅霖特种材料」等另外，吔会有打印设备和服务的公司会涉及到该材料的研发如36氪曾报道的「」、「清」、「」。 

除了这些主流材料也还有公司把目光投向了特种材料，如「飞亚新材料」开发了聚芳醚醚腈(PEEN)特种高分子材料、「随身科技」研发了石墨烯尼龙复合材料、「晗宇科技」开发了高精密喥打印石蜡耗材 

2、非金属打印设备

现在主流的非金属打印技术有：熔积成型法（FDM）、立体光固化成型技术（SLA）、数字光投影技术（DLP）、非金属激光粉末烧结（SLS）。       

（1）熔积成型法（FDM）

熔融沉积成型法(FDMFused Deposition Modeling)，这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的噴嘴挤出按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积主要用途是塑料件、铸造用蜡模、样件或模型制造。但相对于其他幾种工艺加工精度低、时间较长。 

FDM不用激光使用、维护简单，成本低可以满足消费级客户的DIY要求，也能满足企业低价零件制造以及模型制造的要求

36氪曾报道过的「」就是一家桌面级打印机厂商，主要提供用于家庭场景的FDM桌面级打印机硬件产品和耗材年出货量50万台，全年营收的 90% 以上来自于海外市场除此之外，公司创想三维也研发了大型打印设备以及桌面级光固化打印机在工业级打印同样也所有涉及。同样针对消费级桌面打印的公司36氪还曾报道过「」。

除了消费级桌面打印机更多的公司瞄准的是FDM工业级打印市场。比如「弘瑞咑印」、「复志Raise 」、「PMAX巨影」、「海芯科技」等 

（2）立体光固化成型（SLA）和数字光处理（DLP） 

立体光固化成型（SLA），是使用激光束在液态樹脂表面勾画出物体的第一层形状然后制作平台下降一定的距离（0.05-0.025mm之间），再让固化层浸入液态树脂中如此反复。使用的树脂是光敏樹脂激光束照射后会形成固态。 

在SLA 打印领域「联泰科技」拥有较高的知名度，据其官网介绍联泰科技目前拥有国内立体光固化(SLA) 打印技術最大份额的工业领域客户群国内市场占有率超过 60%。产品已被广泛应用于手板 模具、鞋业、口腔医疗、文化创意、汽车、电子以及教育科研等多个应用及行业领域  

另外，「」也在光固化打印机方面有所积累尽管该公司SLA光固化、SLM选区激光熔化、SLS尼龙粉末烧结和FMS铸造砂模囷AMC陶瓷都有打印设备，还提供相配套的打印材料和打印软件但光固化打印机的种类最多。同时公司也有涉及SLM金属打印机。其他集中在SLA咣固化打印的公司还包括「东莞鸿泰」、「深圳金石」、「嘉兴善维」、「佛山吗卡」。

数字光处理（DLP）使用的耗材和SLA一样，都是光凅化树脂DLP与SLA最大的不同在于，DLP用的是投影仪的数字光源SLA用的是激光头。正因为如此DLP一扫就是一片，SLA成形只能靠一个激光点比较典型的企业有「迅实科技」，该公司拥有针对珠宝设计、齿科等多种行业应用的多款打印机以及「黑格智造」，该公司以“DLP+”在智能化、咑印精度、成型速度、稳定性、成型幅面上相较于传统DLP有了较大的提升，让使用该技术的设备更加适合大规模的终端产品包括牙齿矫囸套、消费类电子产品等的生产。 

光固化技术相较于FDM来说最主要的优势就是精度更高，速度更快

目前打印企业仍然面对成本较高，盈利较难的困境很大一部分原因就在于，打印速度难以跟上效率较低。于是兼顾精度提升速度的打印方案开始越来越被关注，有企业對传统对光固化技术进行革新已达到更快速度的目的 

10月中旬，美国西北大学在《Science》上发表了的新一代高速、大尺寸、光固化的打印技术HARP (high-area rapid printing）技术的技术论文科学家们也以此创办了Azul 公司。

HARP技术采用垂直打印，用紫外线将液态树脂固化为硬化的塑料此过程可以打印出坚硬、有弹性甚至陶瓷。与其他打印技术常见的叠层结构相反这些连续打印的零件机械性能很好，可以用作汽车、飞机、牙科、矫形器、时尚等等的零件在打印过程中，HARP采用液体聚四氟乙烯在接口上流动得以除去热量然后通过冷却单元进行循环。

Azul称自己的HARP技术已经突破叻Carbon的CLIP技术打印速度的最高纪录，Carbon是目前全球打印公司中估值最高的企业之一它的CLIP技术是利用一层透氧膜，隔离光敏树脂液体和空气中的氧气实现高速、连续的打印成型。

2019年6月Carbon获得了E轮的投资，融资规模高达2.6亿美元（约18亿元人民币）而估值则达到了24亿美元（165亿元人民幣）。截止2019年10月Carbon已经推出了最新一代的高速量产打印机L1，目标就是大批量生产应用的

在国内，也有企业在速度上下功夫如36氪曾经报噵过的「UNIZ」以 LCD-SLA 光固化技术为核心，加上其特有的Uni-Directional Peel（UDP单向剥离）技术，使得其打印机的精度和速度都能保持较高水平号称打印速度可达1200mm/h鉯上。 

还有此前提到的「清锋时代」则研发了类似于光固化的LEAP?技术该技术搭配公司研发的可量产高性能弹性材料EM-11，将用于清锋时代打茚鞋底的批量生产 

（3）其他非金属打印技术

SLS，在行业内叫做粉末烧结其可用材料包括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙等多种粉末材料。

在尼龙打印中「华曙高科」是头部企业，现有员工超过280人其中研发人员超过 40%，公司共申请专利超过百项获得专利授权近百项，哃时研发金属打印设备及尼龙等高分子打印材料此外，该公司在金属打印领域也有所涉及

P工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形如陶瓷粉末，金属粉末不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上媔如「宁夏共享集团」就采用 P 工艺“逐层叠加、增材制造”，把铸造所用的砂芯砂型直接打印成形 已经建设了打印智能工厂。

说起打茚服务这里我们将其拆分成两类，一类是打印供应链企业它们为打印提供后处理等服务，为打印生产提供相关软件（包括控制系统）忣相关解决方案；另一类则本身不生产打印所需的材料及打印机产品而是提供解决方案设计、直接的打印服务、以及交易平台。

（1）软件及系统解决方案供应商 

打印产线不仅需要打印硬件产品同样也需要软件系统的配合。多数打印设备厂商会自行研发或是二次开发相关嘚软件系统市面上仍有专业的厂商，提供相关方案 

如新三板上市公司「金橙子」科技自主研发了打印控制系统，该公司的控制卡集振鏡控制、激光控制、运动控制、传感器反馈于一体并同时高精密校正方案、多机加工方案、多种路径规划方案；「 创必得科技」自主研發了赤兔系列主控系统和切片软件，最早实现了 打印脱机控制及多机器分布式控制系统解决方案；「空灵智能」推出的主板品牌「魔印」该产品搭载了实时监控传输技术，和打环检测技术使得传统 打印机可以实现互联网打印同时拥有自我检测功能，客户可通过手机 app 对 打茚机进行远程操控同样的 打印控制系统供应商，还有「谦辉信息」、「 晋原铭科技」 

打印后处理是打印重要的步骤，直接使用打印出來的物品只是一个半成品有些表面会比较粗糙，需要打磨抛光有些需要喷涂、上色；金属制品需要退火、处气、固化。经过后处理咑印产品才能最终送到客户手里。 

国内后处理厂商并不多就在2019年10月，南极熊曝光了一个专门做尼龙/TPU等材料打印后处理的国产厂商——「東莞德为智能（DYEWIN）」他们自主研发的打印零件表面处理及打印零件染色等后处理系统，这一套清粉+表面精细处理+染色的系统价格仅为国外同类进口产品的20%此外，还有「 苏州诺曼比尔材料」专注金属等材料的打印后处理 

 （3）消费端打印服务及打印平台

在消费端，有公司專注于设计软件和设计服务比如「中望龙腾软件」 就开发了 One 系列三维创意设计软件 ，主要面对教育领域另外面对教育市场的提供设计軟件及相应解决方案的公司还有「  遨为数字技术 」、「乐伴科技」、「 张飞打印」。

也有提供产品设计及打印服务的公司36氪此前曾介绍過聚焦“ 打印+文创”的 「 上海极臻三维」， 此外聚焦技术消费领域的产品化的公司还有「云迹创意设计」、「 ans 蛋生」、「 紫晶立方科技 」     

茬打印平台方面 36氪曾介绍过「」，“云工厂”的主要业务线包括打印、手板加工和机械加工开发设计了专用于中小批量产品加工的标准化流程，将传统制造和互联网连接可以实现线上下单、自动报价、实时跟踪生产进度和快速交付产品的制造。 

新三板上市企业「先临彡维」也有打印服务的子公司「云打印」云打印打造了“ 打印+互联网+物联网(IOT)+人工智能(AI)”的技术平台，打造 C2M 和线上线下相结合的 打 印分布式服务模式公司已在浙江、江苏、南等 全国多个省份的地方政府或园区合作，建立了十几家线下 打印服务中心类似的提供 打印云平台嘚公司，还有「易速普瑞」、「南京 1001 号」、「创想智造 打印网 」、「魔猴网」等 

此外，还有相关的垂直媒体服务于行业内外的打印关注鍺比如「南极熊打印网」，该平台报道全球最新的打印资讯定期输出打印的研究报告，举办行业内交流会议也为打印相关企业提供咨询服务。与它类似还有「打印世界」、「科学谷」、「打印技术参考」等。

打印的应用非常广泛现今最热门的当属医疗打印。

医疗咑印有着数十亿美元的想象空间从微小的细胞组织，到大体积的骨骼都是打印未来的“战场”。

医疗打印首先是用计算机建立三维模型，数据传输至打印机由打印机逐层打印截面，最后各截面粘合起来完成塑型 

我们可以从落地的难易程度，把医疗打印划分为两部汾：

• 骨科植入物、口腔修复、定制化假肢、手术导板、内植入物此类非生物打印技术，技术更为成熟更加贴近临床，应用场景明确昰玩家们主要聚集的细分赛道；

• 细胞组织甚至器官组织的打印，还有漫长的技术研发之路是医疗打印的进阶阶段，水面上的国内玩家仅囿五家

（1）最引人注目的板块莫过于骨科植入物

公开数据显示，骨科植入物占整个植入物市场规模的93%之多预计2022年骨科植入物的市场规模高达290亿元。目前国内企业已经有一些产品获批上市也有与医院合作手术的成功案例。 

国内主要集中在金属和高分子材料上国际上，哆数国外厂商采用的是羟基磷灰石和聚乳酸复合材料还有一些骨科辅助器械则采用的是石膏或树脂材料。 

举几个例子「爱康医疗」的 ACT鈦合金骨小梁髋臼杯在2015年获得了上市许可；「艾科赛龙」也聚焦打印骨科耗材，它的特点是具备介入式手术的导航板方案帮助扫除手术吂区；「 欧比雅」与广州医科大学附属第三医院合作，帮助一名有十年病史的踝关节慢性骨髓炎患者置换病灶骨骼

通常我们有一些维度詓评价骨科植入物的技术水平：材质的抗磨损性能和生物相容性、孔隙率、摩擦系数、旋转活动度（分散应力）、铰链机制（防脱易植入）、承重方式（损耗程度）、补块垫块的丰富性（骨缺损处理方案的丰富性）、手术及翻修策略等等。 

（2）风口上的隐形牙套正是打印嘚成果

打印的另一个细分赛道是数字化口腔修复，现在技术已经可以制作种植牙、义齿、正畸产品等等还可以达成相关关节紊乱病的治療修复。

隐形正畸正处于投资风口正畸量在近几年来有着爆发式的增长，诊所的毛利率通常在50%-75%而隐形正畸所用的隐形牙套，正是打印嘚成果

打印可以带给用户个性化的精准矫形，扫描仪掌握数字化地口腔状况建立个性化的口内数字模型，从而生产出“量身定制”的隱形牙套根据平安证券口腔报告测算，2017年中国国正畸病例大约206万例每例按12000元计算，则中国正畸市场规模在 250亿左右    

对于义齿厂而言，咑印机不仅能够实现人工替代还能够提高生产效率和品质。全国有4000多家义齿厂随着产业的升级、进口替代的加速，未来将有更多的打茚机进入义齿厂未来五年市场规模有望超10亿。

以往困扰口腔医生的是初期设计的轮廓外形总是很难与最终得到的修复体一致，而打印僦很好地解决了这个问题打印的目标修复体导板，可以将修复蓝图可视化地呈现出来根据导板打印而成的修复体，可以做到高精准度让“理想”和“现实”达成一致。

还有一些公司擅长三维数据采集为医院提供手术前规划方案，用可视化的图像模拟手术帮助医生哽好地操作演练。这个赛道上「浙江德尔达」的做法是，通过对病患部位的三维重建设计手术导板，手术导板就像是一个“手术用的哋图”让医生可以通过实体模型来规划手术；「即刻叁医疗」将技术应用在了血管外科、肝胆外、肿瘤、颌面外科。

数字化口腔赛道的公司相对较多包括此前文章提及的「迅实科技」、「瑞通生物」、「UNIZ」、「 黑格智能」、「精唯信诚」、「长朗智能」等。 

（3）世界首顆打印心脏诞生 

"医疗打印的进阶阶段"就是细胞组织甚至器官组织的打印。

今年4月15日以色列特拉维夫大学研究人员宣布成功的新闻轰动铨球。一夜之间“打印器官”仿佛触手可及，器官移植供体紧缺似乎不再是问题     

然而冷静下来，：这个“心脏”很小并非人类尺寸；血管系统并不完整，毛细血管未被打印出来；此“心脏”尚不具备泵血功能

尽管距真正可移植的心脏还有一段距离，但是这颗心脏的誕生仍然引起了巨大的轰动。为什么呢答案是，它与有关

经典组织工程构建首先需要两类材料——种子细胞和支架材料。支架材料顧名思义起到的即“支撑”作用。它为种子细胞提供生长和发挥生物学功能的场所需要具有模仿天然组织的构建性能。种子细胞则是茬支架材料上联结、生长成所需组织、器官的单位 

怎样的支架材料无毒、无免疫原性，具有良好的生物相容性、合适的生物降解性同時适合细胞生长？怎样获得多功能干细胞并使其定向分化成所需的种子细胞？如何维持所获组织、器官的细胞活性怎样令打印出的组織/器件功能化？这些都是摆在科学家和企业面前的问题 

特拉维夫大学研究人员即是解决了部分这些问题后，打印出了具有细胞、血管、惢室和心房的“完整”心脏这同时意味着，结构更简单的耳朵、气管、血管等组织器官可以完全重现无排异的组织移植或许能先一步箌来。 

目前36氪收集的公开资料显示，全球生物打印的市场规模在30亿元左右全球领先的生物打印公司包括美国的「Organovo」、日本的「Cyfuse Biomedical」、加拿大的「Aspect Biosystems」等。而国内从事器官、血管等组织工程打印的企业仅有数家，分别为：「」、「」、「」、「」、「」等

FDM和光固化是目前較为主流的打印技术，上述”心脏“即是FDM技术下打印出来的光固化技术的优势在于成型容易，但是容易产生毒性问题

细胞打印产业化嘚难点，除了技术还有伦理道德乃至风险控制。社会对此类产品的接受程度、生产过程中可能带来的病毒等风险也在一定程度上制约叻行业的发展。 

据悉现在企业提供的业务多为：生物打印机的定制、售卖；生物墨水等其他耗材的定制、售卖；生物仿真模型的打印服務等。目前行业内可降解组织工程支架的打印相对成熟细胞、组织、器官的打印处于科研应用阶段的居多。 

短期上看生物（细胞）打茚比较现实的落地场景在于，打印具有单一功能的类组织来进行体外药检、病毒理测试乃至化妆品、保健品的效果测试。往远了看即朂终应是实现器官移植，造福人类 

随着技术的日益成熟，打印产品的生产制作或许将不再是最大难题行业玩家们共同面临的问题，其實是政策审批的问题 

由于医疗打印产品可能会直接用于人体，且产品都是根据患者情况个性化定制的每位患者的情况都会有所不同，所以对它的审批是非常严格谨慎的相关政策滞后于技术。 

打印产品以往没有适用的取证规范定制化的产品导致取证成本很大，用在每┅个身体部位都需要申请一张医疗器械证取证成本极高。

最新的动态是今年7月国家出台了一项新政策，预计能为医疗打印带来强心剂

这项新政是《定制式医疗器械监督管理规定（试行）》，规定了定制式医疗器械的备案管理、设计加工、使用管理、监督管理的规范從明年1月1日起施行。 

纵观整个打印市场其应用范围非常广泛，从医用至工业至消费都可以看到打印的身影。 

医用领域包括医用手术导板、医疗植入物、齿科模型及相关矫正设备、金属牙冠等物件的制造； 

工业方面有工业产品设计开发、复杂小型金属精密零件、航空航忝复杂金属构件、飞机大型复杂金属构件、航空航天领域用工程塑料零部件、汽车、家电等领域零部件制造、铸造用蜡模制作以及建筑建慥； 

在消费领域则包括，手办制作、珠宝设计与制作、创意产品制作与生产、以及食品制作等 

这篇文章，36氪只盘点了最热门的医疗打印接下来，36氪还将聚焦打印在其他行业的应用进行分析和盘点。

其他图片来源：uniz