洞察:3D打印大批量生产应用,正在加速

导读:在南极熊发布的<>一文中,2020年Covid-19大流行,3D打印企业的融资反而有所增加。其中一个重要原因可能是,新冠的流行,加速了3D打印技术的批量化生产应用,甚至提前了5年到10年。无论是高效率光固化3D打印技术在抗击新冠病毒疫情时起到的巨大作用(详细案例请看[3D打印抗击新冠病毒]专栏https://www.nanjixiong.com/forum-230-1.html),还是多激光大尺寸金属3D打印机受到高端制造业的青睐(详情请看<>),似乎都在向我们提示——3D打印批量生产应用的时代正在到来。

△3D打印呼吸机气阀

△光固化3D打印鼻咽拭子,一盘可生产上百个

下面,我们将以3D打印鼻咽拭子的现实应用,来洞察这种趋势。背景在Covid-19检测时,舒适感并不是首要考虑因素。不少人看到鼻咽拭子检测,都感觉怕怕的。南极熊在北京接受过鼻咽拭子检测,医护人员用一根细细的棉签快速推到鼻腔的远处,还搅拌三四圈,感觉十分酸爽!现在到了2020年的尾声,中国国内的Covid-19已经被有效控制,但放眼全球,国外的病例数仍在增加,检测设备仍然是全球的主要需求。为了正确诊断病例并跟踪传播,急需鼻咽(NP)拭子。除了中国,其他国家的测试拭子的供应仍然紧张。

△Ziggzagg制造的3D打印拭子进行鼻咽拭子检测

中国是全球的制造业大国,面对新冠疫情,一开始都物资缺乏。而国外很多国家,其制造业早已空心化,物资缺乏的程度更是严禁。在2020年证明最有效的供应链应对措施中,3D打印一直在满足对快速制造的需求。这包括大量个人防护设备(PPE)的生产,和诸如NP拭子之类的检测产品。2020年12月14日,forbes发布了一篇可以深刻体现3D打印技术在抗击新冠疫情的作用。

3D打印鼻咽拭子流向全球

2020年3月,惠普(HP)作为增材制造(3D打印)行业公司的一员,将技术转变为生产疫情物资产品。惠普迅速调整了许多业务,并与贝斯以色列女执事医疗中心(BIDMC)合作开发了3D打印NP拭子,并短期内进行了临床验证。只需48小时,就开始评估第一批原型拭子。从最初接触到最终拭子的交付,仅过了35天。到了5月,这些拭子已经准备好进入美国市场,但需求是全球性的,惠普3D打印机的装机和提高生产服务,也开始了世界各国的本地化。6月份,比利时的3D打印服务商ZiggZagg,由于之前已经列装了一批惠普3D打印机做制造服务,也开始生产当地急需的拭子。ZiggZagg的首席执行官Stijn Paridaens说:[由于它已经在美国FDA批准,因此我们只需在欧洲获得CE认证即可。]比利时政府批准了ZiggZagg,立即开始3D打印NP拭子用于比利时医院。到10月,ZiggZagg对美国的设计进行了略微修改,例如在断点上相差几毫米,仅比利时市场就生产了700,000支拭子。为了做出最好的拭子,他们改进设计,包括对每个拭子进行单独包装和灭菌,而不是普通的的五到十个拭子散装。[我们从一开始就选择了困难的路线,] Paridaens承认,因为[消毒使生产工艺变得复杂了十倍。]除了增加复杂性之外,他们还选择增加了高级后处理。尽管3D打印的拭子可有效使用,并且已通过临床批准,但Paridaens指出,反馈指出[如果更光滑,让接受检测的人更舒服,这会更好。]ZiggZagg与英国的Additive Manufacturing Technologies(AMT,全球3D打印后处理领导厂商之一)有过合作,交流用于3D打印零件后处理的工业自动化化学蒸汽平滑产品。这样一来就很自然地考虑到用这个技术,来处理3D打印的NP拭子,让它更平滑。刚从HP的多射流熔融(MJF)3D打印机中取出的零件具有多孔且相对粗糙的表面。直接使用的话,接受检测的人可能会感到不安。更光滑的表面光洁度可以减轻对舒适性的担忧,同时可以帮助拭子更好收集准确测试所需的样品。

△左为刚出炉的拭子;右为经过自动化学蒸汽平滑处理后的拭子

经过对比,他们发现经过后处理的3D打印拭子,要好得多。而且,由于涉及到灭菌和包装,自动化批处理技术方案显得更为重要。

△经过化学蒸汽平滑,并准备包装的3D打印拭子

在此之前,多数时候,3D打印技术通常是用于原型制作,很少用于批量生产。有专家认为,今年新冠的大流行,让3D打印走向批量生产的应用,加快了5到10年。人们现在普遍将它视为传统制造的可行替代方案,这对于3D打印行业来说是一件了不起的事情。它不仅能大量生产产品,而且还是要求和认证都很严格的医疗领域中。Paridaens认为,现在自己已经建立了一套成熟的3D打印拭子工艺和方案,即使以后没有了新冠,每月3D打印生产的医疗产品也将达上百万件。英国抛出760万件防护面罩的3D打印订单,Photocentric本地化制造2020年6月,3D打印机和材料制造商Photocentric,获得英国政府的重大合同,在六个月内生产超过760万个3D打印防护面罩。

这家位于英国的公司,利用其专利3D打印技术每月生产数百万件个人防护用品,支持一线NHS卫生工作者。能够在如此短的时间内改变制造工艺,生产出如此大量的面罩,Photocentric很好地展示了3D打印技术的优势。除了展示速度和适应性外,这份量产合同还表明,3D打印塑料部件的生产价格可以与传统制造工艺竞争。3D打印不再只在缓慢、昂贵的原型设计应用中,而是可以每天生产数十万个零件。

另外,这个大合同,它证明了PPE不再需要从国外运来,英国的本土制造商可以更快地提供零件,而且价格具有竞争力。借助这种本土化的制造技术,英国希望可以减少对海外生产的依赖,并在本地制造零件,在需要的时候以有竞争力的价格进行大批量生产。

PrintParts向纽约交付100万3D打印根鼻咽拭子2020年9月,3D打印服务提供商PrintParts与自动化后处理开发商PostProcess Technologies合作,在美国纽约市(NYC)快速生产了100万根COVID-19鼻咽拭子。

△3D打印的鼻咽拭子

PrintParts发现纽约对NP检测拭子的需求越来越大,与纽约市的有关部门合作,并迅速扩大其打印能力,以满足检测需求,在曼哈顿开设了一个新的符合ISO 13485标准的生产实验室,并建立了专门的供应链,大规模生产。Northwell Health 日产5000个3D打印棉签(鼻咽拭子)

2020年4月份,Northwell Health公司的3D设计和创新总监Todd Goldstein表示,在疫情期间,Northwell Health已经拿到了纽约市、长岛和韦斯特切斯特的医院订购的拭子订单中的25%左右。他说,Northwell Health现在每天用3D打印机为医院生产5000支拭子,并计划将规模扩大到每天7500或8000个。

与Northwell Health合作的3D打印机厂商Formlabs公司也已经开始在其位于俄亥俄州的树脂厂生产拭子,工厂内有200台打印机,从地板到天花板堆放在机架上。正在生产 “数万个 “拭子,游戏但计划增加到每天10万个。到目前为止,他们已经向医院系统和政府机构销售了约5万支棉签。为什么是鼻咽拭子?首先,当然是疫情之下的物资紧缺,即便传统常规制造方式开足马力生产也无法满足需求,这时候作为[万能制造设备]的3D打印机承担起增量生产的重任,人们只需要花费几个小时在电脑上设计出鼻咽拭子的3D模型,3D打印机就能将其制造出来。而且,3D模型一旦在网络上共享后,全球拥有相应3D打印机的用户都可以生产。

其次,鼻咽拭子的结构是一个细长的结构,这就为单次小批量生产创造了机会,通过垂直紧密的排版,一版可以生产几百个鼻咽拭子,100台设备一次就可以生产几万个。什么样的产品适合3D打印批量生产?① 结构复杂,拥有很多镂空结构,传统工艺很难做甚至做不出来(比如创成式设计的鞋底);② 每个件都略有不同,都是个性化的(比如牙模);③ 每个件都很小,3D打印单次排版可以生产很多(比如鼻咽拭子);④其它


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