如今在新闻中，我们几乎每天都能看到3D打印技术（又称增材制造）在医疗领域的发展。例如科学家们正在探索使用3D打印技术制造微型机器人，在人体内输送药物；打印包含毛囊和汗腺的人造皮肤用于移植；甚至用活体细胞为材料，打印人类的各个器官。

更令人兴奋的是，很多技术不再是设想，而是已经得到了实际应用。中国一家医院为一位在工作中受伤的男性完成3D打印肘关节移植。威尔士外科医生使用3D打印机修复了一位患者的面部骨骼。美国一家医院利用3D打印技术制造支架，撑开婴儿堵塞的呼吸道。

实际上，3D打印早已在健康领域中发挥重要的作用。其中典型的例子是牙科，如今每天有超过19,000件牙冠和牙桥通过3D打印技术制造。每年3D打印机制造的牙齿矫正器达到1,700万个。3D打印给听力医学更是带来了颠覆性的影响，美国90%的定制型助听器通过3D打印制造。

《沃勒斯报告2014》显示，在全球提供3D打印设备、材料和服务的公司中，14%的收入来自于医疗领域。此外，3D成像、扫描、设计和造模等辅助服务也在快速发展，形成一个完整的3D打印生态系统。

3D打印为何能在医疗领域大行其道？

首先很多疾病和伤痛都源于生物力学问题，比如骨折、关节老化以及脊椎错位变形等。过去这类问题很难治愈，原因在于每个人的生理构造都独一无二，标准统一的外部装置无法解决每个人的问题。3D打印出来的产品则完美解决了这个问题，它完全符合每个人的身体构造，此外它还大大降低了定制化的成本，让大规模定制化这一看似矛盾的概念成为可能。

其次，一些结构灵活、半固定或可被人体吸收的人工构造，比如关键器官的瓣膜、血管等，难以通过传统的方法制造出来。而3D打印技术则可以解决这个问题。

最后，3D打印绕开了复杂的基础设施和物流问题。只要将设计好的图样发送到打印终端，3D打印机就能在离医院较近的距离内进行生产。这对物流渠道不发达的新兴市场，以及处在边远地区的人群来说是一个巨大的福音。

尽管3D打印应用的益处颇多、前景广阔，但它仍面临着很多不确定性和风险，未来它将改变整个医疗市场的格局，还是仅活跃于小范围利基市场呢？

通过分析，我们认为3D打印医疗产品的市场收入将在2020年达到50亿美元的规模。而目前3D打印的“杀手级应用”——那些能吸引医疗人员抛弃旧技术，并且传统方法无法企及的产品——还寥寥无几。目前唯一能称得上杀手级应用的就是口腔校正器，未来它将成为3D打印市场的主要增长领域。如果没有其他杀手级应用的出现，那么3D打印产品在短期内的发展规模有限。

然而在5-10年的中长期内，我们认为口腔科产品，例如填充材料、细胞培养物和软组织产品将获得不可小视的市场份额。由于生物医疗公司在这方面积极地投入到产品研发和快速成型，3D打印产品可能在长期获得非常迅速的发展，尤其是细胞组织工程、药物学创新和微流体芯片等产品的市场应用。

尽管3D打印被视为一种快速原型的创新工具，但实际上这项技术的最大潜力蕴藏在工业终端产品中。今天几家设备制造商占据了市场的主导地位，Stratasys和3D Systems这两家就占据了市场75%的份额，此外市场中还有35家左右的小型企业。目前这些企业的商业模式主要集中在销售打印机、打印材料和提供服务。未来那些建立平台，吸引其他公司共同打造3D打印生态系统的企业才能获得真正的竞争优势。

显然投资者和企业也意识到了这一点。我们对2011年以后获得投资的约200家企业进行了分析，发现其中大部分投资流向了与打印过程相邻的领域，包括设计服务、软件方案、3D成像和扫描等。与苹果和谷歌建立强大的移动应用平台一样，如果3D打印企业能建立起完善的技术平台和统一的技术标准，将设计、成像服务提供者、硬件和应用开发商聚拢到一起，它们才能占据市场的统治地位。未来掌握在平台提供者而非设备制造商手中。

与任何新兴技术一样，3D打印在医疗领域的应用也面临着几个基本的障碍。首先是材料科学的限制。目前在生物医学领域，3D打印使用的材料选择有限，主要有高性能聚合物、金属和生物墨水（包含活体细胞）三种。这主要受限于我们对3D打印过程给材料和产品特性带来的影响和变化还知之甚少。例如打印过程是否会导致材料发生变异？人体对3D打印材料有何反应？企业应遵循什么样的材料标准？我们目前还无法完全回答这些问题。然而随着企业加强对打印流程的监测，政府和行业标准出台，材料数据库的建立，以及临床实验数据的累积，3D打印的材料技术也会赶上传统制造的水平。

3D打印机和原材料较高的成本也会为应用带来一定阻力。目前工业级3D打印机一般售价在几十万美元，高端打印系统售价高达200万美元。此外，打印材料的售价也不菲，例如一般生产流程所用聚合物的成本为2-3美元/千克。而3D打印使用的聚合物售价每千克高达数百美元。随着新材料的不断引入以及制造规模的扩大，3D打印的成本有望持续降低。

目前医疗人员、保险提供商和患者大多对3D打印技术持观望态度，他们期待看到3D打印产品性能大幅超越现有产品。例如，人们对定制植入物的价值还争论不休，由于大部分厂家可以提供不同尺寸的产品，这种半定制服务已经可以满足大部分患者的需求。但随着3D打印技术在更广阔的范围内证明自己的价值，消费者的态度也许会快速转变。

医疗企业应如何迎接3D打印技术的发展和颠覆趋势？我们认为以下几个步骤可以帮助企业从3D打印大潮中捕捉更大的价值。

做好战略预测。企业需要对未来可能发生的情景（2020、2025和2030）进行战略性预测，准备应对3D打印技术对企业产品和商业模式带来的冲击（见下图）。我们认为，3D打印产品的发展将保持较为稳定的速度，然而杀手级应用的出现会引领一波爆发式的增长。类似的情景曾在牙齿矫正器市场上演，3D打印产品让医生快速抛弃了传统的金属矫正器。做好战略预测能让企业对意料之外的颠覆做好准备，辨认应用的障碍，并快速采取应对措施。

系统性地评估应用价值。企业应拓宽思路，仔细评估如何利用3D打印技术提升疗效，加速治疗和康复过程，或满足之前无法满足的患者需求。同时他们应对产品和供应链进行分析，计算3D打印在材料节省、劳动力和模具等方面带来的成本节约。

开始试验。企业不妨投资一台3D打印机，看看它如何改善产品的设计流程。新的工具能激发人们以不同方式进行思考。在设计流程中，企业应大胆设想那些传统制造业无法完成的创新方案。

考虑进行并购或战略合作。时刻关注创新领域，评估商业创新在技术上成功的可能性，以及它们进入市场的潜力。值得注意的是，企业进行并购和结成战略合作伙伴的机会窗口正在不断缩小，领先的企业已经在这一领域投入重金。例如，化妆品公司欧莱雅就与Organovo合作，开发3D打印的皮肤组织。而强生公司正在与Tissue Regeneration System公司合作，研发定制化的、可被人体吸收的骨骼植入物。要投入3D打印领域，企业现在就要开始着手能力建设和筹集资本。

制定战略。根据企业不同的商业模式，3D打印预示着机会，也隐藏着危机。医疗技术产品从概念到产品的发展周期一般需要3-5年，而要建立一个强大的3D打印平台可能需要15年的时间。要保持竞争力，明智的企业现在就需要展开行动。

随着3D打印技术加速发展，它将在制造领域获得一席之地。而医疗企业有机会制造出人们前所未见的产品。3D打印技术有潜力在供应链、人工和物流等领域为企业削减成本。更重要的是，它能大幅提升产品的治疗效果以及患者可获得性。具有先见之明的企业已经开始行动，准备设计制造出突破性的产品。企业今天的行动，会决定它们未来的命运。

作为新生事物的3D打印技术，将给药物研究和生物技术应用领域带来新的机会。许多新的方法诸如药物制作、配送支持以及辅助医疗研究等技术都将被采用。接下来让我们来探索它是如何运作的。

3D打印技术虽然已经存在很多年了，但主要还是应用在制造业，这种类型的打印，也成为立体光刻，可以通过融合不同的材料一层层的来打印各种东西，可将数码3D图像打印成一个真实的物体。在过去的15年里，3D打印技术已经逐渐应用到医疗行业，比如按用户需求打印假肢或牙齿等等。而现在，3D打印技术将可能有机会应用于个性化医疗当中。

新药物的研发可以通过3D打印技术来大大提高效率，比仅仅市打印塑料或是金属物体那么简单，想象一下，打印药丸或是人体器官和组织，这就可以使制药公司以更安全和更低成本的方式来测试新的药物，这种技术似乎目前的科学技术已经能够达到，并且比以往任何时候都更加接近。

整体医疗水平将会提高

与其他行业相比，3D打印技术在医疗保健行业的应用还不是很广泛。专家认为，在投资额高达7亿美元（约合人民币46亿元）的3D打印技术领域，医疗保健仅占1.6%，这一比例将在未来10年增长到21%。

最新研究结果显示，健康和医疗行业发展迅猛。市场调查公司MarketsandMarkets.com称，预计到2020年，在医疗保健中应用3D打印技术的市值将达到21.3亿美元（约合人民币138亿元）。比如牙科行业的商业化运作已经非常成功，隐适美公司预计每天都会有50000个客户定制化牙齿矫正器使用3D打印机打印出来。

3D打印技术通过另外四种方式将永久改变医疗行业。

1、个性化的药方

3D打印技术可以加入一个全新的方法来制造定制化药物，专家和研究人员的想法是制造定制化的3D打印口服药，这时最简单的方法。医学撰稿人C. Lee Ventola已经对此进行了广泛的研究，她出版的《3D打印的医疗：现状和未来的使用》中写道：个性化的3D打印药物适用于对同种药物反应不同的各类患者。

2、独特的剂量

3D打印技术也可以用来生产独特剂量的药物，这一过程是通过喷墨式3D打印技术来实现的。据专家介绍，他可能对传统药物制造行业是一个挑战，该工艺制造的新型制剂已经过多种药物测试，随着时间的推移，我们将看到更多的创新。

3、更复杂的药物释放曲线

药物释放曲线可以显示明药在患者体内分解的时间，亲自设计和打印药品更容易了解它们的释放曲线。3D打印技术可以打印个性化的药物，通过分层打印带有粘合剂粉末基底，便于有针对性控制药物释放，这就给活性成分之间创造了屏障，让研究人员能够更紧密的研究释放的变化。作为药品生产企业，他们开始意识到这对他们制造更有效的药物是一个难得的机会，在未来几年里，他们会在增加在该领域的研究和投资。

4、打印活体组织

虽然当前还不能全面迅速的实现，但是专家预测，在20年内将实现真正的全功能3D打印心脏。而现在3D技术的难点在于打印复杂的血管。据Wake Forest再生医学研究所主任 Tony Atala说，每个器官的复杂程度不同，一些组织比较容易打印，比如皮肤。但是打印心脏、肝脏和肾脏这样复杂的器官就比较困难了。

生物打印公司BioBots希望替换大型复杂的传统设备，而使用小型、低成本的桌面打印机来打印活细胞。联合创始人Danny Cabrera解释说，他们的设备可以用人体细胞来构建3D活体组织模型，他还解释了自己公司的打印机用于开发临床使用的药物，并通过现有的药品行业销售渠道进行推广。

接下来将会发生什么

在3D打印技术成为一种常见的医疗业务之前仍然存在一些问题，首先对于多数准备开展实验的公司来说，所需投资的规模就是一个挑战，另外，据Ventola称，打印药物的概念通常媒体都会一带而过，在实际操作中所花费的大量资金和时间也常常被低估，公众对此项创新的期待值还远远不够。

此外还有安全问题，由于该项技术过于先进，3D打印还缺乏监管。Ventola写到：所谓“车库生化实验室”的存在，有可能促进生命科学领域的创新，这些实验往往都是秘密进行的，从而避免了执法部门的干扰，尽管这项研究在技术上是合法的。

科学家们已经开始意识到3D打印技术在医疗保健行业存在着多重机遇，虽然还需要进行大量的工作， Ventola认为，我们实现这一愿望只是一个时间问题，她还写到“尽管实现3D打印器官技术还处于起步阶段，但是目前取得的成果还是非常乐观的”。

10.食物

目前被称为3Dsystem的一个公司已经在3D印刷领域展开研究，并且一直在研究做出不同类型的食物。他们制造出的这种机器被称为chefjet，它能做出一些巧克力产品和很多种类的糖果。这种机器和其他3D打印机工作原理类似，通过把多种材料分层打印直到这个设计作品完成。

也许你会认为打印出食物十分无聊，但是这也有很多实际上的好处。这个公司表示这样印刷能够实现很多非常复杂的设计，甚至能够制作出可以移动的部分。餐厅还可以使用打印机随时做出所要的餐点，而不需要随时囤积大量的食物。

NASA已经在研究是否能够在宇宙打印食物食用。目前宇航员所吃的食物要占用大量的空间，并且有食用期限。而3D打印机所需要的食物材料只需要占用很少的空间，并且可以持续食用长达30年，这样就可以支持更长的载人宇航任务。

9.医疗植入物

就目前3D打印的使用情况来看，医疗界或许是使用3D打印技术最大的受益者。以在2012年为一个83岁的患者植入一个用钛所制的下巴手术为例，这种下巴是使用激光让多层钛粉融合在一起所制。这次手术非常成功，其医疗团队也对这种印刷植入物的优点盛赞不已。并且这个疗程非常的快并且简单。实际上，做完手术一天之后，这个女士就能够说话并且进食。

目前已经有越来越多并且复杂的身体部件能够使用3D打印机制作出来。普林斯顿大学正在尝试通过集成电子原理制作出一个功能健全的耳朵。在过去，要融合电气部件和软组织是相当困难的，但是3D技术的出现使得那些设计者们能够制作出理论上难以做到的人类身体部件。

一些医学人士推测，在不远的未来，机器能够为患者创建可替代的器官，这样的话就不会有那么多人需要等待器官捐献。

8.赛车

在中国，长沙理工大学的一个大学生就使用3D打印机制作出一部赛车。这部赛车的最高速度可以高达每小时100英里，但是它的重量只有220公斤。然而制作所需的费用非常昂贵，这个学生期许这种材料的价格能够降低从而显著降低制作成本。

赛车是由碳纤维和塑料制作而成，3D打印机能够应用单一的程序去制作复杂的部件，而不需要去安装许多细小的部分。这样的话，学生可以用比寻常需要的更短的时间去进行部件的替换。

7.外骨骼

杜邦儿童医院开发了一种外骨骼来帮助有严重肌肉问题的残疾儿童，这种外骨骼可以帮助这些残疾儿童能够更自由地移动。然而，一个名叫艾玛的两岁女孩无法使用这种外骨骼，因为它太重了。因此，这个团队设计了一个更轻的版本，并利用3D打印机制造它。

这种外骨骼为艾玛提供必要的支持，让她减少痛苦并且更有效地利用自己的四肢。此外，随着艾玛的成长，医院也能够借助3D技术迅速地制作出合适的外骨骼。

然而，它并不只是全身外骨骼。维多利亚大学的研究人员一直在做研究，期望能通过扫描病人的四肢，设计出能够专门为缺损的四肢所用的单一外骨骼。研究人员声称，这个技术将可以放射出足够强的激光帮助促进骨骼愈合。

6.定制的星球大战纪念品

迪士尼在2012年买下了《星球大战》经销权之后，他们开始向粉丝提供个性化的《星球大战》项目。例如参观迪士尼乐园的游人可以选择装扮成为一个冲锋队员或汉·索罗。

这个项目需要从多个角度扫描客户的脸直到3D打印出来一个7英寸的模型，整个过程需要大约100美元。

当然视频游戏已经使用过这种类似的技术很多年了，他们允许玩家把自己的容貌塑造出在游戏里面的角色。其他公司甚至提供这样的服务，他们可以根据客户发给他们的照片，为客户创建个性化的超级英雄。

5.尼龙自行车

欧洲宇航防务集团(EADS)创造了一个“Airbike”来展示他们的特别的印刷技术。他们使用强大的激光加热尼龙制作相应的分层，这样它就可以一层层的叠加，塑造出来一个功能完整的成品，包括脚踏板和链条。

EADS声称尼龙自行车比传统的自行车有更多优点，主要是尼龙自行车的重量只有传统自行车的一半，但强度跟钢一样。此外，尼龙自行车的生产意味着它的制造过程比传统自行车的制造更环保。

4.工具

一些制造商也在使用3 D打印机制作高度专业化的工具。这种工具的范围很广，从很常见的扭力扳手、扳手、锤子，甚至到一些在非常特殊的情况下工作所需的工具。设计师甚至推测，客户有一天可以打印或定制他们自己设计的工具。

更令人印象深刻的是，Stratasys公司已经创建了一个包含各种不同的聚合物的无绳钻。它是由柔软的材料制作出强大的塑料身体和钻头。这也意味着，如果需要更换零件也可以打印，而不必从厂家发送特定的部分。

3.电池和发电机

在这个没有电就无法正常生活的年代，每个人所用的电子设备越来越多，每天带着自己的电子设备的电池在外面到处跑的感觉非常糟糕。Erichsen想出了一个解决办法，使用一个3D打印机打印出来一个手摇的发电机。这种发电机的转速可以达到每分钟4000转，并产生足够的电力支撑手机等小型电子设备。

其他公司也在尝试使用3D制造锂离子电池，如果能够打印出这种电池非常有益。这种电池设计比早期的电池更高效，并且可以容纳更大的容量。

2.机器人

机器人是很有用的好东西，可以帮助人们做事情或解决一些问题，有时还能成为和人类一起娱乐的朋友。自3D印制技术变得更加日常广泛，人们已经设计了很多的机器人去执行各种操作。

Cevinius是Lets Make Robots的一个用户，他已经使用Lets Make Robots制作出一种由重力驱动的步行机器人。一点轻微的推动就可以使这种机器人走一个缓坡，并且它的成本只需6美元。更复杂一点的3D机器人包括可以扇动翅膀并且可以转动身体的印刷龙。

此外，英国电视节目QI的观众表示可以看到一种沙兽，沙兽是一种风力驱动的机器人。它有70多个可移动的部件， 当有风力驱动的时候它可以在一个表面爬行。

1.3D打印机

3D打印机是否能够打印出一个3D打印机呢？目前3D打印技术的研究者们正在把这个作为一个项目来研究，与俄罗斯套娃类似，这种开源程序旨在制作一个可以复制自己的3D打印设备。该项目是完全开源的，允许任何人贡献和帮助实现这个目标。到目前为止，这个项目已经发布了四个不同版本的印刷设备。目前的设想是3D打印机能够复制出所需的另一个副本几乎所有的零件，并且可以打印无数次。

via：qian10