一、3D 打印領(lǐng)域的雙雄崛起

（一）Materialise 的輝煌之路

Materialise 不僅在軟件和打印服務(wù)方面表現(xiàn)出色，還不斷探索新的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，推出適用于醫(yī)療案例管理軟件 Mimics Flow，為醫(yī)院護(hù)理點(diǎn) 3D 打印實(shí)驗(yàn)室提供了病例管理解決方案，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量管理、協(xié)作溝通和效率提升。此外，Materialise 還將攜超過 5 款全新一代產(chǎn)品亮相 2024 TCT，包括現(xiàn)場演講、軟件展示、AR 現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)體驗(yàn)等精彩活動(dòng)，展示其在 3D 打印技術(shù)方面的創(chuàng)新成果。同時(shí)，Materialise 的軟件產(chǎn)品在 3D 打印流程中被廣泛使用，其中 Magics 和 Mimics 軟件更是典型代表。Materialise 作為全球領(lǐng)先的 3D 打印軟件和服務(wù)供應(yīng)商，在 2024 年 Q3 收入同比增長 14.2%，各部門表現(xiàn)出色，特別是 Materialise Medical 部門收入增長 24.5%，調(diào)整后 EBITDA 增長 38.5%，利潤率也有所提升。

（二）Feops 的創(chuàng)新力量

Feops 在心臟護(hù)理領(lǐng)域的創(chuàng)新不僅體現(xiàn)在數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用上，還與復(fù)合材料應(yīng)用暨成型工藝有著緊密的聯(lián)系。例如，在心臟瓣膜的制造中，可能會(huì)采用超輕的碳纖維材料，這就需要先進(jìn)的復(fù)合材料成型工藝來確保瓣膜的性能和質(zhì)量。Feops 的技術(shù)能夠預(yù)測經(jīng)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)性心臟設(shè)備與患者特定解剖結(jié)構(gòu)的互動(dòng)方式，其中也涉及到對(duì)不同材料的兼容性和適應(yīng)性的考慮。通過與 Materialise 的整合，有望將先進(jìn)的復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)引入到心臟手術(shù)規(guī)劃中，為患者提供更加個(gè)性化和高質(zhì)量的治療方案。

（一）深度整合與技術(shù)融合

Materialise 收購 Feops 后，開啟了深度整合的進(jìn)程。Mimics Planner 作為 Materialise 的重要產(chǎn)品，在分割和解剖分析、規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面具有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地位。而 Feops 的技術(shù)則以數(shù)字孿生和人工智能為核心，能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性心臟介入手術(shù)提供術(shù)前規(guī)劃和預(yù)測。兩者的整合，將預(yù)測性仿真能力融入到心血管解決方案中，為臨床醫(yī)生帶來了全面的患者解剖學(xué)見解。

這種整合不僅提高了手術(shù)的準(zhǔn)確性和效率，還在多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。首先，通過先進(jìn)的可視化技術(shù)，醫(yī)生能夠更清晰地了解患者的心臟結(jié)構(gòu)，為手術(shù)方案的制定提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。其次，預(yù)測性仿真技術(shù)可以模擬手術(shù)過程中設(shè)備與患者解剖結(jié)構(gòu)的互動(dòng)方式，幫助醫(yī)生選擇最佳的設(shè)備尺寸和位置，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。此外，整合后的解決方案還提高了患者的安全性，減少了手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生。

（二）3D 打印心臟瓣膜的探索

在 3D 打印心臟瓣膜的領(lǐng)域，材料的選擇和復(fù)合材料應(yīng)用暨成型工藝至關(guān)重要。目前，已有多種創(chuàng)新材料被用于心臟瓣膜的打印，如膠原蛋白、可生物降解聚合物以及碳纖維等。

膠原蛋白作為一種生物材料，具有良好的生物相容性和可操作性。卡內(nèi)基美隆大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功以膠原蛋白為原料 3D 打印出可運(yùn)作的心臟瓣膜，為未來 3D 生物打印發(fā)展提供了新方向。這種瓣膜能夠更好地適應(yīng)人體生理環(huán)境，減少免疫排斥反應(yīng)。

可生物降解聚合物如 FibraValve，采用可生物降解的聚合物纖維制造，允許患者的細(xì)胞附著和重塑植入的支架，最終構(gòu)建一個(gè)可以與孩子一起成長并終生生活的原生瓣膜。這種材料在提供良好的機(jī)械性能的同時(shí)，還能隨著患者的生長而變化，為年輕患者帶來了新的希望。

碳纖維材料因其超輕的特性，也在心臟瓣膜制造中受到關(guān)注。先進(jìn)的復(fù)合材料成型工藝能夠確保碳纖維瓣膜的質(zhì)量和性能，使其具有更好的生物相容性和機(jī)械強(qiáng)度。

3D 打印心臟瓣膜的探索為心臟瓣膜病患者帶來了新的治療選擇，有望提高患者的治療效果和生活質(zhì)量。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和復(fù)合材料應(yīng)用暨成型工藝的不斷完善，未來 3D 打印心臟瓣膜將在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

（一）復(fù)合材料的優(yōu)勢與分類

復(fù)合材料是由基體和增強(qiáng)體組成的產(chǎn)物，在 3D 打印領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。相比傳統(tǒng)制造工藝，如開模、封模和鑄造等，3D 打印復(fù)合材料極大地簡化了制造過程，減少了人工操作，同時(shí)提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

碳纖維被譽(yù)為 “新材料之王”，由相互連接的碳原子構(gòu)成晶體結(jié)構(gòu)，在張力下提供出色的穩(wěn)定性，強(qiáng)度重量比為鋁的兩倍，適用于制造輕巧堅(jiān)固的零件。在 3D 打印中有短切纖維和連續(xù)纖維兩種形式。短切纖維是將碳纖維切成小于一毫米的細(xì)片，混入傳統(tǒng)熱塑性塑料中，適用于大多數(shù) 3D 打印機(jī)，能增強(qiáng)部件強(qiáng)度、剛度和尺寸穩(wěn)定性。連續(xù)纖維則在打印過程中將連續(xù)的碳纖維增強(qiáng)束放置在需要加固的地方，形成 3D 打印部件的主干，熱塑性塑料起到表皮作用，可實(shí)現(xiàn)以重量的一小部分達(dá)到金屬強(qiáng)度性能。

玻璃纖維是一種堅(jiān)固且成本效益高的增強(qiáng)材料，于 1930 年問世。在適當(dāng)基材上使用時(shí)，可制造出比 ABS 強(qiáng)度高十倍的零件，具有較低的剛性和脆性，出色的機(jī)械性能，作為電絕緣體有效且導(dǎo)熱性較低，有多種顏色可選，收縮率低可減少零件翹曲風(fēng)險(xiǎn)。

凱夫拉爾纖維于 1971 年推出，屬于芳綸纖維類別，極其耐用，在拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度方面表現(xiàn)出色，主要用于制造需要承受強(qiáng)烈振動(dòng)和耐磨性的部件，強(qiáng)度重量比達(dá)鋼的五倍，耐熱性高達(dá) 400°C，具有低密度、多功能應(yīng)用和均勻分子結(jié)構(gòu)等特性。

（二）復(fù)合材料在 3D 打印中的工藝

連續(xù)碳纖維制造工藝是一種獨(dú)特的打印工藝，將連續(xù)的碳纖維束鋪設(shè)到標(biāo)準(zhǔn) FDM 熱塑性基材中，增強(qiáng)打印部件強(qiáng)度。這種工藝需要兩個(gè)不同的噴嘴，首先將連續(xù)纖維涂覆在固化劑中，然后放入通過輔助打印噴嘴擠出的熱塑性基質(zhì)中，最終纖維形成 3D 打印部件的主干，而熱塑性塑料則起到表皮的作用。

目前市場上除了熔融沉積（FDＭ）工藝，也稱為 FFF（熔融線材制造）之外，還有其他多種 3D 打印技術(shù)和類型。CFF（連續(xù)線材制造）以連續(xù)纖維和熱塑性長絲為原料，將兩者送入同一個(gè) 3D 打印頭中，打印頭內(nèi)部的塑料長絲加熱融化后，將纖維束浸漬成復(fù)合材料，然后從噴嘴出口擠壓沉積在打印平臺(tái)上；ADAM（原子擴(kuò)散增材制造）、SLS/SLM（選擇性激光燒結(jié) / 選擇性激光熔化）、DLP（直接光處理）、SLA（光固化立體造型）和粘結(jié)劑噴射等技術(shù)也在不同領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

在航空航天領(lǐng)域，2018 年 10 月，波音公司為 777X 客機(jī)制作了一個(gè)大型的 3D 打印碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件，長達(dá) 3.6 米，展示了 3D 打印在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。在船舶制造中，2020 年 10 月，Moi Composites 通過玻璃纖維 3D 打印制造了一艘名為 MAMBO 的船，長 6.5 米，寬 2.5 米，重約 800 公斤，展示了連續(xù)纖維在船舶制造中的潛力。在汽車制造業(yè)中，美國的 Aptera Motors 使用凱夫拉爾復(fù)合材料 3D 打印汽車部件，凸顯了增強(qiáng)材料在汽車制造業(yè)中的巨大潛力。

（一）面臨的挑戰(zhàn)

生物相容性、材料機(jī)械性能以及制造成本是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。以復(fù)合材料應(yīng)用為例，雖然碳纖維等材料在強(qiáng)度和輕量化方面具有優(yōu)勢，但確保其與人體組織的生物相容性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如，碳纖維瓣膜需要經(jīng)過嚴(yán)格的生物相容性測試，以確保在植入人體后不會(huì)引起不良反應(yīng)。同時(shí)，材料的機(jī)械性能也需要滿足心臟瓣膜的工作要求，如在心臟的不斷跳動(dòng)下保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和功能。此外，復(fù)合材料的制造成本相對(duì)較高，這也限制了其在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

監(jiān)管審批流程的嚴(yán)格性也對(duì)技術(shù)融合提出了挑戰(zhàn)。醫(yī)療領(lǐng)域的產(chǎn)品和技術(shù)需要經(jīng)過嚴(yán)格的監(jiān)管審批，以確保其安全性和有效性。3D 打印心臟瓣膜作為一種新型的醫(yī)療產(chǎn)品，其審批流程可能會(huì)更加復(fù)雜和漫長。特別是當(dāng)涉及到復(fù)合材料的應(yīng)用時(shí)，審批機(jī)構(gòu)需要對(duì)材料的安全性、生物相容性以及制造工藝進(jìn)行全面評(píng)估。這不僅會(huì)增加審批的時(shí)間和成本，還可能影響產(chǎn)品的臨床應(yīng)用速度。

（二）廣闊的前景

盡管面臨挑戰(zhàn)，但技術(shù)融合的前景依然廣闊。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和材料科學(xué)的創(chuàng)新，預(yù)計(jì) 3D 打印醫(yī)療器械將在未來實(shí)現(xiàn)更廣泛的臨床應(yīng)用。個(gè)性化醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療的需求將推動(dòng) 3D 打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，為患者提供更優(yōu)質(zhì)的治療方案。

在未來，我們可以期待更多的創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品的出現(xiàn)。例如，通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，創(chuàng)建出智能的醫(yī)療設(shè)備和系統(tǒng)，為患者提供更高效、個(gè)性化的醫(yī)療服務(wù)。同時(shí)，隨著復(fù)合材料應(yīng)用暨成型工藝的不斷完善，3D 打印心臟瓣膜的性能將不斷提高。例如，采用先進(jìn)的復(fù)合材料成型工藝，可以制造出更加符合人體生理結(jié)構(gòu)的心臟瓣膜，提高治療效果和生活質(zhì)量。

此外，技術(shù)融合還有助于推動(dòng)醫(yī)療行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。Materialise 和 Feops 的合作，將 3D 打印技術(shù)與人工智能驅(qū)動(dòng)的仿真技術(shù)相結(jié)合，為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了新的思路和方法。這種創(chuàng)新不僅可以提高醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率，還可以促進(jìn)醫(yī)療資源的優(yōu)化配置，為更多的患者提供更好的醫(yī)療服務(wù)。

總之，Materialise 和 Feops 的技術(shù)融合為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。雖然面臨一些困難，但我們有理由相信，在科技的不斷推動(dòng)下，3D 打印技術(shù)和人工智能驅(qū)動(dòng)的仿真技術(shù)將在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為患者帶來更好的治療效果和生活質(zhì)量。