3D 打印新征程：Materialise 与 Feops 的融合创新

一、3D 打印领域的双雄崛起

（一）Materialise 的辉煌之路

Materialise 不仅在软件和打印服务方面表现出色，还不断探索新的应用领域。例如，推出适用于医疗案例管理软件 Mimics Flow，为医院护理点 3D 打印实验室提供了病例管理解决方案，实现了质量管理、协作沟通和效率提升。此外，Materialise 还将携超过 5 款全新一代产品亮相 2024 TCT，包括现场演讲、软件展示、AR 现实增强体验等精彩活动，展示其在 3D 打印技术方面的创新成果。同时，Materialise 的软件产品在 3D 打印流程中被广泛使用，其中 Magics 和 Mimics 软件更是典型代表。Materialise 作为全球领先的 3D 打印软件和服务供应商，在 2024 年 Q3 收入同比增长 14.2%，各部门表现出色，特别是 Materialise Medical 部门收入增长 24.5%，调整后 EBITDA 增长 38.5%，利润率也有所提升。

（二）Feops 的创新力量

Feops 在心脏护理领域的创新不仅体现在数字孪生技术的应用上，还与复合材料应用暨成型工艺有着紧密的联系。例如，在心脏瓣膜的制造中，可能会采用超轻的碳纤维材料，这就需要先进的复合材料成型工艺来确保瓣膜的性能和质量。Feops 的技术能够预测经导管结构性心脏设备与患者特定解剖结构的互动方式，其中也涉及到对不同材料的兼容性和适应性的考虑。通过与 Materialise 的整合，有望将先进的复合材料应用技术引入到心脏手术规划中，为患者提供更加个性化和高质量的治疗方案。

（一）深度整合与技术融合

Materialise 收购 Feops 后，开启了深度整合的进程。Mimics Planner 作为 Materialise 的重要产品，在分割和解剖分析、规划和设计方面具有行业标准地位。而 Feops 的技术则以数字孪生和人工智能为核心，能够为结构性心脏介入手术提供术前规划和预测。两者的整合，将预测性仿真能力融入到心血管解决方案中，为临床医生带来了全面的患者解剖学见解。

这种整合不仅提高了手术的准确性和效率，还在多个方面发挥着重要作用。首先，通过先进的可视化技术，医生能够更清晰地了解患者的心脏结构，为手术方案的制定提供更准确的依据。其次，预测性仿真技术可以模拟手术过程中设备与患者解剖结构的互动方式，帮助医生选择最佳的设备尺寸和位置，降低手术风险。此外，整合后的解决方案还提高了患者的安全性，减少了手术并发症的发生。

（二）3D 打印心脏瓣膜的探索

在 3D 打印心脏瓣膜的领域，材料的选择和复合材料应用暨成型工艺至关重要。目前，已有多种创新材料被用于心脏瓣膜的打印，如胶原蛋白、可生物降解聚合物以及碳纤维等。

胶原蛋白作为一种生物材料，具有良好的生物相容性和可操作性。卡内基美隆大学研究团队成功以胶原蛋白为原料 3D 打印出可运作的心脏瓣膜，为未来 3D 生物打印发展提供了新方向。这种瓣膜能够更好地适应人体生理环境，减少免疫排斥反应。

可生物降解聚合物如 FibraValve，采用可生物降解的聚合物纤维制造，允许患者的细胞附着和重塑植入的支架，最终构建一个可以与孩子一起成长并终生生活的原生瓣膜。这种材料在提供良好的机械性能的同时，还能随着患者的生长而变化，为年轻患者带来了新的希望。

碳纤维材料因其超轻的特性，也在心脏瓣膜制造中受到关注。先进的复合材料成型工艺能够确保碳纤维瓣膜的质量和性能，使其具有更好的生物相容性和机械强度。

3D 打印心脏瓣膜的探索为心脏瓣膜病患者带来了新的治疗选择，有望提高患者的治疗效果和生活质量。随着技术的不断进步和复合材料应用暨成型工艺的不断完善，未来 3D 打印心脏瓣膜将在医疗领域发挥更大的作用。

（一）复合材料的优势与分类

复合材料是由基体和增强体组成的产物，在 3D 打印领域具有显著优势。相比传统制造工艺，如开模、封模和铸造等，3D 打印复合材料极大地简化了制造过程，减少了人工操作，同时提高了产品的稳定性。

碳纤维被誉为 “新材料之王”，由相互连接的碳原子构成晶体结构，在张力下提供出色的稳定性，强度重量比为铝的两倍，适用于制造轻巧坚固的零件。在 3D 打印中有短切纤维和连续纤维两种形式。短切纤维是将碳纤维切成小于一毫米的细片，混入传统热塑性塑料中，适用于大多数 3D 打印机，能增强部件强度、刚度和尺寸稳定性。连续纤维则在打印过程中将连续的碳纤维增强束放置在需要加固的地方，形成 3D 打印部件的主干，热塑性塑料起到表皮作用，可实现以重量的一小部分达到金属强度性能。

玻璃纤维是一种坚固且成本效益高的增强材料，于 1930 年问世。在适当基材上使用时，可制造出比 ABS 强度高十倍的零件，具有较低的刚性和脆性，出色的机械性能，作为电绝缘体有效且导热性较低，有多种颜色可选，收缩率低可减少零件翘曲风险。

凯夫拉尔纤维于 1971 年推出，属于芳纶纤维类别，极其耐用，在拉伸强度和疲劳强度方面表现出色，主要用于制造需要承受强烈振动和耐磨性的部件，强度重量比达钢的五倍，耐热性高达 400°C，具有低密度、多功能应用和均匀分子结构等特性。

（二）复合材料在 3D 打印中的工艺

连续碳纤维制造工艺是一种独特的打印工艺，将连续的碳纤维束铺设到标准 FDM 热塑性基材中，增强打印部件强度。这种工艺需要两个不同的喷嘴，首先将连续纤维涂覆在固化剂中，然后放入通过辅助打印喷嘴挤出的热塑性基质中，最终纤维形成 3D 打印部件的主干，而热塑性塑料则起到表皮的作用。

目前市场上除了熔融沉积（FDＭ）工艺，也称为 FFF（熔融线材制造）之外，还有其他多种 3D 打印技术和类型。CFF（连续线材制造）以连续纤维和热塑性长丝为原料，将两者送入同一个 3D 打印头中，打印头内部的塑料长丝加热融化后，将纤维束浸渍成复合材料，然后从喷嘴出口挤压沉积在打印平台上；ADAM（原子扩散增材制造）、SLS/SLM（选择性激光烧结 / 选择性激光熔化）、DLP（直接光处理）、SLA（光固化立体造型）和粘结剂喷射等技术也在不同领域发挥着重要作用。

在航空航天领域，2018 年 10 月，波音公司为 777X 客机制作了一个大型的 3D 打印碳纤维增强复合材料部件，长达 3.6 米，展示了 3D 打印在航空航天领域的应用。在船舶制造中，2020 年 10 月，Moi Composites 通过玻璃纤维 3D 打印制造了一艘名为 MAMBO 的船，长 6.5 米，宽 2.5 米，重约 800 公斤，展示了连续纤维在船舶制造中的潜力。在汽车制造业中，美国的 Aptera Motors 使用凯夫拉尔复合材料 3D 打印汽车部件，凸显了增强材料在汽车制造业中的巨大潜力。

（一）面临的挑战

生物相容性、材料机械性能以及制造成本是当前技术发展的主要瓶颈。以复合材料应用为例，虽然碳纤维等材料在强度和轻量化方面具有优势，但确保其与人体组织的生物相容性仍然是一个挑战。例如，碳纤维瓣膜需要经过严格的生物相容性测试，以确保在植入人体后不会引起不良反应。同时，材料的机械性能也需要满足心脏瓣膜的工作要求，如在心脏的不断跳动下保持稳定的结构和功能。此外，复合材料的制造成本相对较高，这也限制了其在医疗领域的广泛应用。

监管审批流程的严格性也对技术融合提出了挑战。医疗领域的产品和技术需要经过严格的监管审批，以确保其安全性和有效性。3D 打印心脏瓣膜作为一种新型的医疗产品，其审批流程可能会更加复杂和漫长。特别是当涉及到复合材料的应用时，审批机构需要对材料的安全性、生物相容性以及制造工艺进行全面评估。这不仅会增加审批的时间和成本，还可能影响产品的临床应用速度。

（二）广阔的前景

尽管面临挑战，但技术融合的前景依然广阔。随着技术的不断进步和材料科学的创新，预计 3D 打印医疗器械将在未来实现更广泛的临床应用。个性化医疗和精准医疗的需求将推动 3D 打印技术在医疗领域的进一步发展，为患者提供更优质的治疗方案。

在未来，我们可以期待更多的创新技术和产品的出现。例如，通过结合物联网、人工智能和机器学习技术，创建出智能的医疗设备和系统，为患者提供更高效、个性化的医疗服务。同时，随着复合材料应用暨成型工艺的不断完善，3D 打印心脏瓣膜的性能将不断提高。例如，采用先进的复合材料成型工艺，可以制造出更加符合人体生理结构的心脏瓣膜，提高治疗效果和生活质量。

此外，技术融合还有助于推动医疗行业的创新发展。Materialise 和 Feops 的合作，将 3D 打印技术与人工智能驱动的仿真技术相结合，为医疗领域带来了新的思路和方法。这种创新不仅可以提高医疗服务的质量和效率，还可以促进医疗资源的优化配置，为更多的患者提供更好的医疗服务。

总之，Materialise 和 Feops 的技术融合为医疗领域带来了新的机遇和挑战。虽然面临一些困难，但我们有理由相信，在科技的不断推动下，3D 打印技术和人工智能驱动的仿真技术将在医疗领域发挥更大的作用，为患者带来更好的治疗效果和生活质量。