前景大好!把握医用3D打印市场新风口

  • 发布:2019/5/21 9:28:44
  • 来源:CPRJ 中国塑料橡胶

近几年来,全球3D打印市场蓬勃发展,渗透到建筑、医疗、航空航天、消费品和教育等多个行业领域,从3D打印房子到3D打印心脏,再到3D打印马桶等,展示出巨大的市场潜力。3D打印市场的快速发展,也带动了上游材料的需求,目前,市场上主要的3D打印材料有塑料、橡胶、金属粉末、环氧树脂及瓷材料等。当中,塑料凭着独特的性能优势成为3D打印的热门之选。

根据国外研究机构MARKETS AND MARKETS的数据,2017年全球3D打印塑料市场的市值为4.94亿美元,2018年市值约为6.158亿美元,预计到2023年将达到19.653亿美元。2018年至2023年的年复合增长率为26.1%!

更重要的是,研究还指出,到2023年,医用市场将主导3D打印塑料市场!

美欧继续主导3D塑料市场

3D打印心脏模型

基于其发达的航空航天、国防和医疗水平 — 这是3D打印塑料的主要终端消费使用者,到2023年,预计北美、欧洲仍将是3D打印塑料的主要市场,其次是亚太地区。

3D打印塑料市场增长的包括主要聚合物生产商的前向整合,另外终端使用行业各种应用中对3D打印技术的需求增加,以及对生物基塑料的需求等因素也正在积极地影响着3D打印塑料市场。

美、德、中、日和英国是3D打印塑料的主要消费市场,主要是由于在这些国家,3D打印技术在各种终端用途行业中的应用越来越多。

在北美和欧洲,大化工品牌对3D打印塑料市场的投资正在不断增加。这些公司正在与打印机制造商合作开发适用于特定技术的3D打印塑料等级。

3D打印塑料市场的主要品牌代表包括美国的3D Systems Corporation、Stratasys Ltd.、杜邦、巴斯夫、赢创及SABIC等。它们在3D塑料市场具备成熟的销售网络和专业知识,并且还在更多地投入研发项目及拥有强大的技术和市场开发能力,能够为现有产品进行升级以适应新应用。

在中国,3D医用塑料制品在医疗行业也得到广泛的应用,例如中国食品药品检定研究院早前发布《2018年医疗器械产品分类界定结果汇总》,当中就有7个3D打印塑料相关产品入选。当中包括按照II类医疗器械管理的产品,如采用超高分子聚乙烯尼龙粉制成的医用个性化骨科手术导板,以及按照I类医疗器械管理的产品,如牙科铸造用光固化模型材料,是一种光固化树脂材。

医用市场将主导3D塑料市场

根据MARKETS AND MARKETS的研究,3D打印塑料市场在终端用途行业的基础上主要划分为航空航天与国防、医疗保健、汽车、电气和电子等。

研究显示,2017年医疗领域在3D打印塑料市场占最大市场份额,预计到2023年将占据3D打印塑料市场主导地位。

预计在预期的几年内,医疗设施器械、骨科和牙科植入物将会主导医用3D打印塑料的市场增长。

PEEK发展前景大为可观

由于医用材料直接与生物系统相互作用,因此医学上对医用材料的生物相容性及安全性等方面要求更高,在材料选择、开发和审核程序上也比其他功能材料更为严格。

目前医用3D打印高分子材料主要涉及的材料有聚酰胺(Polyamide)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)、氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯和ABS等。

值得一提的是,PEEK(聚醚醚酮)材料凭着其优良的制造性能和机械性能,成为了医用3D打印塑料领域的新兴热门材料。

PEEK树脂是—种具有超高性能的特种工程塑料,是目前热塑性树脂中耐热等级最高、综合性能最优异的一类树脂。PEEK生物材料具有耐高温(负载热变形温度高达316℃,长期使用温度为260℃,暂态使用温度可达300℃)以及具有耐磨性及无毒性,加上超卓的耐疲劳性、耐化学品腐蚀及韧性和刚性,令其在医疗植入领域极具应用潜力。

PEEK目前主要运用于脊柱、创伤及关节外科内植入物等领域,其中一个典型的应用就是椎间融合器。相比以钛等材料制造的传统矫形外科植入物,用PEEK制造的椎间融合器具有明显优势。例如,能提供即刻颈椎稳定、牢固固定植骨块,促进植骨融合等。另外,还可穿透X射线,在CT和MRI扫描时不至造成干扰。

另外,PEEK还应用于人造骨关节、腰椎间盘及人工髓核等领域。总之,PEEK在脊柱手术、外伤和骨科类医疗产品的临床应用越发广泛。

四大工艺各有所长

在技术工艺层面,3D 打印技术已逐渐成为医疗科技研发的重要方向,例如植入物制造、器官模型制造与手术分析策划、定制化组织工程支架材料以及细胞或组织打印等方面。

目前应用较多的3D打印医用塑料技术主要包括熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、光固化立体印刷(SLA)及喷墨打印技术(Polyjet)等。

例如,FDM主要用于医疗模型、手术导板、器械制造(设计原型)的塑料线材制造及康复器械(矫正鞋垫)的柔性线材制造;SLA主要用于医疗模型、手术导板、康复器械(仿生手)、口腔(铸造模型)、器械制造(设计原型)的光敏树脂制造;DLP主要用于手术导板、康复器械(助听器外壳)、口腔(铸造模型)的光敏树脂制造;Polyjet主要用于手术导板的光敏树脂制造。

四种主要工艺各有所长,每种工艺也都在不断改进。例如,全球3D打印领先方案提供商Stratasys推出的新款J720 Dental 3D多材料3D打印机具有超快的工作效率,每日输送量是DLP和SLA牙科3D印表机的1.75倍!

J720相比较小的单材料打印机具有更高的工作效率,主要是由于其采用大型托盘,可同时打印六种材料,减少材料转换,无需多台打印机。另外,还可同时打印多种模型,以实现更快的生产。

此外,J720能够实现更智能化的生产,它以GrabCAD打印软件为后盾,令全数字化工作流程更为简化,使其易于从CAD模型过渡到3D打印部件。而云连接允许使用者进行远端监视 ,从单一来源跟踪多台打印机,并自动跟踪材料耗费和机器利用率。

应用从器械向药物发展

目前,3D医用塑料制品主要用于人工组织器官、医用器械和3D打印药物3大领域。人工器官方面,包括活体组织(打印血管、软骨组织等)及人工器官(人工肝脏、心脏等)。

医用塑料器械方面,包括用于输血输液用器具、中心静脉插管、心导管、注射器、腹膜透析管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜及创伤包扎材料等。未来,可耐多种消毒方式、改善血液相容性和组织相容性,及新型的疗诊、预防、保健用的塑料制品将成为研发趋势。

此外,3D打印还开始向药物方向发展。药用高分子材料在现代药物制剂研发及生产中发挥关键角色,在改善药品品质和研发新型药物传输系统中发挥了重要作用。目前,药用高分子材料的应用主要包括:用于药品剂型的改善以及缓释和靶向作用,以及合成新的药物。

从最初的快制医疗模型,到3D打印直接制造助听器外壳、植入物、复杂手术器械和3D打印药品等;由开始的无生命3D打印医疗器械到具有生物活性的打印人工组织、器官,随着3D打印技术的不断发展和精准化、个性化医疗需求的增长,3D打印技术在医疗行业的应用具有更为深广的发展。

eSUN易生今年介绍了国内首创新型技术 — 医疗鞋垫3D打印系统。项目采用扫描—设计—打印集成机,主要应用在患有糖尿病足、扁平足及运动鞋垫方向,专为客户提供定制化鞋垫。

其中,iSUN3D FLX高速柔性打印机具有双工位,同时独立打印2只鞋垫,且一双成人鞋垫成型时间在40-60min的高效率;双E轴电机,打印不卡料,且吐丝均匀流畅;机器也是高精度的进口零件,成型表面光滑无瘤点。

材料方面,则使用了eSUN易生的eTPU-95A线材。该材料拥有高柔性以及高回弹力特性,大大降低了材料的永久变形率;同时还拥有透湿性和耐水解性,使样件能经历清水洗涤,防寒保暖等工作条件。打印时不需要加热底板,出丝流畅,无臭无味,十分环保。

关键词:

医用3D打印市场,3D打印

[责任编辑:张赞丽]

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