3D打印:定义和解释由Pharma Drama

你听说过3D打印吗?你当然有!这是一项革命性的技术，几乎正在其应用的每个领域，包括医疗保健。在这里,医药戏剧解释了3D打印的基础知识-它是什么，它如何工作和什么可以打印。我们将讨论熔丝印刷、食品印刷、立体光刻(SLA)印刷和激光烧结。

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欢迎来到制药剧频道，在这里我们将了解医疗保健科学和医疗保健产品。在这段视频中，我想要解释一种新的制造方式，它似乎正在改变它所使用的每个部门，尤其是医药，而且在媒体中非常受欢迎;3 d打印技术。

我相信你听说过3D打印，或者读到过3D打印的惊人的东西(器官，身体部分，诸如此类的东西!)也许你有兴趣知道这项技术是如何工作的，或者也许你正在考虑购买自己的3D打印机，但不确定从哪里开始。无论如何，我将在这里解释3D打印的基本原理，如果这听起来有趣，给自己来杯饮料，打印一块巧克力，让我们开始吧。

我想最简单的方法是从你熟悉的打印机开始;一种台式喷墨打印机。假设你在某个地方度假，你住的别墅的露台上有一幅美丽的照片，展示了山谷的壮丽景色，你认为把它镶在家里的墙上会很好看。你把照片上传到你的电脑，按下打印键，打印机就像变魔术一样产生了图像。

你可能从来没有想过你的打印机是多么伟大的工程，但是我可以告诉你，一台典型的喷墨打印机每秒可以产生10,000滴墨水，每个墨水的体积只有2-4皮升(这是非常小的!)一皮升是一升的万亿分之一。两皮升的液滴大约相当于200个红细胞的大小)。

它从三种颜色的墨盒中喷射出水滴，然后将水滴精确地沉积在一张纸上，打印出你的假期快照。因为它产生的图像是单层的，所以我们称之为二维打印。如果我们将许多图像叠加在一起，我想你可能会想到我们将开始建立一个三维物体。

显然，我们需要很多很多层，因为一层墨水是很薄的，但希望你能明白基本概念。3D打印机就是这样工作的，一层一层地构建一个物体。它可以使用墨水，但通常印刷的其他材料可以让物体更快地建造，我一会儿将讨论这一点。有时，3D打印被称为增材制造，虽然我不认为这个术语很吸引人，但它确实有助于理解3D打印的过程是如何工作的。首先想想传统制造业。自从人类在几千年前发明了工具以来，我们就开始用一块材料(如木头或金属)来制造东西，然后去掉一些材料来塑造我们的物体。最初，这可能涉及使用锋利的石头将棍棒削成狩猎用的尖，而现在我们有了车床、磨坊、水枪、激光等等，让我们可以移除材料并制造物体。

从这个意义上说，我们可以把传统制造业看作减法制造业。我们从一个固体的物体块开始，然后从它中移除材质来制作我们的物体。3D打印颠覆了这种模式。我们从一无所有开始，一层一层地添加材料，来创建最终的对象，这就是为什么使用术语添加剂制造。我们从打印机中添加材料来创建我们的对象。从这个意义上说，打印机实际上是一种美化了的点胶机——想象一下拉动一个软勺冰淇淋点胶机的把手，把冰淇淋挤压成一个蛋筒。3D打印机基本上可以做同样的工作，但规模要小得多，所以我们可以更精确地创造物体。

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3D打印机怎么知道要打印什么?像任何打印机一样，它由计算机发送一组指令，告诉它要打印什么。不像我在开始时提到的喷墨打印机那样，指令是针对图像或文本的，3D打印机需要关于要打印的每一层物体的信息。实际上，一旦要制造的物体被设计好了，它就必须被切成一系列的水平层。最简单的方法是在CAD软件中设计对象。有很多软件可供选择，你可以用来设计三维对象;Tinkercad是一个很好的基于网络(而且免费)的选择，我在下面放了一个链接到他们的网站。如果你不想设计自己的物品，你可以在网上下载很多设计。我喜欢Thingiverse，你可以在下面找到它的链接。

当你按下“打印”键时，软件会自动将物体切片成水平层，并将每一层的信息发送给打印机。注意，我一直在说水平层。这是因为所有的3D打印机，无论它们如何工作，都必须将每一层水平打印到构建板上。当下一层打印出来的时候，重力会将每一层固定在合适的位置。

现在，我听到你问，3D打印机是用金属、陶瓷、塑料、树脂或粉末来制造物体吗?答案是，所有人!有很多类型的3D打印机

可用。虽然它们都是按照我上面讨论的逐层原理操作的，但它们打印的内容和固化对象的方式可能非常不同。我说的固化对象是什么意思?3D打印的物体是固体的。试图打印液体或气体是没有意义的——那会弄得一团糟!但是打印机怎么能打印出固体的东西呢?答案是否定的。3D打印真正聪明的部分是打印机如何获取原材料(我称之为原料——就像桌面打印机的墨水)，它必须能够分配，并将其变成固体。

第一种3D打印机被称为粉末床打印，实际上是一种喷墨打印。它结合了一个喷墨打印头和一个可以分配粉末的设备。打印头中没有墨水，而是一种胶水溶液。要制作一个物体，需要将一层粉末铺在构建板上，打印头从上面经过，喷胶将粉末颗粒粘在一起，形成一层。然后在第一层上铺上一层新的粉末，重复这一过程。最后，物体可以从构建板上移除，任何松散的粉末都可以被抖掉。这种打印机的一个限制是它不能打印中空的物体(因为松散的粉末会被困在里面)。

目前有许多其他类型的3D打印机可用!我会在其他视频中详细讨论其中的一些但现在我要给你们举几个例子。记住，它们都是通过一些原料来工作的，这些原料可以被分配，然后以某种方式固化。最常见的3D打印机类型是熔丝打印，你可能在家里就有一台。在熔融细丝3D打印机中，原料是一种挤压的聚合物，很像一根细线。你可以买线轴。灯丝被注入打印头并融化，变成一种粘稠的液体。然后，这种液体通过一个小喷嘴挤压到构建板上。构建板保持低温，所以当液体聚合物接触它时，它会变成固体。喷嘴以x-y光栅模式在构建板上移动，构建对象的第一层。 Once the first layer is finished, the build plate moves down and the process repeats for the second layer. In this way the object is created layer by layer. This was the first type of printer that we bought for our own labs, and we use it for printing pharmaceutical tablets, which we term Printlets. We can make a Printlet in around a minute and we can tailor the amount of dose each contains to individual patients. There will be a separate video where I discuss how to print tablets!

你可能已经看到了打印食物是可能的。制作糖果、巧克力或其他食品的3D打印机也通过加热原料材料使其变成液体(或至少足够软以便挤压)来工作。以巧克力印刷为例，将一块巧克力放入注射器中加热使其融化。当你想打印一个物体的时候，注射器的柱塞向下推，通过打印头的喷嘴将巧克力挤压到一个构建板上。同样地，构建板是冷藏的，以使巧克力凝固，并一层一层地创建对象。

另一种制作物体的方法是用激光，这里常用两种方法。第一种方法被称为立体光刻(SLA)印刷，物体由树脂制成，然后用激光将分子光固化在一起。这种树脂含有称为单体的小分子。因为它们很小，在室温下通常是液体，所以打印机把树脂放在一个容器里。当激光聚焦在树脂上时，它所包含的能量会从化学角度激发单体，使它们发生反应并结合在一起。

当单体像这样反应时，它们会形成聚合物。当聚合物链变得越来越大时，它们就会变成固体。因此，为了创造一个物体，激光以光栅模式通过树脂移动，固化它来创造一个层。然后树脂槽向下移动，重复这一过程。和往常一样，对象是一层一层地创建的。我们还使用SLA打印来制作打印稿——屏幕上显示了一些示例，您可以在那里看到最初的CAD设计和实际的打印稿。

激光用于3D打印的第二种方法，被称为激光烧结，是加热颗粒，使它们融合在一起。就像我之前提到的粉末床打印机一样，一层粉末颗粒是分散的，但不是使用喷墨打印头来喷胶，而是激光束以光栅模式在颗粒上移动。激光中的能量将粒子加热，导致相邻的粒子融合在一起。再一次，激光被用来制造物体的第一层，然后第二层粉末被铺开，重复这个过程。激光可以如此强大，甚至金属粉末都可以以这种方式熔化，这是3D打印用于制造金属物体的方式，但我们不会在药物中使用金属颗粒——没有人想要那种铁片!

没错，这些就是3D打印的基本原理。这被称为增材制造，因为物体是通过添加材料而不是移除材料来制造的。要打印的物体是用CAD软件设计的，因此它们可以被切成水平层。每一层的信息被发送到打印机，然后打印所需的材料。虽然有很多类型的3D打印机，都需要分配一个原料，然后以某种方式固化它。在医疗保健领域，我们倾向于打印聚合物、凝胶和粉末，但也有可能打印金属。

我希望这个简短的描述对你有用。如果你喜欢，请点击“喜欢”按钮并考虑订阅——这真的有助于推广该频道!我将在单独的视频中介绍特定类型的3D打印技术，也将讨论我们在UCL打印的一些药物(我们有很多3D打印机!)但是，如果你想让我解释与3D打印相关的具体话题，请在下方留言。谢谢大家的收看，我们下次再见。

来源:制药戏剧