從骨頭到槍械,3D打印成為主流意識(和媒體上的聲名遠揚)的發展歷程主要由使用這項技術制造出來的稀奇古怪的物品所構成。
但使用這項技術制造出來的一種平淡無奇的醫療物品并未得到太多的報道。如果你佩戴助聽器,那么你或許已經是3D打印革命的一員了。這是因為你佩戴的助聽器可能是3D打印的。
菲爾·李維斯(Phil Reeves)撰寫了一篇有關3D打印行業的報告。他說,有1,000多萬個3D打印的助聽器正在全球范圍內流通。EnvisionTec公司的營銷助理珍娜·富蘭克林(Jenna Franklin)聲稱,世界上的大部分助聽器都是用3D打印機制造出來的。該公司是面向助聽器行業的主要3D打印機制造商。
發生這種轉變的一大原因在于,3D打印機已經把一個依靠手工的勞動密集型行業變成了一個自動化的行業。
從通用到定制,從9步到3步
以前,助聽器的生產工序由大約9個步驟組成,包括制作模具、把它們變成耳朵印模和修整最終定型的外殼等等。助聽器制造商聘請技工并建立手工坊來執行這個工序,這需要一周多的時間。
通過這種工序制造出來的助聽器基本上都是相同的。它們的相似性反映在最終產品的尺寸上。“它們有可能與耳朵剛好契合,也有可能因為太松而脫落。”富蘭克林說。
但對于3D打印的助聽器而言,尺寸定制不再是個問題。時間也不是問題。
明尼蘇達州助聽器制造商斯達克(Starkey)的全球數字采購主管查德·法克斯(Chad Fauks)說,最終產品的塑形和注模工序現在可以在一天內完成。“3D打印為之前那種以藝術形式的方式進行的生產引入了更多科技元素。”他說。
3D打印把工序縮短到了3個步驟,即掃描、制模和打印。
在新的數字化工序中,聽力矯治專家用3D掃描儀掃描耳朵,以便用激光器造出耳朵印模。掃描過程利用數字照相機創造了大約10萬到15萬個參照點,然后發送給技術人員或模型師,他們把模板和幾何形狀應用到耳朵印模上。
在這個步驟中,技術人員會試驗多種組合和幾何模型,以便定做出適合特定客戶群的助聽器。然后,助聽器外殼用樹脂打印出來,再裝配上必要的通氣孔和電子器件。一旦技術人員完成了建模,3D打印機就能迅速制造出助聽器外殼。
例如,EnvisionTec公司的打印機可以在60到90分鐘內打印出65個助聽器外殼或47個助聽器模型。打印速度有助于制造商實現規模化和按需生產。另外,數字文件有助于模型師校準和重新利用耳朵印模來糾正錯誤。換句話說,3D打印機使快速的原型制造和批量生產成為可能。
10年的3D打印歷史
令人驚訝的是,這種變化在很大程度上沒有引起人們的注意。
3D打印服務公司iMaterialise是這個領域的先驅。2000年,這家比利時公司與瑞士助聽器制造商峰力(Phonax)合作開發了“快速外殼建模”(Rapid Shell Modeling)工序,簡稱RSM工序。iMaterialise公司的網站管理者弗蘭奇·德斯科瓦爾(Franky de Schower)說,專業的3D打印機加上聽力矯治專家手中的掃描儀,這種組合使助聽器生產實現了本地化。“這種演變可照顧到數千個病人。”他在回復郵件中寫道。
同樣,EnvisionTec公司也開發出了自己的工藝,名為“數字外殼建模”(Digital Shell Modeling),簡稱DSM。自2005年以來,該公司一直在和峰力合作。今年早些時候,丹麥的唯聽公司(Widex)利用“助聽器定制外殼計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing of Individual Shells For Hearing Aids,簡稱CAMISHA)”,生產出了世界上最小的助聽器。
斯達克在1998年開始對使用3D打印技術制造助聽器的想法進行評估。10年前,他們在其生產流程中引入3D打印機。現在,該公司在全球7家工廠里的3D打印機數量已經增加到了30臺。
法克斯說,該公司生產的助聽器中有98%都是利用串行光刻打印機(Serial Lithography Printer)制造出來的。這也是3D打印機的一種。由于醫療上的原因和復雜的形狀,剩下的那2%不是由3D打印機制造。
降低成本?不盡然
通常來說,在勞動密集型行業里,新技術的使用和引進會提高效率和降低成本。這對于一個生產成本在過去20年里平均每年增長8%的行業來說尤其重要。然而,助聽器行業的情況更為復雜。這個規模為20億美元的行業預計將在2013年至2016年期間每年增長2.8%。
雖然機器降低了勞動成本并提高了效率,但卻增加了助聽器制造商的資本投資成本。3D打印機是否能降低助聽器的生產成本?人們對此意見不一。
iMaterialise公司的德斯科瓦爾說,3D打印機在助聽器行業里的使用已經降低了耳內式助聽器的生產成本。“數字化和自動化的RSM工藝節約了制造商的時間和精力。”他說。他指出,助聽器3D打印機比大多數的工業級3D打印機要便宜得多。
3D打印工藝雖然簡化了生產流程并保證了質量的連貫性,但增加了資本投資成本。“機器和軟件的成本非常昂貴。”法克斯說。
助聽器3D打印機的價格從2萬到15萬美元不等,具體取決于建造規模和復雜性。“兩頭都是大概的數字。”EnvisionTec公司的富蘭克林說。
IBIS標準分析師奧斯丁·舍曼(Austen Sherman)撰寫了一篇關于助聽器行業的報告。他說,在生產流程中引入3D打印機,這“有可能”降低成本。但他還指出,考慮到大部分的加價發生在零售層面,很難估計這些成本節約是在短期還是在長期內實現。