Gartner预测2019丨3D打印加速发展，4D打印正在起步

孟海华/编译战略前沿技术

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转自：三思派（Science-Pie）

编译：孟海华

Gartner估计：

➤ 到2023年，致力于4D打印的初创公司，将吸引3亿美元的风险投资。

➤ 到2023年，发达国家医疗设备市场份额的25%将使用3D打印。

➤ 到2023年，使用生物合成和活细胞的3D打印将推动价值数十亿美元的假体、器官修补替代的市场份额。

➤ 到2020年，3D打印可穿戴设备中医疗保健的市场份额不到10%。

➤ 到2020年，3D打印金属、合金将成为商业、军事甚至一些消费市场中替换零部件的不可或缺的途径。

一

到2023年，致力于4D打印的初创公司，将吸引3亿美元的风险投资

3D打印技术的快速创新包括材料数量类别的增加、新合金及反应性能的提升，也包括智能材料的发明和改进。采用智能材料的3D打印（4D打印）将增强零件和产品的智能。

4D打印在航空业已经拥有了令人信服的使用案例。对于智能材料的研发至少在30年前就开始了，这些材料在纳米结构上有一些不同，具有动态的变化能力，会因为其环境中的物理、化学或生物变化（例如，温度、压力、水分含量和光照）而改变形状和性质。

从近期的发展来看，4D打印将在接触式温度计，新型传感器和执行器等方面有所应用，形状变化可包括折叠、扭曲、卷曲、膨胀、自愈或收缩等。

4D打印处于3D打印发展的创新触发阶段，已经吸引了哈佛大学、麻省理工学院、新加坡科技设计大学、澳大利亚卧龙岗大学的持续关注。企业有空中客车公司、惠普公司致力于4D打印的研发，而国防承包商也可能参与此类项目。西北大学国际纳米技术研究所获得了一份为期五年，850万美元的资助，为美国国防部开发“4D打印机”。DARPA的工程生活材料（ELM）项目也正在研究4D打印技术。

二

到2023年，发达国家医疗设备市场份额的25%将使用3D打印

3D打印技术在医疗保健领域的应用正在加速，并将在未来十年，为提供个性化临床服务发挥核心作用。Gartner估计当前5％左右的关节置换、外科植入物、假肢安装，都在使用3D打印。

与3D软件和打印解决方案配套的图片归档、通信系统（PACS）、放射信息系统（RIS）的服务产品在增加，以实现更好的可视化、差异化和持续创新。 3D打印用于外科部门的医疗设备，手术器械、解剖模型得到更多的应用，并且取得了更好的效果。个性化的种植体和修复业务模式不断创新，制造成本进一步降低。

三

到2023年，使用生物合成和活细胞的3D打印将推动价值数十亿美元的假体、器官修补替代的市场份额

3D打印假肢和附肢（例如，耳朵）和一些特定的瓣膜正在加速发展，主要使用各种聚合物作为材料。在过去三年中，用于3D打印的干细胞、专用打印头和喷嘴的快速发展，再加上改进的多载体功能，混合“生物合成”结构得到显著的进步。

生物合成物质如水凝胶和胶原蛋白正越来越多地被探索和测试，为干细胞提供“支架”以构建器官“贴片”，软骨结构（如气管和关节软骨），甚至具有包括最小生理功能在内的整个器官。许多初创公司，大学和研究实验室正在使用越来越复杂的技术开发和测试3D打印的组织、贴片和器官。

四

到2020年，3D打印可穿戴设备中医疗保健的市场份额不到10%

3D打印可穿戴设备拥有广泛的市场机会，从定制鞋垫到时尚耳环、健康和医疗、以及体育和专业培训等领域，具有构建快速原型，减少成本和满足个人喜好的个性化定制等许多优点。在短期内，3D打印可穿戴技术的使用将部分围绕人体机能增强和支持残疾用户。

3D打印越来越多的使用，将需要评估这些可穿戴设备的机械强度能力和生物相容性，以及符合所需的监管要求。诸如皮肤刺激，敏感性或机械强度等问题将是确定3D打印可穿戴设备是否具备使用有效性的关键。虽然缺乏行业认可的标准来评估，但医疗保健中3D打印可穿戴设备的机械强度和生物相容性将成为大规模应用的瓶颈，已成为业界共识。

五

到2020年，3D打印金属、合金将成为商业、军事甚至一些消费市场中替换零部件的不可或缺的途径

在整个产品开发生命周期中，从原型设计、工具、夹具和制造中使用的固定装置到成品和备件，都可使用3D打印机。许多组织的目标是3D打印金属部件，无论是较大产品的组件还是成品，3D打印的这些小批量纯金属或金属合金零件，在飞机、航天器、船只和海底勘察船等市场中特别具有吸引力，也用于汽车、卡车、军事装备、医疗设备和制造系统。3D打印将成为商业、军事乃至某些消费市场中替代零件供应链的关键一环。

本文由上海市科学学研究所产业创新研究室副研究员孟海华博士根据Gartner相关报告编译。文章观点不代表主办机构观点。

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