一、3D 打印領域的雙雄崛起

（一）Materialise 的輝煌之路

Materialise 不僅在軟件和打印服務方面表現出色，還不斷探索新的應用領域。例如，推出適用于醫療案例管理軟件 Mimics Flow，為醫院護理點 3D 打印實驗室提供了病例管理解決方案，實現了質量管理、協作溝通和效率提升。此外，Materialise 還將攜超過 5 款全新一代產品亮相 2024 TCT，包括現場演講、軟件展示、AR 現實增強體驗等精彩活動，展示其在 3D 打印技術方面的創新成果。同時，Materialise 的軟件產品在 3D 打印流程中被廣泛使用，其中 Magics 和 Mimics 軟件更是典型代表。Materialise 作為全球領先的 3D 打印軟件和服務供應商，在 2024 年 Q3 收入同比增長 14.2%，各部門表現出色，特別是 Materialise Medical 部門收入增長 24.5%，調整后 EBITDA 增長 38.5%，利潤率也有所提升。

（二）Feops 的創新力量

Feops 在心臟護理領域的創新不僅體現在數字孿生技術的應用上，還與復合材料應用暨成型工藝有著緊密的聯系。例如，在心臟瓣膜的制造中，可能會采用超輕的碳纖維材料，這就需要先進的復合材料成型工藝來確保瓣膜的性能和質量。Feops 的技術能夠預測經導管結構性心臟設備與患者特定解剖結構的互動方式，其中也涉及到對不同材料的兼容性和適應性的考慮。通過與 Materialise 的整合，有望將先進的復合材料應用技術引入到心臟手術規劃中，為患者提供更加個性化和高質量的治療方案。

（一）深度整合與技術融合

Materialise 收購 Feops 后，開啟了深度整合的進程。Mimics Planner 作為 Materialise 的重要產品，在分割和解剖分析、規劃和設計方面具有行業標準地位。而 Feops 的技術則以數字孿生和人工智能為核心，能夠為結構性心臟介入手術提供術前規劃和預測。兩者的整合，將預測性仿真能力融入到心血管解決方案中，為臨床醫生帶來了全面的患者解剖學見解。

這種整合不僅提高了手術的準確性和效率，還在多個方面發揮著重要作用。首先，通過先進的可視化技術，醫生能夠更清晰地了解患者的心臟結構，為手術方案的制定提供更準確的依據。其次，預測性仿真技術可以模擬手術過程中設備與患者解剖結構的互動方式，幫助醫生選擇最佳的設備尺寸和位置，降低手術風險。此外，整合后的解決方案還提高了患者的安全性，減少了手術并發癥的發生。

（二）3D 打印心臟瓣膜的探索

在 3D 打印心臟瓣膜的領域，材料的選擇和復合材料應用暨成型工藝至關重要。目前，已有多種創新材料被用于心臟瓣膜的打印，如膠原蛋白、可生物降解聚合物以及碳纖維等。

膠原蛋白作為一種生物材料，具有良好的生物相容性和可操作性。卡內基美隆大學研究團隊成功以膠原蛋白為原料 3D 打印出可運作的心臟瓣膜，為未來 3D 生物打印發展提供了新方向。這種瓣膜能夠更好地適應人體生理環境，減少免疫排斥反應。

可生物降解聚合物如 FibraValve，采用可生物降解的聚合物纖維制造，允許患者的細胞附著和重塑植入的支架，最終構建一個可以與孩子一起成長并終生生活的原生瓣膜。這種材料在提供良好的機械性能的同時，還能隨著患者的生長而變化，為年輕患者帶來了新的希望。

碳纖維材料因其超輕的特性，也在心臟瓣膜制造中受到關注。先進的復合材料成型工藝能夠確保碳纖維瓣膜的質量和性能，使其具有更好的生物相容性和機械強度。

3D 打印心臟瓣膜的探索為心臟瓣膜病患者帶來了新的治療選擇，有望提高患者的治療效果和生活質量。隨著技術的不斷進步和復合材料應用暨成型工藝的不斷完善，未來 3D 打印心臟瓣膜將在醫療領域發揮更大的作用。

（一）復合材料的優勢與分類

復合材料是由基體和增強體組成的產物，在 3D 打印領域具有顯著優勢。相比傳統制造工藝，如開模、封模和鑄造等，3D 打印復合材料極大地簡化了制造過程，減少了人工操作，同時提高了產品的穩定性。

碳纖維被譽為 “新材料之王”，由相互連接的碳原子構成晶體結構，在張力下提供出色的穩定性，強度重量比為鋁的兩倍，適用于制造輕巧堅固的零件。在 3D 打印中有短切纖維和連續纖維兩種形式。短切纖維是將碳纖維切成小于一毫米的細片，混入傳統熱塑性塑料中，適用于大多數 3D 打印機，能增強部件強度、剛度和尺寸穩定性。連續纖維則在打印過程中將連續的碳纖維增強束放置在需要加固的地方，形成 3D 打印部件的主干，熱塑性塑料起到表皮作用，可實現以重量的一小部分達到金屬強度性能。

玻璃纖維是一種堅固且成本效益高的增強材料，于 1930 年問世。在適當基材上使用時，可制造出比 ABS 強度高十倍的零件，具有較低的剛性和脆性，出色的機械性能，作為電絕緣體有效且導熱性較低，有多種顏色可選，收縮率低可減少零件翹曲風險。

凱夫拉爾纖維于 1971 年推出，屬于芳綸纖維類別，極其耐用，在拉伸強度和疲勞強度方面表現出色，主要用于制造需要承受強烈振動和耐磨性的部件，強度重量比達鋼的五倍，耐熱性高達 400°C，具有低密度、多功能應用和均勻分子結構等特性。

（二）復合材料在 3D 打印中的工藝

連續碳纖維制造工藝是一種獨特的打印工藝，將連續的碳纖維束鋪設到標準 FDM 熱塑性基材中，增強打印部件強度。這種工藝需要兩個不同的噴嘴，首先將連續纖維涂覆在固化劑中，然后放入通過輔助打印噴嘴擠出的熱塑性基質中，最終纖維形成 3D 打印部件的主干，而熱塑性塑料則起到表皮的作用。

目前市場上除了熔融沉積（FDＭ）工藝，也稱為 FFF（熔融線材制造）之外，還有其他多種 3D 打印技術和類型。CFF（連續線材制造）以連續纖維和熱塑性長絲為原料，將兩者送入同一個 3D 打印頭中，打印頭內部的塑料長絲加熱融化后，將纖維束浸漬成復合材料，然后從噴嘴出口擠壓沉積在打印平臺上；ADAM（原子擴散增材制造）、SLS/SLM（選擇性激光燒結 / 選擇性激光熔化）、DLP（直接光處理）、SLA（光固化立體造型）和粘結劑噴射等技術也在不同領域發揮著重要作用。

在航空航天領域，2018 年 10 月，波音公司為 777X 客機制作了一個大型的 3D 打印碳纖維增強復合材料部件，長達 3.6 米，展示了 3D 打印在航空航天領域的應用。在船舶制造中，2020 年 10 月，Moi Composites 通過玻璃纖維 3D 打印制造了一艘名為 MAMBO 的船，長 6.5 米，寬 2.5 米，重約 800 公斤，展示了連續纖維在船舶制造中的潛力。在汽車制造業中，美國的 Aptera Motors 使用凱夫拉爾復合材料 3D 打印汽車部件，凸顯了增強材料在汽車制造業中的巨大潛力。

（一）面臨的挑戰

生物相容性、材料機械性能以及制造成本是當前技術發展的主要瓶頸。以復合材料應用為例，雖然碳纖維等材料在強度和輕量化方面具有優勢，但確保其與人體組織的生物相容性仍然是一個挑戰。例如，碳纖維瓣膜需要經過嚴格的生物相容性測試，以確保在植入人體后不會引起不良反應。同時，材料的機械性能也需要滿足心臟瓣膜的工作要求，如在心臟的不斷跳動下保持穩定的結構和功能。此外，復合材料的制造成本相對較高，這也限制了其在醫療領域的廣泛應用。

監管審批流程的嚴格性也對技術融合提出了挑戰。醫療領域的產品和技術需要經過嚴格的監管審批，以確保其安全性和有效性。3D 打印心臟瓣膜作為一種新型的醫療產品，其審批流程可能會更加復雜和漫長。特別是當涉及到復合材料的應用時，審批機構需要對材料的安全性、生物相容性以及制造工藝進行全面評估。這不僅會增加審批的時間和成本，還可能影響產品的臨床應用速度。

（二）廣闊的前景

盡管面臨挑戰，但技術融合的前景依然廣闊。隨著技術的不斷進步和材料科學的創新，預計 3D 打印醫療器械將在未來實現更廣泛的臨床應用。個性化醫療和精準醫療的需求將推動 3D 打印技術在醫療領域的進一步發展，為患者提供更優質的治療方案。

在未來，我們可以期待更多的創新技術和產品的出現。例如，通過結合物聯網、人工智能和機器學習技術，創建出智能的醫療設備和系統，為患者提供更高效、個性化的醫療服務。同時，隨著復合材料應用暨成型工藝的不斷完善，3D 打印心臟瓣膜的性能將不斷提高。例如，采用先進的復合材料成型工藝，可以制造出更加符合人體生理結構的心臟瓣膜，提高治療效果和生活質量。

此外，技術融合還有助于推動醫療行業的創新發展。Materialise 和 Feops 的合作，將 3D 打印技術與人工智能驅動的仿真技術相結合，為醫療領域帶來了新的思路和方法。這種創新不僅可以提高醫療服務的質量和效率，還可以促進醫療資源的優化配置，為更多的患者提供更好的醫療服務。

總之，Materialise 和 Feops 的技術融合為醫療領域帶來了新的機遇和挑戰。雖然面臨一些困難，但我們有理由相信，在科技的不斷推動下，3D 打印技術和人工智能驅動的仿真技術將在醫療領域發揮更大的作用，為患者帶來更好的治療效果和生活質量。