3D打印產(chǎn)業(yè)最具發(fā)展?jié)摿Φ奈宕笮录夹g(shù)

魔猴君  行業(yè)資訊   3085天前

近期，我們從新聞里就可以看到3D打印前沿技術(shù)領(lǐng)域正逐漸散發(fā)著光芒。在全球3D打印產(chǎn)業(yè)人士的持續(xù)努力下，3D打印技術(shù)以及其前沿性的應(yīng)用又得到了進(jìn)一步的升華。如今，我們?cè)?jīng)的“幻想”正一步步走向現(xiàn)實(shí)，你準(zhǔn)備好接受這一切了嗎？

太空中3D打印真正的活體心臟

這將是一個(gè)巨大的醫(yī)學(xué)突破，并會(huì)改變等待心臟移植手術(shù)的患者的生活：3D打印一顆人類的心臟。這件事聽起來似乎很瘋狂，但是來自美國(guó)印第安納州的一家名為Techshot的公司正在努力將它變成現(xiàn)實(shí)現(xiàn)。

但是，迄今為止，盡管3D打印技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了很長(zhǎng)的路，我們能夠看到各種各樣的3D打印零件、產(chǎn)品、玩具、植入物假體等，但是要打印出器官依然很難。為此，Techshot別出心裁，正在與另外兩家公司合作，希望能夠在太空零重力狀態(tài)下創(chuàng)建一顆人類的心臟。“目前人們?cè)?D打印沒有很多血管的骨組織方面取得了進(jìn)展，但是真正的問題是血管，是如何讓血管在組織內(nèi)生長(zhǎng)?！盉oland說。目前世界各地的科學(xué)家們都在嘗試生物打印器官，但都沒有取得突破。“真正的關(guān)鍵在于如何讓細(xì)胞生長(zhǎng)，由于地面上的重力問題，人們已經(jīng)嘗試了10到15年，一直不能實(shí)現(xiàn)血管化，只有血管化之后，細(xì)胞才能夠在該結(jié)構(gòu)中生長(zhǎng)。”Vellinger解釋說。

這就是為什么這支團(tuán)隊(duì)想到太空里試試?！爸亓κ堑孛嫔系囊粋€(gè)阻礙，在太空里由于沒有重力，就為制造一個(gè)更加完美的結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)?！盫ellinger說。最近，該研究團(tuán)隊(duì)把他們的設(shè)備帶到了奧蘭多和并成功地在零重力模擬器中對(duì)它進(jìn)行了測(cè)試,之前我們也曾經(jīng)報(bào)道過這件事。“我們?cè)谶@個(gè)過程中實(shí)際上在用活的人類干細(xì)胞打印嬰兒的心臟結(jié)構(gòu)。我們下一步的計(jì)劃是使用同一臺(tái)機(jī)器，把它掛在一枚可以進(jìn)入地球軌道的探空火箭上，再下一步我們將把這項(xiàng)技術(shù)放在國(guó)際空間站上。”Vellinger說?？茖W(xué)家們希望，他們的設(shè)備能夠在國(guó)際空間站上3D打印出首個(gè)人類心臟?！癗ASA對(duì)這非常感興趣?！盫ellinger說。Boland說，第一次移植指日可待。“我們預(yù)測(cè)到2024年，我們將從太空帶回一個(gè)可移植的器官。”他說。“隨著各方面的技術(shù)逐步具備，再加上太空環(huán)境，我們認(rèn)為這是一個(gè)取得重大突破的真正機(jī)會(huì)?！盫ellinger補(bǔ)充說。

重塑材料結(jié)構(gòu)的3D打印研發(fā)技術(shù)

不論在建筑業(yè)、航空航天業(yè)還是電子工業(yè)中，選擇材料都是一件困難的事情?，F(xiàn)有的材料均有一些局限性，導(dǎo)致設(shè)計(jì)制造時(shí)要為它們妥協(xié)。不過情況正在發(fā)生改變，阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)的馬斯達(dá)爾學(xué)院正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究，科學(xué)家們希望通過重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有材料的內(nèi)在幾何結(jié)構(gòu)，3D打印出適用于特定用途的高性能材料。Rashid Abu Al-Rub 教授和他的團(tuán)隊(duì)目標(biāo)明確，他們并不想重新創(chuàng)造材料，而是選擇了專注于改變我們所熟知的塑料、金屬、水泥等材料的內(nèi)在幾何構(gòu)造。這種對(duì)材料根本上的改變使得 Abu Al-Rub 的團(tuán)隊(duì)能夠控制材料的機(jī)械、導(dǎo)熱和導(dǎo)電的屬性，他們甚至能夠突破一些材料原有的特性。

通常，密度和強(qiáng)度是緊密相關(guān)的。強(qiáng)度較高的金屬密度高，質(zhì)量大；而強(qiáng)度低的海綿則密度低，質(zhì)量小。但改變了鋁材的內(nèi)在結(jié)構(gòu)之后，“新”的材料能夠同時(shí)具有輕量和高強(qiáng)度的特性。其中原理和埃菲爾鐵塔相同，是獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而不是高強(qiáng)度的特種材料讓這座鐵塔高聳入云。Abu Al-Rub 團(tuán)隊(duì)在研究中開發(fā)了一款計(jì)算機(jī)模型，這個(gè)模型能夠生成上千種現(xiàn)有材料的幾何結(jié)構(gòu)供不同行業(yè)選擇。這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的尺寸有時(shí)是納米級(jí)的，多虧了 3D 打印技術(shù)的進(jìn)步才讓它們走出了計(jì)算機(jī)。

該團(tuán)隊(duì)表示他們的研究可能改變未來的材料設(shè)計(jì)。目前他們正在尋找業(yè)界伙伴合作，初步嘗試將研究成果商業(yè)化。

超聲波金屬3D打印技術(shù)

當(dāng)大多數(shù)人想到3D打印時(shí)，他們想到的是典型的增材過程，在這一過程中許多層材料被融合成期望的最終形狀。然而，增材制造并不總是完美制成最終產(chǎn)品。事實(shí)上，為了創(chuàng)建最終零件，大多數(shù)金屬3D打印工藝還需要額外的研磨或其他處理措施。由于這個(gè)原因，有一些公司，如Mazak、 DMG MORI和Cincinnati Inc.，將增材和減材結(jié)合來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。最近有一家公司開發(fā)了一種新型混合制造技術(shù)，被稱為超聲波增材制造（UAM）。通過利用聲波而不是熱能，F(xiàn)abrisonic的UAM平臺(tái)可被用于一些其他系統(tǒng)做不到的應(yīng)用。

在接受媒體采訪時(shí)，F(xiàn)abrisonic公司CEO Mark Norfolk解釋說，UAM機(jī)器實(shí)際上是一個(gè)內(nèi)置了超聲波焊接技術(shù)的數(shù)控銑床。薄薄的金屬箔被一層一層放置，繼而用超聲波焊接在一起。然后用銑床切割密集堆放的金屬片，以創(chuàng)建出最終零件。不像其他金屬3D打印工藝，在UAM中金屬不是被高溫熔化。這就是UAM工藝的重要優(yōu)勢(shì)?！皽囟炔粫?huì)超過200華氏度，”Norfolk闡述道?！斑@使我們能夠嵌入傳感器，因?yàn)槲覀兊牧慵粺帷Ｎ覀冎皇峭Ｖ箻?gòu)造，鉆出一個(gè)小通道，在里面放入一個(gè)傳感器，然后繼續(xù)在上面構(gòu)造。再者，它是在低溫下工作，不會(huì)損壞傳感器。”

Fabrisonic通過制造服務(wù)而不是賣設(shè)備獲得收入的80%，它發(fā)現(xiàn)一些客戶要求將熱電偶嵌入金屬零件。將熱電偶嵌入金屬零件，或者固定在零件的外部，這兩種情況都需要熱傳感器在熱環(huán)境或化學(xué)反應(yīng)環(huán)境下提供溫度讀數(shù)，并保護(hù)熱電偶不受潛在的危險(xiǎn)環(huán)境影響。對(duì)于一個(gè)客戶來說，這個(gè)創(chuàng)建熱交換器的過程意味著混合化學(xué)物質(zhì)，根據(jù)Norfolk的說法這是一個(gè)熱相關(guān)過程。他解釋道：“你把化學(xué)物質(zhì)A、B和C放到一起進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，然后生成了化學(xué)物質(zhì)D。我們把熱電偶沿著液體的混合通道相鄰放置八九個(gè)位置，使客戶精確知道它們混合的溫度。

3D打印的人造皮膚技術(shù)

近日，歐萊雅開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，利用3D打印來進(jìn)行人體皮膚的高還原度仿造。然而，將此項(xiàng)技術(shù)投入商用是令不少觀察者驚訝的，不過這個(gè)新聞起碼讓動(dòng)物保護(hù)者們又松了一口氣。這是一次化妝品公司和硅谷的合作。歐萊雅美國(guó)和生物3D打印公司 Organovo最近宣布，他們共同研發(fā)出了非常接近真實(shí)人體的皮膚組織，而歐萊雅要用它們來測(cè)試產(chǎn)品。 Organovo的技術(shù)主要是先建立特定組織的設(shè)計(jì)架構(gòu)，然后再用“生物墨水”，其實(shí)也就是細(xì)胞來打印組織，這項(xiàng)技術(shù)還允許組織垂直打印并形成分層。

據(jù)Wired報(bào)道，在和Organovo合作之前，歐萊雅其實(shí)已經(jīng)有使用體外皮膚組織的業(yè)務(wù)了，但它依然選擇嘗試更新、更有效的技術(shù)，而且新技術(shù)還有可能降低生物工程的成本。無論如何，歐萊雅的這項(xiàng)舉動(dòng)倒是會(huì)贏得不少動(dòng)物保護(hù)者的好感，據(jù)歐萊雅科技孵化器全球副總裁 Guive Balooch對(duì)《女裝日?qǐng)?bào)》表示：“ 很久以前，我們就不用動(dòng)物做實(shí)驗(yàn)了，而是轉(zhuǎn)用很多預(yù)測(cè)模型或是工程皮膚組織來測(cè)試。創(chuàng)意讓我們能夠測(cè)試更多不同的分子以及有毒成分的副作用，以保證安全和療效?！?/span>

化妝品測(cè)試的問題一度在中國(guó)也比較敏感，因?yàn)檫M(jìn)口化妝品需要進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。不過歐萊雅稱公司已經(jīng)和中國(guó)權(quán)威組織展開了合作，以嘗試和改變監(jiān)管框架，讓中國(guó)在化妝品行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)并符合國(guó)際要求，能夠?qū)ふ业酱鎰?dòng)物測(cè)試的方法。2014年開始，中國(guó)已經(jīng)開始減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的依賴，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)美容產(chǎn)品的公司可以選擇不同的測(cè)試方法，但進(jìn)口品牌依然要經(jīng)過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。3D打印技術(shù)也為歐萊雅開拓了更多可能性空間，它可以根據(jù)人們的需求定制色彩、形狀等不同產(chǎn)品，比如一個(gè)顧客就喜歡星巴克綠，那它可以用仿真皮膚看看這個(gè)綠色抹在眼皮上到底好不好看。

歐萊雅認(rèn)為，這項(xiàng)新技術(shù)如果能夠讓品牌的更新速度、創(chuàng)新能力和供應(yīng)鏈都會(huì)得到改善，科技就是未來。不過據(jù)Wired稱，也有人猜測(cè)歐萊雅集團(tuán)是否在挖掘一個(gè)新的市場(chǎng)，可以在燒傷病人等醫(yī)療領(lǐng)域有所涉獵。

3D打印微觀細(xì)胞定位技術(shù)

近日，英國(guó)謝菲爾德大學(xué)（University of Sheffield）的科學(xué)家們?cè)陂_發(fā)可以在生物環(huán)境中安全地使用的蠶絲微型火箭上取得了重大突破。通過使用創(chuàng)新的3D噴墨打印方法，該校的化學(xué)和生物工程研究人員在制造微觀蠶絲游泳裝置方面向前邁出了一大步。據(jù)了解，這種蠶絲裝置可降解，而且對(duì)其所處的生物環(huán)境完全無害。這意味著，這些裝置將來可能在被用于人體內(nèi)部的一些應(yīng)用當(dāng)中，比如傳遞藥物和定位癌細(xì)胞等。

而且，這一新技術(shù)使得研究人員可以使用安全、無毒的材料，即意味著該微型火箭不會(huì)對(duì)任何活組織或生物環(huán)境造成傷害或損害。這是一項(xiàng)重大突破，因?yàn)樵诖酥?，這樣的裝置往往成本高昂，而且制造起來非常復(fù)雜，它們往往是用聚苯乙烯微球、納米碳管或金屬制成，其表面還必須覆蓋一層催化劑層（例如鉑），以便于能夠成功地游動(dòng)，但是這些裝置往往對(duì)它們所處的生物環(huán)境并不友好。而謝菲爾德大學(xué)的科學(xué)家們這次3D打印的蠶絲火箭長(zhǎng)度僅有300微米，直徑100微米，僅相當(dāng)于人類的一根頭發(fā)絲的厚度，有趣的是，這種微型蠶絲火箭能夠在其所處的生物液體環(huán)境中獲得推動(dòng)其前進(jìn)的燃料。

據(jù)了解，科學(xué)家們發(fā)明了新的反應(yīng)性噴墨打印方法，使用將溶解的蠶絲與一種酶混合在一起的溶液首次制造出了這些微型火箭。這種方法的關(guān)鍵在于這種溶液，當(dāng)這種溶液制成后，科學(xué)家們只需將其放入一臺(tái)3D噴墨打印機(jī)，像正常的噴墨打印那樣，逐層沉積墨水創(chuàng)造出一列火箭。然后，科學(xué)家再在打印完成的溶液上打印一層甲醇，后者就會(huì)觸發(fā)反應(yīng)使前者形成剛性的火箭形狀，這種形狀會(huì)將酶固定在一種蠶絲晶格結(jié)構(gòu)中。最后，這種酶會(huì)作為催化劑，與外界的燃料分子進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生泡沫來推動(dòng)火箭向前。

研究人員們稱，用酶作催化劑和并用蠶絲3D打印成微型火箭，使他們獲得了一種可生物降解、更便宜、制造方法更簡(jiǎn)單、更安全的裝置，為人體微型火箭出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室以外去除了一個(gè)主要障礙。該校化學(xué)和生物工程系Xiubo Zhao博士稱：“通過使用像過氧化氫酶這樣天然的酶和蠶絲這樣完全可生物降解的材料，我們制造出來的游泳裝置比以前的更具生物相容性。而且噴墨3D打印技術(shù)也使得我們可以在火箭制造之前以數(shù)字化的方式定義其形狀。這樣就很容易優(yōu)化其形狀以控制裝置游泳的方式?！?/span>

(來源：OFweek 3D打印網(wǎng)）