3D打印一周趣闻

某团队研究开发了一种氧化石墨烯(GO)/海藻酸盐/明胶复合生物墨水，并用其负载人类间充质干细胞(hMSCs)进行三维仿骨支架的打印。通过对4组不同浓度的氧化石墨烯(GO)水凝胶进行对比实验，证明了骨组织模型在组织工程应用中的潜力。首先，研究人员通过对复合溶液（GO/海藻酸钠/明胶）进行光学显微镜分析，来观察GO在水凝胶溶液中的分散性。随后对不同GO含量的水凝胶进行了弹性和粘度的流变学测试，从而确定生物墨水的可打印性（图1）。随后，研究人员针对不同GO浓度对矿物形成和支架保真度的影响进行了研究（图5、图6）。并通过使用茜素红S和H&E对三维细胞支架的ECM矿化和细胞形态进行了评估。结果表明GO的掺入改变了藻酸盐/明胶支架的粗糙度和细胞粘附性能，从而使其中的细胞具有更多的应力纤维（图7）。综上所述，研究人员利用生物3D打印技术成功制备了负载细胞的GO/海藻酸盐/明胶复合仿骨支架。通过CT扫描和组织学染色证实了掺入GO可增加支架中矿物质的形成，证明了生物3D打印矿化缺陷支架可被用于体外骨模型、化合物筛选或毒性测试，从而减少相关实验对动物的使用。

微流控设备常被采用3D打印技术制造，他们拥有小巧的外形，但悬浮在设备内部液体中的颗粒却要更小。很多化学和生物过程涉及从溶液中过滤某些颗粒，当年想通过一个过滤器装置来处理像微流控通道这样小的东西时，这恐怕很困难。因此，来自合肥工业大学和日本理化学研究所先进光子学中心的一个研究小组提出一个绝妙的想法，即3D打印一个可以远程开启和关闭的磁性旋转微过滤器。医药科学家和医学研究人员将能够在他们的3D打印微流控设备中使用这些廉价的3D打印微过滤器，从而使他们的工作更加有效。中国科技大学的Chaowei Wang介绍了这项技术可能的一些发展方向："这种过滤器最终可用于分拣不同大小的细胞，如分离循环肿瘤细胞进行分析，或检测可能表明疾病的异常大细胞。随着进一步的发展，甚至有可能将其用于放置在体内的设备中进行癌症检测"。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员已经使用3D打印技术生产出了柔软而灵活的行走“类昆虫”机器人。用于制造机器人的预算型增材制造技术可以降低3D打印软机器人的入门成本，并为该技术在对人类不安全的地方打开新的应用。根据研究人员的说法，制造昆虫机器人的主要挑战之一是重建复杂的外骨骼结构力学。外壳需要提供多种功能，包括结构支撑、关节灵活性和身体保护，同时提供传感、抓取和附着的功能表面特征。最近，机器人专家开始使用多材料3D打印，激光切割，层压和压铸法，将身体和四肢的适应性纳入机器人设计中。这些制造技术也有缺点，因为它们通常以获取昂贵且耗时的制造工具为代价，这些工具提供了有限的材料选择。为了使他们能够以更节省成本的方式3D打印柔性和弹性外骨骼，研究团队设计了一种新颖的混合方法，称为弹性骨骼打印。使用熔融沉积建模（FDM）3D打印机和标准的长丝材料（例如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS））使该方法更便宜且更易于使用。此外，新技术不同于传统方法，而是通过将3D刚性细丝直接打印到加热的热塑性薄膜上，来制造软机器人。这种方法为沉积的材料提供了灵活而坚固的基础层，并能够精确控制机器人体内关节和支杆的刚度和特性。

加州理工学院和加州大学旧金山分校的科学家们已经开发出载有DNA涂层的3D打印结构，能够将化疗药物导向受影响的器官，并且远离健康组织。加州大学旧金山分校的科学家们在2014年首次创造了Chemo Filters，它的外部被包覆了DNA，这样化疗药物就会攻击它们而不是健康细胞。尽管团队试图对最初设计进行迭代，但药物结合材料的局限性阻碍了升级设备的生产。然而，最近加州大学伯克利分校的研究人员发现，磺化的3D打印共聚物具有良好的药物捕获潜力。从他们同行业的成功中得到启发，加州理工学院和加州大学旧金山分校的团队现在提出，用DNA涂抹聚丙烯酸酯，可以使它们在体外药物捕获的应用中更加有效。研究人员正在越来越多地开发新型3D打印材料和方法，以帮助减轻那些正在接受化疗的癌症患者的痛苦。就在上个月，一个科学家合作开发了3D打印的胃肠屏蔽器，有效地减少了健康口腔和胃部细胞的辐射达30%。

由Twente Additive Manufacturing (TAM) 打印的Fibonacci House 3D成为了第一个在流行房屋共享网络Airbnb上列出的完全3D打印混凝土微型房屋。这个独特的建筑住宅根据著名的斐波那契数列设计，位于宁静的Procter，距离不列颠哥伦比亚省Nelson大约40公里。住户可以欣赏Purcell山脉的壮丽景色，可以通过远足、骑山地自行车或步行到社区海滩，畅游Kootenay湖。斐波那契屋因为它的螺旋形式符合斐波那契数列。房间包括2张床，1个浴室，还带有2个阁楼，最多能够容纳4人。房屋3晚起租，平均每晚售价约161美元（约1040人民币）。房屋结构是完全3D打印的，当地承包商完成了天花板、窗户和公用设施（包括Wi-Fi）等细节，以及集成的管道和电力系统。

近日，位于新西兰的汽车制造商Rodin Cars（罗丹汽车公司）透露，其即将推出的 "FZERO "超跑将采用3D打印变速箱。这款车的变速箱被认为是首创，包括一个液压控制的差速器，以协助控制1000匹马力的发动机所产生的扭矩，Rodin制造该车是为了使其 "比当代F1赛车更快"。罗丹汽车公司通过与3D系统公司合作3D打印定制的变速箱，而不是坚持传统的铸造和铣削，已经能够使变速箱更小、更轻、更有弹性，足以经受赛道活动的严酷考验。Rodin Cars的创始人David Dicker说：“对于Rodin FZERO变速箱，我们在重量和耐久性方面有特定的标准。由于这样一个大型部件的尺寸和质量要求，只能在3D Systems的DMP Factory 500机器上打印。我们无法找到其他能够为我们的需求提供类似解决方案的AM供应商。3D打印使我们能够设计和创建组件，而用传统的制造方法是无法实现的。"3D Systems公司运输和赛车部门负责人Kevin Baughey总结说："增材制造正在使行业领导者打破限制，脱颖而出。这是一个精彩的案例，说明增材制造不仅能够生产出通过传统方法无法制造的零件，而且还能提供更轻、更耐用、更漂亮的车辆。这是设计艺术与超性能汽车和赛车运动科学的融合"。

6月29日，西班牙巴塞罗那正在举办的世界移动通信大会上，西班牙初创企业“新肉类公司”的展台吸引了很多参观者。这家家公司用3D打印机打印出了一块“素肉”，以植物原料重塑动物肉类的肌肉纤维，烹饪后香气四溢。打印肉以豆类及大米蛋白等植物成分为原料，通过3D打印机、微挤压技术，从而模仿出纤维肉状质感及口感。公司负责人介绍称，这种“素肉”不仅更加健康，还可以有效减少畜牧业产生的温室气体排放。该公司希望明年将3D打印肉推向市场。

位于法国的利勃海尔 SAS 工厂致力于开发、设计、装配和测试用于重型机械的大型柴油机。如下图所示，看起来并不起眼的零部件恰恰是利勃海尔零部件部门向 3D打印成功转型的成果：用于固定驱动该公司重型机械和发电设备发动机的托架。FDM金属3D打印不锈钢成功应用于重型柴油发动机托架零件，满足高性能要求，而且成本相对较低，有望批量化生产制造。当企业希望通过增材制造技术改变传统制造方法时，选择经验丰富且值得信赖的3D打印专家合作伙伴是成功的关键。Forward AM 借助其专业增材制造咨询服务以及虚拟工程领域深厚的专业知识，为世界领先的工程机械生产商利勃海尔零部件部门提供金属线材与增材制造咨询服务，帮助利勃海尔建立“增材制造思维”，通过3D打印出首个零部件原型并有望实现批量化生产。目前，利勃海尔零部件部门开始进一步转型，并计划推动利勃海尔集团其它生产部门采用增材制造技术。继Forward AM Ultrafuse®316L 金属3D打印线材之后，利勃海尔零部件部门计划将 Forward AM 的先进聚合物粉末、工程级塑料线材及多用途树脂等全系列材料整合到该部门的全球生产中。

新型反应器更多地面向现场制氢的应用场景，而且创新地采用 3D 打印的形式制备螺旋反应器，可实现高通量的反应器制造过程。该设备结合普及的天然气管道避免了氢气的集中式储存，同时通过反应器的小型化和分散化降低潜在的安全风险。PNNL、STARS TC 和 SoCalGas 共同合作改进了制氢系统和螺旋微通道设计。PNNL 的技术商业化经理 Sara Hunt说：“这种增材制造工艺通过减少零件、形成铸造或机加工工艺几乎不可能创建的几何形状以及消除时间密集型制造步骤来降低制造成本。这项专利技术包括在设备内构建结构以增强热传递的独特方法。它还使材料能够涂覆或浸渍催化剂，从而加快化学转化为能量的速度。”