3D列印技術三大最新「重要成果」

OFweek3D列印網訊 技術的進步無疑會讓我們欣喜若狂，也正是因為技術的不斷進步將我們帶入了一個又一個「全新時代」。而3D列印在走過了荒蠻無知的發展期之後，已日漸被大眾熟知。如今，3D列印讓我們的未來充滿了無限的可能性，而且其技術水平仍在高速發展，永不止步。

金屬3D列印基礎性研究獲重大突破

日前，來自美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個研究團隊宣布，他們正在研究一項困擾著常見金屬3D列印技術的重大問題。據悉，他們的發現將發表在8月份的《Acta Materialia》，並有可能加快3D列印技術的應用。

當這個增材製造研究項目開始的時候，Mathews就雄心勃勃地期望獲得開創性的成果。他說這項研究「力求在基於金屬的增材製造領域進行前所未有的更多、更詳細的實驗研究。」而該研究團隊即將發表的文章也代表了他們在預測和最小化金屬增材製造零部件無效缺陷和表面粗糙度方面的最新見解。

眾所周知，在增材製造金屬零部的過程中的快速加熱和使用激光生成的高溫能夠提高零部件的強度，但是同樣的工藝也可能導致空隙或毛孔，從而削弱該零部件。據了解，這些缺陷的主要原因是金屬粉末的不完全融化，或者強烈的汽化所導致的「鎖眼型」熔化。激光功率、光束尺寸、掃描速度和開口間距（hatch spacing）——這些統稱為掃描策略，是用於確定最終的孔隙度和孔隙的存在的所有變數。與該研究相關的另外一個研究項目——LLNL的金屬增材製造加速認證項目——負責人Wayne King評論說：「如果我們想要將零部件投入關鍵應用，那麼它們就必須符合質量標準。我們的項目主要專註於在科學的基礎上發展對於增材製造過程的理解，從而建立增材製造零部件質量的可信度。」

King也是這一新論文的共同作者之一，並參與了該項目的演算法開發以解決3D列印金屬零部件的表面粗糙度、殘餘應力、孔隙和微裂縫等問題。這個項目是在2015年3月與通用電氣（GE）合作開始的。America Makes為此提供了54萬美元的資金並且設定了18個月的成果交付時間。GE公司首席研究員Bill Carter證實，該演算法項目正在如期進行，其軟體將會在今年9月提供給America Makes成員。一旦演算法完成，他們將會在一種開源授權許可的條件之下將其公布出去。Matthews預期這將導致增材製造行業的更大飛躍。最終完成的軟體模型將能夠全面評估金屬粉末是如何形成一個熔池及其在固化之前的所有行為。King說：「這些模型將使金屬增材製造遠離經驗主義，並朝著更加科學的方向邁出一大步。他們還稱，這項研究非常重要，因為對於構建空間內不斷變化的環境條件的了解可以讓系統獲得對金屬3D列印對象更精確的控制，從而可以實現耐用部件的可重複列印。

Techshot宣稱2024年將在太空3D列印活體心臟

這將是一個巨大的醫學突破，並會改變等待心臟移植手術的患者的生活：3D列印一顆人類的心臟。這件事聽起來似乎很瘋狂，但是來自美國印第安納州的一家名為Techshot的公司正在努力將它變成現實。據了解，Techshot公司主要致力於為美國宇航局（NASA）、國防部和其他組織開發尖端儀器。它是John Vellinger在28年前幫助成立的，如今Vellinger是該公司的副總裁兼首席運營官。「如果一個年輕的孩子因為心臟缺陷需要做心臟移植手術的話，我們希望能夠用他自己的幹細胞製造出人類的心臟，然後植入他的體內，這個心臟就能夠與孩子一起生長，從而可以消除異體心臟移植所具有的巨大風險。」Vellinger解釋說。

但是，迄今為止，儘管3D列印技術已經經歷了很長的路，我們能夠看到各種各樣的3D列印零件、產品、玩具、植入物假體等，但是要列印出器官依然很難。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下創建一顆人類的心臟。「目前人們在3D列印沒有很多血管的骨組織方面取得了進展，但是真正的問題是血管，是如何讓血管在組織內生長。」Boland說。而且目前世界各地的科學家們都在嘗試生物列印器官，但都沒有取得突破。「真正的關鍵在於如何讓細胞生長，由於地面上的重力問題，人們已經嘗試了10到15年，一直不能實現血管化，只有血管化之後，細胞才能夠在該結構中生長。」Vellinger解釋說。

這就是為什麼這支團隊想到太空里試試。「重力是地面上的一個阻礙，在太空里由於沒有重力，就為製造一個更加完美的結構創造了機會。」Vellinger說。最近，該研究團隊把他們的設備帶到了奧蘭多和並成功地在零重力模擬器中對它進行了測試,之前我們也曾經報道過這件事。「我們在這個過程中實際上在用活的人類幹細胞列印嬰兒的心臟結構。我們下一步的計劃是使用同一台機器，把它掛在一枚可以進入地球軌道的探空火箭上，再下一步我們將把這項技術放在國際空間站上。」Vellinger說。科學家們希望，他們的設備能夠在國際空間站上3D列印出首個人類心臟。「NASA對這非常感興趣。」Vellinger說。

Boland說，第一次移植指日可待。「我們預測到2024年，我們將從太空帶回一個可移植的器官。」他說。「隨著各方面的技術逐步具備，再加上太空環境，我們認為這是一個取得重大突破的真正機會。」Vellinger補充說。

微觀生物3D列印領域獲新突破

近日，英國謝菲爾德大學（University of Sheffield）的科學家們在開發可以在生物環境中安全地使用的蠶絲微型火箭上取得了重大突破。通過使用創新的3D噴墨列印方法，該校的化學和生物工程研究人員在製造微觀蠶絲游泳裝置方面向前邁出了一大步。據了解，這種蠶絲裝置可降解，而且對其所處的生物環境完全無害。這意味著，這些裝置將來可能在被用於人體內部的一些應用當中，比如傳遞藥物和定位癌細胞等。

而且，這一新技術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對任何活組織或生物環境造成傷害或損害。這是一項重大突破，因為在此之前，這樣的裝置往往成本高昂，而且製造起來非常複雜，它們往往是用聚苯乙烯微球、納米碳管或金屬製成，其表面還必須覆蓋一層催化劑層（例如鉑），以便於能夠成功地遊動，但是這些裝置往往對它們所處的生物環境並不友好。

而謝菲爾德大學的科學家們這次3D列印的蠶絲火箭長度僅有300微米，直徑100微米，僅相當於人類的一根頭髮絲的厚度，有趣的是，這種微型蠶絲火箭能夠在其所處的生物液體環境中獲得推動其前進的燃料。據了解，科學家們發明了新的反應性噴墨列印方法，使用將溶解的蠶絲與一種酶混合在一起的溶液首次製造出了這些微型火箭。這種方法的關鍵在於這種溶液，當這種溶液製成後，科學家們只需將其放入一台3D噴墨印表機，像正常的噴墨列印那樣，逐層沉積墨水創造出一列火箭。

然後，科學家再在列印完成的溶液上列印一層甲醇，後者就會觸發反應使前者形成剛性的火箭形狀，這種形狀會將酶固定在一種蠶絲晶格結構中。最後，這種酶會作為催化劑，與外界的燃料分子進行反應產生泡沫來推動火箭向前。研究人員們稱，用酶作催化劑和並用蠶絲3D列印成微型火箭，使他們獲得了一種可生物降解、更便宜、製造方法更簡單、更安全的裝置，為人體微型火箭出現在實驗室以外去除了一個主要障礙。該校化學和生物工程系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，我們製造出來的游泳裝置比以前的更具生物相容性。而且噴墨3D列印技術也使得我們可以在火箭製造之前以數字化的方式定義其形狀。這樣就很容易優化其形狀以控制裝置游泳的方式。」

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