在3D打印產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的浩瀚歷史長河中，我們時(shí)不時(shí)的能夠看到其“一鳴驚人”的成果出現(xiàn)。這就像在3D打印出現(xiàn)之前，人們并沒有思考過未來會(huì)有一種技術(shù)能夠改變我們對(duì)于傳統(tǒng)制造的認(rèn)知，改變未來的各行各業(yè)，進(jìn)而改變我們的生活。近期，全球3D打印技術(shù)又出現(xiàn)了幾大“驚人”成果，下面就讓小編帶你一起看看吧：
首個(gè)高速金屬增材制造系統(tǒng)PrintValley
3D打印制造個(gè)體以及低量生產(chǎn)定制產(chǎn)品的能力是該工藝很快適應(yīng)大量行業(yè)和應(yīng)用的原因之一。但是大規(guī)模生產(chǎn)仍然是相當(dāng)便宜的，主要原因在與大量制造產(chǎn) 品的效率很高。生產(chǎn)一個(gè)定制3D打印零件的時(shí)間內(nèi)，通過傳統(tǒng)制造工藝可以生產(chǎn)數(shù)百個(gè)甚至上千個(gè)零件。即使對(duì)于像牙科或醫(yī)療植入物這樣的小零件，打印過程可 能都需要幾個(gè)小時(shí)，然后每個(gè)零件都需要單獨(dú)處理，以去除多余的材料，刨光表面使之更光滑。
后期處理可能會(huì)增加幾個(gè)小時(shí)的生產(chǎn)時(shí)間，因而 需要花費(fèi)更多時(shí)間來生產(chǎn)個(gè)體或小批量零件。雖然3D打印技術(shù)正在發(fā)展，有了更快的打印速度和更高的成品精度，但是金屬零件的生產(chǎn)仍然是勞動(dòng)密集型的。金屬 零件往往需要用一臺(tái)完全不同的機(jī)器來打磨表面，如拋光輪或數(shù)控銑床。有許多例子說明了使用增材制造技術(shù)更有成效且更劃算，但在大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)的制造工 藝仍然是最好的。然而，一個(gè)技術(shù)公司聯(lián)盟可能即將改變這種情況，這些公司由歐盟負(fù)責(zé)，旨在通過集成3D打印和表面處理技術(shù)來開發(fā)高性能生產(chǎn)線。
日前，一個(gè)被稱為Hyproline的歐洲增材制造項(xiàng)目展示了他們的新型增材制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)已被優(yōu)化為適合小部件的高速生產(chǎn)。該系統(tǒng)可以使用 316L不銹鋼、鈦金屬或銅材料3D打印小批量或單獨(dú)定制的金屬部件，最終打印成功并去除多余的材料，然后從生產(chǎn)線上自動(dòng)移走成品。這些企業(yè)被集合在一起 進(jìn)行Hyproline項(xiàng)目，這多虧了歐盟第七框架計(jì)劃的研究與技術(shù)開發(fā)(FP7)所提供的為期三年的資助，該計(jì)劃在2007年推出，旨在鼓勵(lì)未來的企業(yè) 發(fā)展。
Hyproline項(xiàng)目的最終產(chǎn)品是PrintValley，一個(gè)循環(huán)輸送系統(tǒng)，包括100個(gè)獨(dú)立搭建的平臺(tái)，每一個(gè)都可以單獨(dú) 地升高、降低或去除。每個(gè)平臺(tái)都可在同一時(shí)間制造個(gè)體、定制金屬零件或小批量生產(chǎn)金屬零件。平臺(tái)跟隨旋轉(zhuǎn)式傳送帶移動(dòng)，零件可以在上面被3D打印、3D掃 描缺陷或打印錯(cuò)誤、激光加工以去除多余的打印材料或表面缺陷，然后用一個(gè)集成的拾放機(jī)器人移走。PrintValley可以容納多個(gè)自定義模塊，除了那些 包含在Hyproline示范單位里的。這意味著，幾乎任何類型的制造或裝配系統(tǒng)都可以包括在內(nèi)，包括數(shù)控銑床、噴墨3D打印系統(tǒng)以及給零件上色的工具。
高性能PrintValley系統(tǒng)十分依賴能夠確保所有模塊和集成技術(shù)工作正確性的軟件。這包括精確3D打印，以及能測量成品3D打印零件的激光掃描系 統(tǒng)，并將它們和CAD文件對(duì)照。該軟件可以辨別一個(gè)零件是否被打印得足夠準(zhǔn)確，是需要用激光來修正表面缺陷或是用拾取系統(tǒng)從生產(chǎn)線上移除并丟棄它。ITI 的CAD固定技術(shù)負(fù)責(zé)通過創(chuàng)建點(diǎn)云掃描并將其和CAD幾何匹配來檢驗(yàn)零件。這個(gè)歐盟資助的Hyproline聯(lián)盟目的是開發(fā)一個(gè)工藝，將3D打印技術(shù)用于 高速生產(chǎn)。目標(biāo)是使自動(dòng)化的增材制造過程能夠小批量生產(chǎn)金屬部件，減少上市時(shí)間，提高精度，減少浪費(fèi)材料和廢棄零件的數(shù)量。這些都被認(rèn)為是中小型歐洲公司 制造小型金屬零件的關(guān)鍵目標(biāo)，如電子、牙科、醫(yī)療和珠寶應(yīng)用。PrintValley將生產(chǎn)小型金屬零件的時(shí)間從一天減少到幾分鐘。
雷神公司：3D打印完整的導(dǎo)彈已在地平線上
在美國亞利桑那州Tucson，雷神(Raytheon)公司設(shè)計(jì)部門的工程師們正在對(duì)3D打印的導(dǎo)彈部件進(jìn)行測試。這家美國國防承包商認(rèn)為，盡管如今增材制造還只能取代某些部件的制造，但有一天它可以3D打印整個(gè)導(dǎo)彈。從整體上看，3D打印的應(yīng)用在民用方面的比例較大，但是這并不意味著3D打印機(jī)不能用于制造致命的東西。雷神公司就是這么想的，這家美國國防承包商是全球制導(dǎo)導(dǎo)彈的最大生產(chǎn)商。該公司正在追隨著其他軍工企業(yè)，如洛克希德·馬丁和MBDA等，的腳步，探索在其導(dǎo)彈上使用既強(qiáng)又輕的3D打印部件的可能性。
據(jù)了解，自從最近購買了一套商業(yè)3D打印機(jī)之后，雷神公司幾乎沒有機(jī)會(huì)關(guān)上機(jī)器，該公司的設(shè)計(jì)工程師團(tuán)隊(duì)一直在嘗試用各種新的方式來制造導(dǎo)彈部件。雷神導(dǎo) 彈系統(tǒng)公司總裁Taylor Lawrence認(rèn)為，3D打印機(jī)將很快被用在前線為導(dǎo)彈提供零部件，這將改變戰(zhàn)術(shù)，消除供應(yīng)鏈問題，極大地加快備件更換過程。然而，在此期間，工程師必 須確定哪些導(dǎo)彈部件可以比較安全有效地使用3D打印來替代。目前已經(jīng)確認(rèn)的只有少數(shù)零部件，但雷聲公司正試圖完全跳出來，在更高的角度來考慮整個(gè)制造過程 的時(shí)間和成本的削減。該公司甚至正在研究其導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、印刷電路，以及雷達(dá)微波組件應(yīng)用3D打印技術(shù)的可能性?！霸谀軌?D打印整個(gè)導(dǎo)彈前我們還要經(jīng)歷很長一段時(shí)間，但是我們確實(shí)看到了曙光。”Lawrence對(duì)金融時(shí)報(bào)說。
今年早些時(shí)候，洛克希德·馬丁公司開發(fā)了一款帶有3D打印電纜護(hù)套的三叉戟II D5導(dǎo)彈，并成功地將該部件的制造時(shí)間降低至通常的一半。除此之外，歐洲導(dǎo)彈制造商MBDA也計(jì)劃在其武器的一些小部件上使用3D打印技術(shù)。與這些競爭對(duì) 手一樣，雷神公司認(rèn)為，3D打印技術(shù)可以幫助提高導(dǎo)彈制造的生產(chǎn)力：“從根本上說，我們可以更快地制造出新功能，這意味著更低的成本。”Lawrence 說。MBDA公司的業(yè)務(wù)主管Jeff Morgans估計(jì)3D打印技術(shù)可以削減高達(dá)75%的生產(chǎn)時(shí)間，但他強(qiáng)調(diào)盡管有著如此光明的前景，謹(jǐn)慎還是必要的：“武器性能是最重要的。”他說：“我們 必須能夠確認(rèn)這項(xiàng)技術(shù)使用起來沒有任何風(fēng)險(xiǎn)。”在今年早些時(shí)候，雷神公司就宣布，它將使用3D打印技術(shù)來提升其武器系統(tǒng)，為此它加入了一個(gè)更廣泛的武器制 造商集團(tuán)尋求將增材制造的力量用于軍事。比如BAE Systems公司最近就提出了“Chemputer”——一種可以3D打印軍用無人機(jī)的化學(xué)增材制造系統(tǒng)的設(shè)想；而韓國空軍去年宣布，它將把3D打印部 件納入其戰(zhàn)斗機(jī)引擎。
哈佛科學(xué)家成功3D打印“生物機(jī)器人”
在當(dāng)前的3D打印領(lǐng)域，3D生物打印器官可以被稱為圣杯之一，世界各地的眾多研究團(tuán)隊(duì)都正在努力實(shí)現(xiàn)3D打印可植入的組織。日前，哈佛大學(xué)的研究人 員朝著這個(gè)方向完成了重要的一步。在一次探索心臟組織工程的嘗試中，由該校教授Kit Kevin Parker帶領(lǐng)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)打造出了一條“活”的微型魔鬼魚(又稱黃貂魚、刺鰩)。據(jù)悉這個(gè)神奇的生物機(jī)器人是用大鼠心臟肌肉組織和3D打印的黃建軟骨組 成的，它能夠?qū)獾拿}動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)。
當(dāng)然，在這里“活”一定是打引號(hào)的，因?yàn)檫@條硬幣大小的魔鬼魚并不是真正活的。盡管這些組織細(xì)胞是活 的，而且它們也能夠?qū)饩€產(chǎn)生反應(yīng)，以方便移動(dòng)，但該生物實(shí)際上并不能進(jìn)行自主決策、繁殖等。盡管如此，這也可以稱得上是顛覆性的突破，并足以推動(dòng)機(jī)器 人、人工智能、生物工程和3D生物打印領(lǐng)域更多的創(chuàng)新。對(duì)大多數(shù)顛覆性突破一樣，它也開始于一個(gè)簡單的想法。兩年前，Parker教授帶著年輕的女兒去波 士頓的新英格蘭水族館，在那里他看到自己的女兒完全沉迷于魔鬼魚。教授看著展覽，開始思考如何開發(fā)能夠以類似蜿蜒模式移動(dòng)的肌肉。“突然就像一道閃電擊中 了我，它看起來很像心臟的肌肉層，這使我找到了用肌肉組織打造該系統(tǒng)的方法?！彼貞浀?。
左側(cè)是人造的魔鬼魚，右側(cè)是真正的魔鬼魚
這個(gè)不尋常的概念被Wyss研究員Sung-Jin Park接受，并迅速成為哈佛大學(xué)應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院疾病生物物理學(xué)組研究人員的一個(gè)新的研究項(xiàng)目，牽涉其中的還有來自伊利諾伊大學(xué)、密歇根大學(xué)和斯坦福 大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員。它是如何工作的？簡單地說，這條小小的魔鬼魚結(jié)合工程、細(xì)胞培養(yǎng)、遺傳學(xué)和生物力學(xué)等領(lǐng)域的最新科技進(jìn)展于一體，其重量只有10 克，其骨架是用非常薄的黃金3D打印而成的，上面還鋪了兩層薄薄的彈性聚合物。該聚合物上面覆蓋了大約20萬個(gè)活的心肌細(xì)胞，這些細(xì)胞取自大鼠的心肌。
為了控制細(xì)胞，團(tuán)隊(duì)使用了光遺傳學(xué)技術(shù)，這是一種神經(jīng)科學(xué)研究的常用方法，即用光來打開和關(guān)閉神經(jīng)。神經(jīng)元或心臟肌肉并不會(huì)自動(dòng)對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)，但通過光 遺傳學(xué)，可以通過一段DNA對(duì)細(xì)胞進(jìn)行升級(jí)。這段特殊的DNA編碼代表了一種可以對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)的蛋白，從而使細(xì)胞呈現(xiàn)光敏感性。如今，當(dāng)光線爆發(fā)時(shí)，經(jīng)過 基因修改的細(xì)胞收縮，然后推動(dòng)鰭向下滑動(dòng)，當(dāng)細(xì)胞放松時(shí)，該人造魔鬼魚的骨架會(huì)將鰭收回來。結(jié)果就是這樣一個(gè)根據(jù)光線波動(dòng)來游泳的魔鬼魚機(jī)器人。 Parker教授指出，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，細(xì)胞起到了傳感器和致動(dòng)器的作用，這既有好處也有缺點(diǎn)：雖然活的肌肉細(xì)胞比合成的致動(dòng)器更節(jié)能，但它們也很容易受傷 害。為了保持其活力，它們需要浸泡在帶糖和鹽的溫暖溶液里。
在每個(gè)鰭上加上一個(gè)光源，使研究人員能夠分別刺激右側(cè)或左側(cè)的鰭，并操縱這 個(gè)生物機(jī)器人向任意方向移動(dòng)。不同頻率的光可以控制鰭的速度，進(jìn)而改變魔鬼魚的速度。在這個(gè)研究中，Park將其對(duì)于水生生物的興趣與他想要了解心臟及其 解剖結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面是如何幫助血液在體內(nèi)移動(dòng)的需要結(jié)合了起來。泵送和液體運(yùn)動(dòng)是海洋里的生命形式都非常擅長的東西，他說。盡管可能還要好幾年 Parker才能夠打造出真正的人造心臟，不過這條幾乎活生生的3D打印鰩魚肯定是其朝著正確方向邁出的非常重要一步。
人類功能性肝細(xì)胞組織3D打印“大獲成功”
最近，生物打印領(lǐng)域不斷的“透露”出好消息：從零重力3D打印心臟結(jié)構(gòu)到基于細(xì)胞的生物打印機(jī)的成功測試，以及納米纖維生物打印技術(shù)在面部整容領(lǐng)域的成功應(yīng)用等。這些實(shí)例都充分證明了一個(gè)事實(shí)：生物3D打印技術(shù)能 夠?yàn)槿祟悇?chuàng)造不可估量的價(jià)值!近日，由羅氏制藥和Organovo公司最近合作進(jìn)行的一個(gè)內(nèi)部研究顯示：3D生物打印的人類肝臟組織在人類雙細(xì)胞以及多細(xì) 胞器官領(lǐng)域擁有廣泛的潛力。因此，利用3D生物打印技術(shù)創(chuàng)造的人類混合型胚胎干細(xì)胞能夠真正減少人類對(duì)定向藥物的異常反應(yīng)。
據(jù)了解，在 生物學(xué)研究領(lǐng)域中，人們過去都是將一種或多種細(xì)胞局限于一個(gè)狹小的二維平面環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)。雖然這種方法最終也能夠令細(xì)胞形成組織結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)最終達(dá) 到的厚度也只能是幾個(gè)細(xì)胞直徑那么多。而如今，生物3D打印技術(shù)改變了這一切，它令傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)更上一層樓?，F(xiàn)在，生物學(xué)研究者們可以在三維的環(huán)境 當(dāng)中進(jìn)行細(xì)胞的定向培育，而且可以達(dá)到想要的各種厚度。
在羅氏制藥和Organovo公司進(jìn)行的這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，3D生物打印技術(shù)為細(xì)胞組 織的生長提供了一個(gè)完美的三維環(huán)境，令其能夠在各個(gè)方向上進(jìn)行定向分裂，為之后的生物組織和細(xì)胞化學(xué)數(shù)據(jù)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。換言之，利用各類人體肝細(xì)胞在三 維環(huán)境中進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，將有助于科學(xué)家們更加方便的去調(diào)查并分析人類的組織病理學(xué)和生物化學(xué)數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步深入研究人體組織創(chuàng)造條件，而且這比真正進(jìn)行復(fù) 雜的人體實(shí)驗(yàn)要容易得多，成本也大幅降低。
在該實(shí)驗(yàn)中，這些3D打印的肝細(xì)胞組織當(dāng)中主要含有肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞，肝臟星形細(xì)胞以及人體臍靜脈 內(nèi)皮細(xì)胞等各種類型的肝細(xì)胞。由于Organovo公司將它們長期放在低溫條件下冷凍保存，因此它們一直保持著細(xì)胞活性。而另一些材料就是高濃度的生物油 墨，成分主要是100%凝膠質(zhì)的組織實(shí)質(zhì)細(xì)胞。肝組織的形成過程主要是通過3D打印來實(shí)現(xiàn)，研究人員們首先將活性細(xì)胞與生物油墨的混合材料輸入生物打印 機(jī)，然后在三維的培養(yǎng)皿環(huán)境下進(jìn)行精準(zhǔn)的打印塑形，最終形成他們想要的立體組織結(jié)構(gòu)。在這個(gè)案例中，整個(gè)肝組織并非完全復(fù)制了人體天然的肝小葉結(jié)構(gòu)。而且 由于細(xì)胞材料的多樣性，最終形成的3D肝臟組織結(jié)構(gòu)能夠在肝臟特殊的功能性用途中充當(dāng)關(guān)鍵角色。
通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不僅證明了生物打印的組 織在成型的過程中能夠充當(dāng)組織實(shí)質(zhì)細(xì)胞或非組織實(shí)質(zhì)細(xì)胞兩種不同的功能性角色，而且這些形成的組織通過時(shí)間的推移將會(huì)逐漸凝結(jié)并塑形，最終形成穩(wěn)定，高細(xì) 胞濃度并且不會(huì)壞死的3D活性組織結(jié)構(gòu)。另一項(xiàng)令人震驚的發(fā)現(xiàn)是，在活性肝細(xì)胞中的兩大重要組成部分--脂類和肝糖原，在利用3D打印形成的成熟肝組織當(dāng) 中的存量并沒有發(fā)生多少改變。而且在特異性染色細(xì)胞的比例方面，3D打印的肝組織與正常人體肝組織也十分相似。除此之外，為了試驗(yàn)3D打印的活性肝組織的 毒性處理能力，研究人員們使用了相對(duì)沒有太大毒性的藥物進(jìn)行了各種類型的毒性環(huán)境測試，并證明了3D打印的活性肝組織具有一定的毒性處理能力，這證明了 3D打印的生物肝組織能夠在臨床毒性研究領(lǐng)域發(fā)揮重要價(jià)值。對(duì)于生物細(xì)胞3D打印的研究遠(yuǎn)不止如此，相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D生物打印技術(shù)能夠越來越 體現(xiàn)出其巨大的潛力并逐漸開啟未來的細(xì)胞組織生物學(xué)研究的大門。
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