近期這四大3D打印產(chǎn)業(yè)驚人的成果有望改變你的生活

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人類的進步依賴于一個又一個拐點，在歷史的長河中，我們會發(fā)現(xiàn)就是那么幾次的閃光點，然后就爆發(fā)了技術革命，推進人類進步。同樣的，一些技術能不能繼續(xù)發(fā)展推進，也是看這個技術本身有沒有拐點。

在3D打印產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的歷史中，我們時不時的能夠看到其“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有一種技術能夠改變我們對于傳統(tǒng)制造的認知，改變未來的各行各業(yè)，進而改變我們的生活。近期，全球3D打印技術又出現(xiàn)了幾大“驚人”成果，下面就讓小編帶你一起看看吧：

首個高速金屬增材制造系統(tǒng)PrintValley

3D打印制造個體以及低量生產(chǎn)定制產(chǎn)品的能力是該工藝很快適應大量行業(yè)和應用的原因之一。但是大規(guī)模生產(chǎn)仍然是相當便宜的，主要原因在與大量制造產(chǎn)品的效率很高。生產(chǎn)一個定制3D打印零件的時間內(nèi)，通過傳統(tǒng)制造工藝可以生產(chǎn)數(shù)百個甚至上千個零件。即使對于像牙科或醫(yī)療植入物這樣的小零件，打印過程可能都需要幾個小時，然后每個零件都需要單獨處理，以去除多余的材料，刨光表面使之更光滑。

后期處理可能會增加幾個小時的生產(chǎn)時間，因而需要花費更多時間來生產(chǎn)個體或小批量零件。雖然3D打印技術正在發(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)仍然是勞動密集型的。金屬零件往往需要用一臺完全不同的機器來打磨表面，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，一個技術公司聯(lián)盟可能即將改變這種情況，這些公司由歐盟負責，旨在通過集成3D打印和表面處理技術來開發(fā)高性能生產(chǎn)線。

日前，一個被稱為Hyproline的歐洲增材制造項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)線上自動移走成品。這些企業(yè)被集合在一起進行Hyproline項目，這多虧了歐盟第七框架計劃的研究與技術開發(fā)（FP7）所提供的為期三年的資助，該計劃在2007年推出，旨在鼓勵未來的企業(yè)發(fā)展。

Hyproline項目的最終產(chǎn)品是PrintValley，一個循環(huán)輸送系統(tǒng)，包括100個獨立搭建的平臺，每一個都可以單獨地升高、降低或去除。每個平臺都可在同一時間制造個體、定制金屬零件或小批量生產(chǎn)金屬零件。平臺跟隨旋轉式傳送帶移動，零件可以在上面被3D打印、3D掃描缺陷或打印錯誤、激光加工以去除多余的打印材料或表面缺陷，然后用一個集成的拾放機器人移走。PrintValley可以容納多個自定義模塊，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文件對照。該軟件可以辨別一個零件是否被打印得足夠準確，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固定技術負責通過創(chuàng)建點云掃描并將其和CAD幾何匹配來檢驗零件。這個歐盟資助的Hyproline聯(lián)盟目的是開發(fā)一個工藝，將3D打印技術用于高速生產(chǎn)。目標是使自動化的增材制造過程能夠小批量生產(chǎn)金屬部件，減少上市時間，提高精度，減少浪費材料和廢棄零件的數(shù)量。這些都被認為是中小型歐洲公司制造小型金屬零件的關鍵目標，如電子、牙科、醫(yī)療和珠寶應用。PrintValley將生產(chǎn)小型金屬零件的時間從一天減少到幾分鐘。

哈佛科學家成功3D打印“生物機器人”

在當前的3D打印領域，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隊都正在努力實現(xiàn)3D打印可植入的組織。日前，哈佛大學的研究人員朝著這個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帶領的一個團隊打造出了一條“活”的微型魔鬼魚（又稱黃貂魚、刺鰩）。據(jù)悉這個神奇的生物機器人是用大鼠心臟肌肉組織和3D打印的黃建軟骨組成的，它能夠對光的脈動產(chǎn)生反應。

當然，在這里“活”一定是打引號的，因為這條硬幣大小的魔鬼魚并不是真正活的。盡管這些組織細胞是活的，而且它們也能夠對光線產(chǎn)生反應，以方便移動，但該生物實際上并不能進行自主決策、繁殖等。盡管如此，這也可以稱得上是顛覆性的突破，并足以推動機器人、人工智能、生物工程和3D生物打印領域更多的創(chuàng)新。對大多數(shù)顛覆性突破一樣，它也開始于一個簡單的想法。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。”他回憶道。

左側是人造的魔鬼魚，右側是真正的魔鬼魚

這個不尋常的概念被Wyss研究員Sung-Jin Park接受，并迅速成為哈佛大學應用科學與工程學院疾病生物物理學組研究人員的一個新的研究項目，牽涉其中的還有來自伊利諾伊大學、密歇根大學和斯坦福大學醫(yī)學中心的研究人員。它是如何工作的？簡單地說，這條小小的魔鬼魚結合工程、細胞培養(yǎng)、遺傳學和生物力學等領域的最新科技進展于一體，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20萬個活的心肌細胞，這些細胞取自大鼠的心肌。

為了控制細胞，團隊使用了光遺傳學技術，這是一種神經(jīng)科學研究的常用方法，即用光來打開和關閉神經(jīng)。神經(jīng)元或心臟肌肉并不會自動對光產(chǎn)生反應，但通過光遺傳學，可以通過一段DNA對細胞進行升級。這段特殊的DNA編碼代表了一種可以對光產(chǎn)生反應的蛋白，從而使細胞呈現(xiàn)光敏感性。如今，當光線爆發(fā)時，經(jīng)過基因修改的細胞收縮，然后推動鰭向下滑動，當細胞放松時，該人造魔鬼魚的骨架會將鰭收回來。結果就是這樣一個根據(jù)光線波動來游泳的魔鬼魚機器人。Parker教授指出，在這個設計中，細胞起到了傳感器和致動器的作用，這既有好處也有缺點：雖然活的肌肉細胞比合成的致動器更節(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。

在每個鰭上加上一個光源，使研究人員能夠分別刺激右側或左側的鰭，并操縱這個生物機器人向任意方向移動。不同頻率的光可以控制鰭的速度，進而改變魔鬼魚的速度。在這個研究中，Park將其對于水生生物的興趣與他想要了解心臟及其解剖結構的各個方面是如何幫助血液在體內(nèi)移動的需要結合了起來。泵送和液體運動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。

人類功能性肝細胞組織3D打印“大獲成功”

最近，生物打印領域不斷的“透露”出好消息：從零重力3D打印心臟結構到基于細胞的生物打印機的成功測試，以及納米纖維生物打印技術在面部整容領域的成功應用等。這些實例都充分證明了一個事實：生物3D打印技術能夠為人類創(chuàng)造不可估量的價值！近日，由羅氏制藥和Organovo公司最近合作進行的一個內(nèi)部研究顯示：3D生物打印的人類肝臟組織在人類雙細胞以及多細胞器官領域擁有廣泛的潛力。因此，利用3D生物打印技術創(chuàng)造的人類混合型胚胎干細胞能夠真正減少人類對定向藥物的異常反應。

據(jù)了解，在生物學研究領域中，人們過去都是將一種或多種細胞局限于一個狹小的二維平面環(huán)境中進行培養(yǎng)。雖然這種方法最終也能夠令細胞形成組織結構，但這種結構最終達到的厚度也只能是幾個細胞直徑那么多。而如今，生物3D打印技術改變了這一切，它令傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)技術更上一層樓。現(xiàn)在，生物學研究者們可以在三維的環(huán)境當中進行細胞的定向培育，而且可以達到想要的各種厚度。

在羅氏制藥和Organovo公司進行的這個實驗中，3D生物打印技術為細胞組織的生長提供了一個完美的三維環(huán)境，令其能夠在各個方向上進行定向分裂，為之后的生物組織和細胞化學數(shù)據(jù)評估奠定了基礎。換言之，利用各類人體肝細胞在三維環(huán)境中進行體外實驗，將有助于科學家們更加方便的去調(diào)查并分析人類的組織病理學和生物化學數(shù)據(jù)，為進一步深入研究人體組織創(chuàng)造條件，而且這比真正進行復雜的人體實驗要容易得多，成本也大幅降低。

在該實驗中，這些3D打印的肝細胞組織當中主要含有肝實質細胞，肝臟星形細胞以及人體臍靜脈內(nèi)皮細胞等各種類型的肝細胞。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%凝膠質的組織實質細胞。肝組織的形成過程主要是通過3D打印來實現(xiàn)，研究人員們首先將活性細胞與生物油墨的混合材料輸入生物打印機，然后在三維的培養(yǎng)皿環(huán)境下進行精準的打印塑形，最終形成他們想要的立體組織結構。在這個案例中，整個肝組織并非完全復制了人體天然的肝小葉結構。而且由于細胞材料的多樣性，最終形成的3D肝臟組織結構能夠在肝臟特殊的功能性用途中充當關鍵角色。

通過這個實驗，不僅證明了生物打印的組織在成型的過程中能夠充當組織實質細胞或非組織實質細胞兩種不同的功能性角色，而且這些形成的組織通過時間的推移將會逐漸凝結并塑形，最終形成穩(wěn)定，高細胞濃度并且不會壞死的3D活性組織結構。另一項令人震驚的發(fā)現(xiàn)是，在活性肝細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中的存量并沒有發(fā)生多少改變。而且在特異性染色細胞的比例方面，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沒有太大毒性的藥物進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域發(fā)揮重要價值。對于生物細胞3D打印的研究遠不止如此，相信隨著技術的不斷進步，3D生物打印技術能夠越來越體現(xiàn)出其巨大的潛力并逐漸開啟未來的細胞組織生物學研究的大門。

雷神公司：3D打印完整的導彈已在地平線上

在美國亞利桑那州Tucson，雷神（Raytheon）公司設計部門的工程師們正在對3D打印的導彈部件進行測試。這家美國國防承包商認為，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打印整個導彈。從整體上看，3D打印的應用在民用方面的比例較大，但是這并不意味著3D打印機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導彈的最大生產(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，探索在其導彈上使用既強又輕的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打印機之后，雷神公司幾乎沒有機會關上機器，該公司的設計工程師團隊一直在嘗試用各種新的方式來制造導彈部件。雷神導彈系統(tǒng)公司總裁Taylor Lawrence認為，3D打印機將很快被用在前線為導彈提供零部件，這將改變戰(zhàn)術，消除供應鏈問題，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制造過程的時間和成本的削減。該公司甚至正在研究其導彈制導系統(tǒng)、印刷電路，以及雷達微波組件應用3D打印技術的可能性。“在能夠3D打印整個導彈前我們還要經(jīng)歷很長一段時間，但是我們確實看到了曙光。”Lawrence對金融時報說。

今年早些時候，洛克希德·馬丁公司開發(fā)了一款帶有3D打印電纜護套的三叉戟II D5導彈，并成功地將該部件的制造時間降低至通常的一半。除此之外，歐洲導彈制造商MBDA也計劃在其武器的一些小部件上使用3D打印技術。與這些競爭對手一樣，雷神公司認為，3D打印技術可以幫助提高導彈制造的生產(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)務主管Jeff Morgans估計3D打印技術可以削減高達75%的生產(chǎn)時間，但他強調(diào)盡管有著如此光明的前景，謹慎還是必要的：“武器性能是最重要的。”他說：“我們必須能夠確認這項技術使用起來沒有任何風險。”在今年早些時候，雷神公司就宣布，它將使用3D打印技術來提升其武器系統(tǒng)，為此它加入了一個更廣泛的武器制造商集團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打印軍用無人機的化學增材制造系統(tǒng)的設想；而韓國空軍去年宣布，它將把3D打印部件納入其戰(zhàn)斗機引擎。

人類世界正處在全面大轉型、全面大變革的拐點上。當今的高科技，是推動人類社會大變革的催化劑。像IT、IPV6、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、寬帶網(wǎng)、3G、4G、5G、6G……4D、5D、6D、……“3D打印”、超五倍、六倍的高音速。我們有幸生活在這個拐點中。

本文部分內(nèi)容來源于OFweek3D打印網(wǎng)

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