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2019-12-30
2019年，在3D打印领域是激动人心的一年，打印尺寸、速度、精度一项项原本以为难以跨越的技术瓶颈，一次次被突破，让人心潮澎湃，今天我们一起回顾5篇发表在《Science》上的突破性进展。
01
《Science》3D打印革命性升级！只要光照几十秒，完美雕像浮出水面
你见过的那些3D打印机都过时了！以光为刀，简单照射。
需要打印的物体就在水中出现。
2019年3月8日加利福尼亚大学伯克利分校Hayden K. Taylor团队开发出高速“容积3D打印技术”，只要光照几十秒，完美雕像浮出水面。相关论文以“Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction”为题目发表在《Science》上。
全文链接：https://science.sciencemag.org/content/363/6431/1075
02
《Science》封面：里程碑！科学家3D打印出会“呼吸”的人造器官（动图）
“在制造具有功能的组织替代品时，我们面临的一大拦路虎就是无法打印那些为组织输送营养的血管，”本研究的通讯作者之一Jordan Miller教授说道：“此外，人体内的器官还有独立的管道系统，比如肺部同时拥有气道和血管，肝脏则同时拥有胆管和血管。这些互相交织的管道网络在生理和生化上相互联系，其结构与其组织功能息息相关。”如何在3D打印器官的过程中兼顾多种不同的管道系统，便成为了科学家们的研究重点。
▲从设计到打印的全过程
2019年5月3日，美国莱斯大学Jordan S. Miller与华盛顿大学Kelly R. Stevens合作，利用投影立体光刻（projection stereolithography）3D打印技术，以食品染料添加剂作为生物相容的光吸收剂，只需数分钟就可在透明光聚合水凝胶中制备具有3D内部功能结构的血管系统，可在血管内实现混合功能和二尖瓣功能。他们基于空间填充数学拓扑设计并制备了互相缠绕的血管网络，并模拟肺泡结构实现了流动人类血液中红细胞的氧气交换。此外，他们还以这种具备血管网络的可生物降解水凝胶为肝细胞的组织工程载体，并在慢性肝损伤的小鼠模型中证实了这种血管系统很有希望用于人工器官的构建。相关论文以“Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels”为题，发表在《Science》上，并被选为当期封面。
全文链接：https://science.sciencemag.xilesou.top/content/364/6439/458.abstract
03
《Science》重磅： 从毛细血管到整个心脏！3D打印胶原蛋白助力重建心脏
胶原蛋白是人体细胞外基质的主要成分, 在细胞质基质中起着维持细胞结构、提供粘附、传导信号等作用，是作为 “支架” 的理想材料，但制造能够复制组织和器官的结构和功能的胶原支架具有挑战性。
2019年8月2日，美国卡内基梅隆大学Feinberg教授团队提出了一种利用悬浮水凝胶自由可逆嵌入(FRESH)来对胶原蛋白进行3D生物打印，这种方法能够在不同的尺度上直接获得具有精确控制组成和微观结构的人心脏组织成分，从毛细血管到整个器官。相关论文以“3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart”为题，发表在《Science》上。
全文链接：https://science.sciencemag.org/content/365/6452/482
04
提速1000倍！《Science》：飞秒投影双光子光刻，3D打印的革新！
基于双光子光刻(TPL)的亚微米增材制造技术有望实现量产制备具有纳米尺度的复杂三维结构。然而，对于工业应用而言，TPL的连续逐点扫描速度太慢。同时使用多个单光电无法达到亚微米分辨率，或者无法模拟复杂的结构。美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室Sourabh K. Saha和香港中文大学Shih-Chi Chen合作提出一种通过超快激光打印亚微米结构的技术。通过投影2D聚焦平面构筑3D模型。这种方法在不牺牲分辨率的情况下将传统方法的产率提高了三个数量级。能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构。相关论文以Scalable submicrometer additive manufacturing为题发表在《Science》上。
全文链接：https://science.sciencemag.org/content/366/6461/105
05
革命性突破！3D打印登上《Science》，打印速度提升上百倍
2019年10月18日，西北大学的Chad Mirkin和George B. Rathmann教授开发出HARP（high-area rapid printing）技术，基于0.2平方米，高度为4米的打印机床，可以在一个小时内打印约半米高的零件。这是3D打印领域的创造性技术革新。这意味着它可以一次打印单个大型零件或者多个小型零件。Mirkin等人使用“液态特氟龙”（Teflon，聚四氟乙烯）在界面上循环冷却降低界面的热量，从而大大提高了打印速度。这篇文章以Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface为题发表在《Science》杂志上。
基于这项技术，Chad Mirkin等人也创办了名为AZUL3D的公司。Chad Mirkin教授预计这种全新的3D打印技术将于18个月后投入市场。
市场面
伴随着基础科研的突破，3D打印市场规模也将逐步打开，据了解科创板3D打印上市企业西安铂力特前三个季度营收1.76亿元，比2018年增长34.85%；归属于母公司的净利润是2620万元，同比去年增长187%，在一定程度上反映出了一部分3D打印上市公司的兑现能力，反映了3D打印行业的高景气。另外比如塑成科技推出新一代3D打印消费级量产运动鞋，上海正雅齿科推出3D打印透明牙套……个性化定制成本逐渐下降，已经走入寻常人家。
中商产业研究院研究报告显示，2018年，我国3D打印市场规模达到23.6亿元，同比增长42%，伴随着中国3D打印技术的相对成熟，预计2019年中国3D打印市场规模近30亿元，增速超过全球水平。
2020年！3D打印获将迎来大爆发！
全文链接：https://science.sciencemag.org/content/366/6463/360
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