2016年開門紅：3D打印技術五大新進展

2015年對于整個3D打印產業來講尤為重要，作為轉折年，雖波折不斷，但也是碩果累累。作為一項發展勢頭迅猛的現代科技，3D打印技術更新不但沒有因此停止，反而加速前進，在2016年伊始就取得了多項進展。如中科院創造的SLA成型技術破100倍速的奇跡；國內外聯合研究微細胞打印技術取得新突破；美國科學家開發新型3D打印工藝或讓SLS成為歷史等。這些新技術，新突破，昭示著3D打印又將開啟一個新紀元！

　　NO.1 中科院光固化3D打印提升100倍速

　　最近，中科院福建物構所3D打印工程技術研發中心林文雄課題組在國內首次突破了可連續打印的3D打印快速成型關鍵技術，并開發出了一款超級快速的連續打印的數字投影（DLP）?3D打印機。據了解，該3D打印機的速度達到了創記錄的600 mm/h，可以在短短6分鐘內，從樹脂槽中“拉”出一個高度為60 mm的三維物體，而同樣物體采用傳統的立體光固化成型工藝(SLA）來打印則需要約10個小時，速度提高了足足有100倍!

　　傳統的SLA技術采用逐層固化、層層累積的方式來構造三維物體，層與層之間需中斷光照射，然后在已固化區域表面重新覆蓋或填充精確、均勻的光敏樹脂，再進行光照射形成新的固化層，這種方式系統復雜且耗時。2015年3月，美國Carbon3D公司最早提出“連續液面生長技術”（CLIP）。該技術是通過透氧材料特氟龍引入氧氣作為固化抑制劑，在樹脂底部形成一層薄的液態抑制固化層，形成“固化死區”，避免已固化區域與底部粘連，使固化過程保持連續性，不僅解決了傳統SLA成型方式的一些缺陷，而且比傳統的3D打印速度快25—100倍，達到500mm/h。

　　而本次中科院塑造的新型成型技術能夠獲得最大打印速度超過600 mm/h，比美國Carbon3D公司發布的連續3D打印設備速度快約20%。

　　NO.2 機器人3D打印玻璃工藝問世

　　之前我們曾聽說過美國MIT在玻璃3D打印成型技術上有所突破，然而他們并不是唯一一家。弗吉尼亞理工大學和羅得島大學設計學院也在這條研發道路上跨出了重要的一步，他們推出了一個基于機器人的3D打印玻璃程序，并且已經取得了一定的成果。據了解，這項新技術被稱為六軸玻璃打印，在2013年由玻璃機器人實驗室提出，主要由Stefanie Pender和Nathan King兩人協作開發，目的就是找到玻璃材料和前沿制造技術的結合點。

　　目前，他們研發的這項機器人結合3D打印技術創造玻璃制品雖然展現出來產品還比較粗糙，但這確實是一項意義非凡的創造。通常情況下，3D打印的過程都是靠噴頭的移動形成具體的形狀，而他們是利用的一個機器人手臂，由于機器人手臂擁有高度的自由度與靈活性，從而彌補了傳統架構過于機械化的各種缺陷。這項技術的誕生不僅對于玻璃工藝品制造領域一大促進，更能夠促進3D打印技術與機器人加速融合。

　　NO.3 美科學家開發全新3D打印工藝！

　　眾所周知，目前主流的金屬3D打印采用的是激光或者電子束燒結技術，而使用高能量的激光或者電子束掃描金屬粉末床，使金屬粉末熔化然后粘結在一起冷卻成型進而逐層打印。然而，這項技術或許將逐漸被淘汰掉。近日，美國西北大學的一個科研團隊開發出了一種全新的金屬3D打印方法，可以說完全顛覆了以往的技術，它完全摒棄了激光或者電子束，而是采用了一種特質液體油墨和常見的熔爐分兩步進行，第一步的成形方法和常見的FDM非常類似。

　　這個科研團隊發明了一種混合了金屬粉末、溶劑和彈性體粘結劑(一種醫學領域經常會用到的聚合物)的特殊油墨，這種油墨可以在室溫條件下直接用噴嘴擠出瞬間凝固，而其中因為使用了彈性體粘結劑，所以在這一階段打印出的3D對象可以高度折疊或彎曲成更加復雜的結構，并且可以高達數百層厚而不至于坍塌，然后將已經形成的3D結構放在普通熔爐內進行燒結，金屬粉末經過加熱則會融化永久的粘結在一起。

　　傳統激光、電子束燒結雖然能形成極強的金屬3D結構，但其成本高昂且耗時，而像一種中控的零部件使用這種方法還有一些限制，其次，用激光逐層加熱的方法會在不同的區域產生加熱和冷卻的應力，破壞打印對象的微觀結構。而使用這種新方法，在熔爐內進行加熱確保了均勻的溫度和致密結構燒結，不會產生翹曲和開裂。并且，它可以一次使用多個擠出噴嘴，以更快速度打印出高達數米的3D結構，唯一的限制可能就是熔爐的尺寸了。

　　NO.4 3D打印人體微器官和干細胞

　　過去，胚胎干細胞3D打印機只能制造平面排列或簡單的堆積，這被稱為細胞“石筍”。如今，研究者聲稱他們首次開發出能夠用3D打印技術來裝填胚胎干細胞的方法。他們發明了一種胚胎干細胞3D打印機，能夠通過逐層構建的方式來裝填干細胞，從而形成所需要的立體結構。

　　這項研究是由北京清華大學（Tsinghua University）的孫偉教授和費城德雷塞爾大學（Drexel University）的機械工程教授合作進行，他們聲稱可以在可控條件下用3D打印來快速制造胚體，生產一模一樣的胚胎干細胞模塊，理論上這些模塊還可以像樂高積木一樣搭建組織甚至微器官。

　　實驗中，研究者同時還用水凝膠打印了小鼠胚胎干細胞，這種材料與軟性隱形眼鏡的材料屬同類。而且，據他們的最新研究顯示，90%的細胞能夠在打印過程中存活下來，這些細胞會在水凝膠支架中增殖成胚體，還會分泌健康胚胎干細胞才會分泌的蛋白，而且還能將水凝膠再次溶解獲得胚體。

　　他們的下一步工作是研究怎樣通過改變打印和結構參數來調整胚體的尺寸，以及怎么通過改變胚體尺寸來制造不同種類的細胞。這樣能夠促進臨近的不同細胞同時生長，為在實驗室生長微器官奠定基礎。

　　NO.5  納米級金屬3D打印技術CytoSurge

　　最近，瑞士聯邦工學院在3D打印領域頗為活躍，他們同樣也是業績赫赫：包括通過生物聚合物和軟骨細胞打造了一只耳朵和鼻子的生物打印； 通過在三維打印的基礎上加上合成物的局部控制的組合物（第四維度）和顆粒方向（第五維度）的材料設計實現的5D打印；以及可制造更高性能觸摸屏的3D打印金銀納米墻技術。

　　專注于納米打印的CytoSurge公司的創始人DR. MICHAEL GABI 和 DR. PASCAL BEHR正是來自瑞士聯邦工學院。他們擁有的核心技術是專利的FluidFM技術，FluidFM技術是一種重塑微管的技術，FluidFM移液器微管有比人類頭發的直徑還要小500倍的孔徑。這種獨特的結合了力顯微鏡和微流控技術的技術提升業界的應用程序到一個更高的水平，并帶來真正獨特的組合，FluidFM的應用領域包括從單細胞生物到表面分析以及更多，帶來最苛刻的納米操縱任務實驗的靈活性。

　　CytoSurge與瑞士聯邦工學院的聯合使得FluidFM技術與3D打印幾乎深度結合起來，瑞士聯邦工學院通過整合FluidFM Probes到打印機上，這項技術不僅僅可以實現例如金、銀、銅這些金屬的納米級打印，還可以打印細胞和復合材料。這帶來了潛在的顛覆，從手表業，到生物打印，再到微機電以及更多行業。從此邁出了3D打印逐漸走向納米領域的腳步，即將為世界制造業創造廣闊的商業空間。