涉猎广泛的3D打印

1、工程制造

在工程类制造方面，一方面是应用于国防军工、航空航天等高端制造的重要零部件生产，这些部件生产要求高，传统工艺往往无法达到或者即使达到但成本过高；另一方面是用于工程制造的小批量或者单件产品生产。

2、建筑

3D打印建筑楼盘的模型肯定是没有问题的，2017年开始已经广泛运用在建筑沙盘领域里，实际真正打印建筑的也已经很多。未来在外星基地，也会大量使用的3D打印，可以帮助人们在其他星球上建好基地。

（文章内容来源于网络）

3、医疗

同时3D打印技术在医疗方面也有着显著的成效，可以用来打印假肢，帮助更多因为意外失去双腿的人重新站起来，和正常人一样生活。“3D打印心脏”是应用3D打印技术实施人类器官仿制的又一成果。该3D打印心脏可用于心脏解剖的副本，对于练习复杂的心脏手术大有裨益。同时还可以打印“肾脏器官”，但目前这些技术还尚不成熟。

4、航空航天

飞机的迭代研发、飞机的配件都可以使用3D打印技术来打印实现，而且在空间站也已经开始使用3D打印机来打印卫星或空间站的零部件，哪里坏了直接换哪里。省去了携带大量配件的麻烦。

生物3D打印再突破

心肌组织可体外存活超6个月

生物3D打印是3D打印技术革命中非常新奇有趣的一个应用，但到目前为止我们仍然几乎无法制备具有生理功能并且可以长期存活的复杂组织。不过，从中国科学院遗传与发育生物学研究所和清华大学传来了喜讯，两家单位的联合研究团队突破了相关技术瓶颈，成功打印出具有体外活性的心肌组织。

生物3D打印技术难关1

——生物墨水

医疗行业从2014年开始集中关注器官组织的3D打印技术，其中最为人所知的主要是利用金属、陶瓷、塑料等材料制成填充物，修复骨骼等坚硬的人体部分。此外，3D打印技术还可以制成心脏等脏器的硅胶模型，以便外科医生在正式手术前研究疗法或进行演练。

之后，随着生物3D打印技术的发展，如何选择合适的材料和工艺，实现打印皮肤、眼角膜这些既需要生物相容性、也对柔软度和韧性有较高要求的组织和器官，成为了如今的研究热点。与此同时，生物墨水这一新概念也逐渐走进了大家的视野。能否打印出人体器官组织，最关键的技术之一便是用于3D打印的原材料，也就是生物墨水。

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在目前的生物3D打印技术中，单独的细胞本身无法充当打印材料，因此需要一些特殊的物质，作为支撑细胞存活的基质。基质与细胞融合后，混合物再从打印机的喷头中喷射出来用于打印，这种混合物便是生物墨水（有时生物墨水也单指基质本身）。根据制法、原料的不同，生物墨水的性能也不尽相同，但成分来说大多是含有干细胞的水凝胶。以胶原、明胶、玻尿酸、褐藻酸以及纳米植物细胞等生物聚合体作为基础的生物墨水，具有良好的生物相容性，同时容易进行3D打印。打印出的构造可以模仿真实的细胞间基质，这也让打印复杂的立体组织结构成为可能。

生物墨水对材料的要求极高，必须满足以下三点才可以打印出合适的组织。第一，细胞相容性，以保持干细胞的活力。第二，合适的硬度，以保持干细胞的形状。第三，适宜的柔软度和粘度，以保证其能被打印机的喷嘴喷出。

为了满足这些要求，科学家们进行了不断地实践。2017年，瑞士厂商推出了一款新型的合成生物3D打印墨水，其主要成分是水凝胶，能提供一种三维的肽纳米纤维支架，从而促进细胞的生长和移动。之后，苏黎世联邦理工学院复合材料实验室的研究团队，研发出了一种内含不同种类细菌的3D打印生物墨水，依据各种类型细菌的特性，可以适用于皮肤移植、化学物质降解等多个领域。2019年，英国纽卡斯尔大学使用生物墨水成功打印了人体角膜，整个生产过程不到10分钟。研究人员将来自健康供体角膜的干细胞与藻酸盐和胶原蛋白混合在一起，创造出了这款新型生物墨水。

生物3D打印技术难关2

——打印机

3D打印组织器官除了对生物墨水有极高的要求，也需要能配合其使用的打印机。2016年，瑞典一家公司就推出了使用生物墨水的专用3D打印机。他们研发出的配套生物墨水是以纳米纤维素为基础的水凝胶，这种材料提供了与细胞外基质相似的结构，能够让细胞与墨水混合打印。该3D打印机只要先进行立体印刷，再对打印完的结构进行交联，形成的组织就变得容易后处理并且耐冲击。

大多数3D生物打印机都采用了特殊的结构，这也让液滴喷射过程中，剪切力和液滴的冲击力对细胞活性造成的冲击可以最小化。打印机的喷头孔径一般为150微米到2毫米之间。打印过程中细胞或分子保持液态，打印后可以短时间凝固，呈现黏弹性状态。这种液态到固态的变化可以尽量减少对细胞、生物活性因子以及其他微粒的损伤，保证细胞的存活，从而有利于体外培养。打印过程中，需要将生物墨水打印在生物支架上，打印后该支架不仅能起到维持细胞混合体三维结构的作用，同时还可以维持后续细胞的生长和存活率。随着细胞的成活以及组织的形成，这些生物支架又可以经处理自行降解。

生物3D打印技术难关3

——印刷工艺

在生物墨水和打印机之外，还有一项因素非常关键，这就是印刷工艺。好的工艺可以将材料和设备本身的潜力发挥到最大，同时尽量避免暴露材料或者设备的缺陷。很多时候材料和设备的性能提升会陷入瓶颈，这时就需要仰仗于工艺角度的创新。当然，工艺本身和材料与设备并不能严格割裂，很多时候工艺的改进过程本身也会对材料和设备进行升级。

之前的生物3D打印技术存在的最大问题就是很难重现真正的组织结构，打印出的产物并非是三维有机体，而是一个细胞群构成的团块。团块中细胞之间的连接方式以及细胞在基体中的位置，都非常的随意而松散，与真正生物体中的有序结构相去甚远。而器官又是在组织的基础上形成的，假如连接近真实情况的组织都无法生产，3D打印器官就是更加遥远的梦想了。不过，本次中国科学家们获得的新成果，就很好地再现了打印组织的三维结构，这其中的关键就是打印工艺的革新。

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研究团队首先将六轴机器人的设计原理融入到生物3D打印技术中，这种机器人具有六个可以360°自由转动的关节，所以改进后的3D打印机可以在空间内以任意角度进行细胞打印，极大地增加了3D打印的灵活性。传统技术条件下，打印过程一般为自下而上的逐层累加，细胞和血管网络也因此而难以有机融合。

我国研究人员重新设计了循环式的“打印-培养”工艺，不追求一次成型，添加了培养工序。具体而言就是在血管支架上打印出若干层细胞后，再对其进行的一段时间的整体共培养。当打印细胞之间诱导出具有生理功能的胞间连接和新生毛细血管网后，再进行新一轮细胞打印。这种方法虽然在生产效率上处于劣势，但在印刷质量方面具有优势，不仅可以更好地再现组织结构，还可以保证打印组织的长期存活。

经过种种努力，我国科研人员最终研发出了具有内生毛细血管网络，且能够在体外存活的心肌组织。更绝的是，这些组织可以在体外起搏超过6个月，展示出了良好的生理活性和应用前景。将类似的工艺应用于其它的干细胞和生物墨水体系，就有希望诱导培养出其它的人体组织。在未来，3D打印所需的干细胞将直接来自于患者，这些自体细胞在移植入身体后，将不会产生免疫排斥反应，从而同时解决供体不足和免疫排异这两大难题。

一个“小问题”

抑制增材制造的氧化

广东省科学院智能制造研究所研究员毕贵军团队与新加坡南洋理工大学、澳大利亚斯威本科技大学等科研人员合作，利用TiC颗粒原位抑制氧化提高增材制造材料性能的新方法。

氧化问题是增材制造过程中常见的问题之一，严重的氧化会导致金属材料性能（尤其是韧性）变差。直接能量沉积法是主要的增材制造方法之一，由于其整个过程在开放环境中进行，因而在打印过程中更容易产生氧化。目前，科研人员主要是通过优化参数、优化保护气体的防护效果等方法来避免氧化，但效果并不理想。

在该项研究中，科研人员利用TiC颗粒对激光的高吸收率以及与氧气的原位反应，成功抑制了激光辅助增材制造（Laser Aided Additive Manufacturing, LAAM）过程中的氧化，并提高了材料的力学性能。研究发现，316L粉末在激光辅助增材制造过程中容易与氧气反应生成Si/Mn/Cr的大颗粒氧化物并产生聚集，破坏材料性能。而TiC对激光的吸收率远高于316L，并且更易于和氧气发生反应，产物为CO2和细小的TiO2，CO2逸出熔池而降低氧含量，细小而均匀分布的TiO2可以起到弥散强化作用，从而提高增材制造材料性能。

3D打印

技术重要，安全更重要

3D打印，尤其是金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

（大型金属3D打印手套箱）

3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。

（大型金属3D打印手套箱）

技术优势

●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。

●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。

●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。

●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。

●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。

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