全球3D打印产业成果频出

文‖《上海国资》记者 孙一元 整理

全球3D打印产业成果频出

文‖《上海国资》记者 孙一元 整理

首个高速金属增材制造系统

有许多例子说明使用3D打印增材制造技术更有成效且更划算，但在大多数情况下，传统的制造工艺仍然是最好的。因为生产一个定制3D打印零件的时间内，通过传统制造工艺可以生产数百个甚至上千个零件。即使对于像牙科或医疗植入物这样的小零件，打印过程可能都需要几个小时，然后每个零件都需要单独处理、刨光。然而，一个技术公司联盟可能即将改变这种情况，这些公司由欧盟负责，旨在通过集成3D打印和表面处理技术来开发高性能生产线。

日前，一个被称为Hyproline的欧洲增材制造项目展示了他们的新型增材制造系统，该系统已被优化为适合小部件的高速生产。该系统可以使用 316L不锈钢、钛金属或铜材料3D打印小批量或单独定制的金属部件，最终打印成功并去除多余的材料，然后从生产线上自动移走成品。这些企业被集合在一起进行Hyproline项目，这多亏了欧盟第七框架计划的研究与技术开发(FP7)所提供的为期三年的资助，该计划在2017年推出，旨在鼓励未来的企业发展。

Hyproline项目的最终产品是PrintValley，一个循环输送系统，包括100个独立搭建的平台，每一个都可以单独地升高、降低或去除。每个平台都可在同一时间制造个体、定制金属零件或小批量生产金属零件。平台跟随旋转式传送带移动，零件可以在上面被3D打印、3D扫描缺陷或打印错误、激光加工以去除多余的打印材料或表面缺陷，然后用一个集成的拾放机器人移走。Print Valley可以容纳多个自定义模块，除了那些 包含在Hyproline示范单位里的。这意味着，几乎任何类型的制造或装配系统都可以包括在内，包括数控铣床、喷墨3D打印系统以及给零件上色的工具。

这个欧盟资助的Hyproline联盟目的是开发一个工艺，将3D打印技术用于高速生产。目标是使自动化的增材制造过程能够小批量生产金属部件，减少上市时间，提高精度，减少浪费材料和废弃零件的数量。这些都被认为是中小型欧洲公司制造小型金属零件的关键目标，如电子、牙科、医疗和珠宝应用。PrintValley将生产小型金属零件的时间从一天减少到几分钟。

谋求3D打印完整的导弹

在美国亚利桑那州图森（Tucson），雷神(Raytheon)公司设计部门的工程师们正在对3D打印的导弹部件进行测试。这家美国国防承包商认为，尽管如今增材制造还只能取代某些部件的制造，但有一天它可以3D打印整个导弹。从整体上看，3D打印的应用在民用方面的比例较大，但是这并不意味着3D打印机不能用于制造致命的东西。雷神公司就是这么想的，这家美国国防承包商是全球制导导弹的最大生产商。该公司正在追随着其他军工企业，如洛克希德·马丁和MBDA等的脚步，探索在其导弹上使用既强又轻的3D打印部件的可能性。

据了解，自从最近购买了一套商业3D打印机之后，雷神公司几乎没有机会关上机器，该公司的设计工程师团队一直在尝试用各种新的方式来制造导弹部件。雷神导弹系统公司总裁Taylor Lawrence认为，3D打印机将很快被用在前线为导弹提供零部件，这将改变战术，消除供应链问题，极大地加快备件更换过程。然而，在此期间，工程师必须确定哪些导弹部件可以比较安全有效地使用3D打印来替代。目前已经确认的只有少数零部件，但雷神公司正试图完全跳出来，在更高的角度来考虑整个制造过程的时间和成本的削减。该公司甚至正在研究其导弹制导系统、印刷电路，以及雷达微波组件应用3D打印技术的可能性。“在能够3D打印整个导弹前我们还要经历很长一段时间，但是我们确实看到了曙光。”Lawrence表示。

哈佛科学家成功3D打印“生物机器人”

日前，哈佛大学的研究人员完成了重要的一步。在一次探索心脏组织工程的尝试中，由该校教授Kit Kevin Parker带领的一个团队打造出了一条“活”的微型魔鬼鱼。这个神奇的生物机器人是用大鼠心脏肌肉组织和3D打印的黄建软骨组成的，它能够对光的脉动产生反应。

当然，这条硬币大小的魔鬼鱼并不是真正活的。尽管这些组织细胞是活的，而且它们也能够对光线产生反应，以方便移动，但该生物实际上并不能进行自主决策、繁殖等。尽管如此，这也可以称得上是颠覆性的突破，并足以推动机器人、人工智能、生物工程和3D生物打印领域更多的创新。对大多数颠覆性突破一样，它也开始于一个简单的想法。两年前，Parker教授带着年轻的女儿去波士顿的新英格兰水族馆，在那里他看到自己的女儿完全沉迷于魔鬼鱼。教授看着展览，开始思考如何开发能够以类似蜿蜒模式移动的肌肉。“突然就像一道闪电击中了我，它看起来很像心脏的肌肉层，这使我找到了用肌肉组织打造该系统的方法。”他回忆道。

它是如何工作的？简单地说，这条小小的魔鬼鱼结合工程、细胞培养、遗传学和生物力学等领域的最新科技进展于一体，其重量只有10克，其骨架是用非常薄的黄金3D打印而成的，上面还铺了两层薄薄的弹性聚合物。该聚合物上面覆盖了大约20万个活的心肌细胞，这些细胞取自大鼠的心肌。

为了控制细胞，研究团队使用了光遗传学技术，这是一种神经科学研究的常用方法，即用光来打开和关闭神经。神经元或心脏肌肉并不会自动对光产生反应，但通过光遗传学，可以通过一段DNA对细胞进行升级。这段特殊的DNA编码代表了一种可以对光产生反应的蛋白，从而使细胞呈现光敏感性。如今，当光线爆发时，经过基因修改的细胞收缩，然后推动鳍向下滑动，当细胞放松时，该人造魔鬼鱼的骨架会将鳍收回来。结果就是这样一个根据光线波动来游泳的魔鬼鱼机器人。Parker教授指出，在这个设计中，细胞起到了传感器和致动器的作用，这既有好处也有缺点：虽然活的肌肉细胞比合成的致动器更节能，但它们也很容易受伤害。为了保持其活力，它们需要浸泡在带糖和盐的温暖溶液里。

在每个鳍上加上一个光源，使研究人员能够分别刺激右侧或左侧的鳍，并操纵这个生物机器人向任意方向移动。不同频率的光可以控制鳍的速度，进而改变魔鬼鱼的速度。Parker表示，尽管可能还要好几年他才能够打造出真正的人造心脏，不过这条几乎活生生的3D打印鱼肯定是其朝着正确方向迈出的非常重要一步。

人类功能性肝细胞组织3D打印

由罗氏制药和Organovo公司合作进行的一个内部研究显示：3D生物打印的人类肝脏组织在人类双细胞以及多细胞器官领域拥有广泛的潜力。因此，利用3D生物打印技术创造的人类混合型胚胎干细胞能够真正减少人类对定向药物的异常反应。

据了解，在生物学研究领域中，人们过去都是将一种或多种细胞局限于一个狭小的二维平面环境中进行培养。虽然这种方法最终也能够令细胞形成组织结构，但这种结构最终达到的厚度也只能是几个细胞直径那么多。而如今，生物3D打印技术改变了这一切，它令传统的细胞培养技术更上一层楼。现在，生物学研究者们可以在三维的环境当中进行细胞的定向培育，而且可以达到想要的各种厚度。

在罗氏制药和Organovo公司进行的这个实验中，3D生物打印技术为细胞组织的生长提供了一个完美的三维环境，令其能够在各个方向上进行定向分裂，为之后的生物组织和细胞化学数据评估奠定了基础。换言之，利用各类人体肝细胞在三维环境中进行体外实验，将有助于科学家们更加方便地去调查并分析人类的组织病理学和生物化学数据，为进一步深入研究人体组织创造条件，而且这比真正进行复杂的人体实验要容易得多，成本也大幅降低。

使用3D生物打印的组织，制药业的研究人员现在无需人类志愿者就能够测试药物在“人体”器官上的可能效果。这使得药物开发人员可以进行更为激进的实验，而不用考虑测试对象的生命安全。