匯總：2020年40個3D打印學術(shù)科研突破,，于Nature,、Science及子刊

2020年12月3日,，很快就過年了,。今年3D打印依然大火，無論是產(chǎn)業(yè)界還是科研界,。那么在科學研究上,，有哪些突破性進展呢？新的技術(shù)突破,，往往孕育著新的市場應用機會,。南極熊希望下文可以幫助讀者從3D打印領(lǐng)域“掘金”。

《自然（nature）》雜志和《科學（science）》雜志是在學術(shù)界享有盛譽的國際綜合性科學周刊,，發(fā)布的都是科學世界中的多次重大發(fā)現(xiàn),、重要突破和科研成果。而3D打印作為近些年的熱門技術(shù),，眾多研究團隊在nature,、science發(fā)表過非常多的科研成果（貌似從事3D打印技術(shù)發(fā)表頂級論文,，存在很多的機會）。

之前,，南極熊整理了在nature,、science雜志上發(fā)表的部分3D打印技術(shù)論文。世界頂級學術(shù)雜志nature,、science上的3D打印技術(shù),，接下來南極熊繼續(xù)整理2020年在nature、science雜志以及子刊上發(fā)表的關(guān)于3D打印技術(shù)及其相關(guān)應用的論文,。

nature 子刊：廈門大學利用增材制造制造磁共振探針頭
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2020年11月29日,，中國廈門大學的研究人員利用快速成型制造技術(shù)創(chuàng)造了更精確的磁共振系統(tǒng)。他們已將工作成果發(fā)表在科學界權(quán)威期刊《 nature communications 》雜志上,。研究的重點是制造磁共振探針頭,，這是一種用于醫(yī)學想象、生物材料檢測,、空間成像和化學分析的非常難以制造的儀器,。探頭依靠射頻線圈來返回顆粒細節(jié)。因此,，生產(chǎn)這些線圈的精度會影響可能返回的數(shù)據(jù)質(zhì)量,。

△利用a熔融沉積建模(FDM)和b立體光刻外觀(SLA)技術(shù),，根據(jù)仿真設(shè)計逐層制作一個完整的探針頭(c),，d液態(tài)金屬通過注射孔灌注到模型中，形成射頻線圈,，e射頻線圈通過兩根銅條與匹配電路連接,，形成一個完整的探針。液態(tài)金屬通道的入口和出口用銀漿完全密封,�,？梢灾谱骱屠�用各種適合MR應用的3D打印探針頭，包括f用于MR的U管鞍形探針頭(SAP),、U管Alderman-Grant探針頭(AGP),、反應監(jiān)測探針頭(RMP)、電化學反應監(jiān)測探針頭(ECP),、梯度探針頭(GP),，以及g用于MRI的改進型螺線管成像探針頭(MSO)、改進型Alderman-Grant成像探針頭(MAG),。

廈門大學的科學家們將增材制造與液態(tài)金屬注射成型結(jié)合起來使用,。液態(tài)金屬被用來制造微米級的定制射頻線圈。這些線圈與定制的樣品室相輔相成,。樣品室是一個中性空間,，其中無線電頻率和磁能是一個已知的量,，這使得儀器可以測量磁場中的扭曲。定制化的樣品室?guī)缀涡螤钤试S磁共振儀器針對不同的應用進行定制,。這些傳感器件連接到射頻電路接口,。儀器組件穩(wěn)定在一個單件3D打印的聚合物塊中。

Nature子刊：3D打印用于神經(jīng)肌肉接口的柔性電子植入器件
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來自德國德累斯頓理工大學的Ivan R. Minev和俄羅斯圣彼得堡國立大學的Pavel Musienko的團隊在Nature Biomedical Engineering雜志上發(fā)表了題為“Rapid prototyping of soft bioelectronic implants for use as neuromuscular interfaces”的文章,，展示了一種利用軟復合材料制造生物電極陣列的技術(shù),，可以快速成型連接神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的軟電極植入物。

研究人員使用具有彈性和生物相容性的材料進行多材料打印,，制造電極陣列,。通過擠壓、噴墨和等離子表面活化來處理不同性質(zhì)的材料,，且電極數(shù)量和配置的可迭代設(shè)計保證了電極陣列的可定制性,。

絕緣基體由具有剪切變稀效應的硅膠擠出而成，控制電極陣列的整體幾何形狀,、組織接觸位置和互連路徑,。基體處理后可通過噴墨打印沉積電氣導管,。


《Nature》子刊：一種3D打印的高強度,、抗缺陷高溫合金！
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美國加州大學圣巴巴拉分校的Tresa M. Pollock等研究者,，報道了一類高強度,、抗缺陷的3D打印高溫合金，成分主要是含有大約相等的Co和Ni,，以及Al,、Cr、Ta和W,。在打印和后期加工時具有超過1.1 GPa的強度,，在室溫下拉伸延性大于13%。相關(guān)論文以題為“A defect-resistant Co–Ni superalloy for 3D printing”發(fā)表在NatureCommunications上,。

本文中,，研究者提出了一種可以通過選擇性激光熔煉(SLM)和電子束熔煉(EBM)兩種制造途徑加工的CoNi-基高溫合金，盡管存在高體積分數(shù)的理想“熔化”相γ′,，但仍可產(chǎn)生無裂紋的部件,。在凝固過程中，較低的溶質(zhì)偏析降低了裂紋敏感性,，而一旦凝固完成,，降低的液相γ′-“溶解”溫度減輕了開裂。室溫拉伸試驗表明,，與目前正在研究的其他鎳基高溫合金相比,，CoNi-基高溫合金具有優(yōu)良的延性和強度組合,。

Nature Communication：劍橋大學3D打印仿生珊瑚結(jié)構(gòu)培養(yǎng)藻類鏈接：http://93item.com/forum.php?mod=viewthread&tid=140902

來自劍橋大學和加州大學圣地亞哥分校的聯(lián)合研究小組，制造了3D生物打印的模仿珊瑚結(jié)構(gòu),，能夠生長微觀藻類群落,。 這項發(fā)表在《 Nature Communication》雜志上的研究，旨在提供一種最終減少溫室氣體排放并改善發(fā)展中國家用于生物制品的藻類種植的方法,。

Nature子刊：單液滴連續(xù)光固化3D打印
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中科院化學所的宋延林,、吳磊研究了打印過程中三相接觸線（TCL）的后退現(xiàn)象，在nature communications上發(fā)表了題為"Continuous 3D printing from one single droplet"的研究成果,，極大提高了光固化3D打印的材料利用率,。

從界面的角度來看，基體的化學成分和表面粗糙度對三相接觸線(TCL)的動態(tài)有很大的影響,。根據(jù)對天然蓮花和豬籠草表面的觀察,，表面的空氣或液體會大大降低界面在基底上的粘附，從而導致液滴的球形接觸或液體接觸這些表面時的滑動現(xiàn)象,。研究人員受這些現(xiàn)象的啟發(fā),，展示了一種從單個液滴中制造三維結(jié)構(gòu)的界面操作方法，具有較高的材料利用率,。該系統(tǒng)采用低液體樹脂附著力和低固化樹脂附著力的固化界面,，使3D打印過程具有可伸縮的三相接觸線。有效地減少了印刷過程中殘留樹脂的量,，樹脂利用率顯著提高,。此外，該工藝也防止了在高打印速度下高紫外線強度所造成的額外固化,。

單液滴連續(xù)光固化打印主要可以分為四個步驟,，（1）在輻照平面上滴一滴液態(tài)樹脂；（2）成型平面下降,，接觸液滴；（3）通過將UV圖案連續(xù)投射到固化界面上并以恒定的速度提升成型面,，液體樹脂可固化為顯示的UV圖案,；（4）在印刷過程中，樹脂液滴的TCL隨著液體樹脂的消耗而下降,。最后,，將液滴固化成所需的3D固化結(jié)構(gòu)，且在基板上幾乎沒有殘留物,。如Figure1 b-e所示,，采用24mm長的固化圓柱形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，樹脂利用率為99.6%,。由于液體樹脂與成型面之間的粘附作用,，剩余0.4%的液體樹脂留在成型面上,。

Nature 子刊：新型類器官打印技術(shù)實現(xiàn)大尺寸組織構(gòu)建
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瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院Matthias P. Lutolf課題組近期在Nature Materials發(fā)表“Recapitulating macro-scale tissue self-organization through organoidbioprinting”（該組剛發(fā)了一篇腸道類器官構(gòu)建的Nature）。介紹了一種新型類器官打印技術(shù)方法,，該方法結(jié)合了類器官制造技術(shù)和生物3D打印技術(shù)的優(yōu)勢,，并成功構(gòu)建了高度仿生的厘米尺度的組織，包括管狀結(jié)構(gòu),，分支血管和管狀小腸上皮體內(nèi)樣隱窩和絨毛域等,，為藥物發(fā)現(xiàn)和再生醫(yī)學研究提供了新的技術(shù)手段。

研究者創(chuàng)新性的提出了BATE打印技術(shù)（termed bioprinting-assisted tissue emergence),，使用干細胞和類器官作為自發(fā)的自組織構(gòu)建單元,，這些構(gòu)建單元可以在空間上排列以形成相互連接且不斷進化的細胞結(jié)構(gòu)。

令人嘆服的是研究者逆天的動手能力：將一個微擠出系統(tǒng)和顯微鏡（自帶三維運動臺）相結(jié)合,，構(gòu)建了一個自帶顯微圖像實時觀察的打印系統(tǒng),，并腦洞打開的提出了未來可基于自動顯微鏡實現(xiàn)時空結(jié)合的生物3D打印，即打印第一種組織,，并培養(yǎng)發(fā)育出一定的功能和形態(tài)后,，再基于顯微成像，放回打印機在第一種組織周邊打印第二種組織,，在空間和時間上都精準控制組織的發(fā)育,。

Nature子刊：Facebook開發(fā)3D打印虛擬現(xiàn)實手套
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Facebook虛擬現(xiàn)實實驗室團隊宣布開發(fā)出3D打印的虛擬現(xiàn)實（VR）手套。這套設(shè)備是與康奈爾大學的研究人員一起開發(fā)的,，具有柔軟的氣動執(zhí)行器,，可以 "測量局部力 "并為用戶提供 "觸覺反饋"。研究人員的研究結(jié)果在他們發(fā)表在《自然-通訊》雜志上的題為 "3D printable tough silicone double networks"的論文中進行了詳細介紹,。該報告由Thomas J. Wallin,、Leif-Erik Simonsen、Wenyang Pan,、Kaiyang Wang,、Emmanuel Giannelis、Robert F. Shepherd和Yiğit Mengüç共同撰寫,。

為了創(chuàng)建他們的新材料,，研究人員使用了一種硫醇烯有機硅配方作為基礎(chǔ)，因為它具有低粘度,、快速凝膠化和高反應轉(zhuǎn)化的品質(zhì),。相比之下，DN中的次要聚合物需要形成自己獨特的網(wǎng)絡(luò),，因此團隊使用了Mold Max系列樹脂,，因為它們固有的韌性和剛性。

兩階段的組合過程中，橡膠依次形成了光固化的硫醇烯有機硅和機械堅固的冷凝固化有機硅,。隨后的紅外光譜測試表明,，兩個網(wǎng)絡(luò)的相對質(zhì)量分數(shù)可以調(diào)整樹脂的打印性和機械性能。

利用四種不同的錫基橡膠材料,，該團隊隨后嘗試改變其DN中的基礎(chǔ)材料,，以調(diào)整其機械特性。

《Nature》：實現(xiàn)“不可能”,！3D打印微型二氧化硅氣凝膠
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近日,，瑞士聯(lián)邦材料實驗室的趙善宇研究員、Wim J. Malfait研究員合作利用3D打印技術(shù)將二氧化硅氣凝膠顆粒與二氧化硅溶膠結(jié)合,，首次成功制備出微型二氧化硅氣凝膠,。該氣凝膠只含二氧化硅，且比表面積高達751 m2/g,，熱導率僅為15.9 mW/(m·K),。該研究以題為“Additive manufacturing of silica aerogels”發(fā)表在《Nature》上。

二氧化硅氣凝膠具有極低的熱導率和其獨特的開孔結(jié)構(gòu),，在隔熱,、催化、物理,、環(huán)境修復,、光學設(shè)備和超高速粒子捕獲等方面有著廣泛的應用。它的一個主要缺點是較脆,。雖然在一些體積較大的應用如建筑隔熱設(shè)計方面,，可以利用纖維增強或者膠黏劑的方法解決較脆的問題。但是,，在制備小型二氧化硅氣凝膠時仍然受到限制,。增材制造為小型化提供了思路，但一直被認為不適用于制備二氧化硅氣凝膠,。

Nature子刊：近紅外光交聯(lián)水凝膠用于活體生物3D打印
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來自意大利帕多瓦大學的Nicola Elvassore團隊在Nature Biomedical engineering上發(fā)表題為“Intravital three-dimensional bioprinting”文章,，提出了一種活體生物3D打印方法。他們開發(fā)的光敏水凝膠HCC通過生物正交雙光子環(huán)加成法,，可以在大于850nm的波長下交聯(lián),，可實現(xiàn)在活小鼠的組織內(nèi)制造復雜組織結(jié)構(gòu)。

該研究證實了近紅外光激發(fā)下進行活體生物3D打印的可行性,。這種活體3D生物打印不會對生物組織造成傷害且具有非常高的組織穿透能力，可以利用常用的多光子顯微鏡對生物打印結(jié)構(gòu)進行精確定位和定位,，使活鼠組織內(nèi)部的復雜結(jié)構(gòu)得以制造,，包括真皮、骨骼肌和大腦,。

Nature子刊：金屬3D打印催化劑/反應器一體化系統(tǒng)
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2020年8月17日,，《nature communications》雜志上發(fā)表了一篇論文“Metal 3D printing technology for functional integration of catalytic system”,，研究了金屬3D打印產(chǎn)品本身可以同時作為化學反應器和催化劑（稱為自催化）。Fe-SCR和Co-SCR成功地催化了Fischer-Tropsch合成的液體燃料和CO2加氫,；Ni-SCR通過CO2重整CH4有效地生產(chǎn)合成氣（CO/H2）,。此外，Co-SCR的幾何研究表明,，金屬3D打印本身可以建立多種控制功能來調(diào)整催化產(chǎn)物的分布,。本項研究提供了一種簡單、低成本的制造方法,，實現(xiàn)了催化劑和反應器的功能集成,，將促進化學合成和3D打印技術(shù)的發(fā)展。

催化劑和反應器是傳統(tǒng)催化系統(tǒng)的兩個基本要素,。催化劑可以改變反應途徑,，提高反應效率，或選擇性地生產(chǎn)目標化學品,。反應器具有為各種催化反應提供適宜環(huán)境的重要功能,。雖然這兩個基本要素已經(jīng)發(fā)展了這么多年，但它們的研究重點卻截然不同,。催化劑的研究主要集中在制備方法,、反應機理、結(jié)構(gòu)表征,、催化劑性能等方面,。而反應器的研究則主要集中在更新反應器類型和功能、提高傳熱傳質(zhì),、降低壓降等方面,。到目前為止，催化劑和反應器的研究仍然是兩個不同的方向,，很少有研究成功地將催化劑和反應器進行功能集成,，從而有效地控制化學反應。因此,，在未來的催化體系中,，亟需發(fā)展它們的功能集成和協(xié)同作用，以實現(xiàn)優(yōu)異的化學合成,。

Nature Communications：利用三維立體光刻技術(shù)構(gòu)建具有非均質(zhì)微機械環(huán)境的三維生物支架
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美國科羅拉多大學機械工程系Xiaobo Yin教授團隊在Nature Communications上發(fā)表了題為Orthogonal programming of heterogeneous micro-mechano-environmentsand geometries in three-dimensional bio-stereolithography的研究論文,。該論文通過應用三維立體光刻技術(shù)（DLP打印技術(shù)）對水凝膠材料進行具有機械異質(zhì)性三維支架的打印研究，成功構(gòu)建了具有不同剛度的水凝膠支架,，為體外機械異質(zhì)三維組織的制造開辟了新的途徑,。

在DLP打印技術(shù)中，水凝膠材料在光源的照射下進行交聯(lián)，從而形成具有一定形狀的凝膠結(jié)構(gòu),，其中曝光劑量（曝光強度和曝光時間）是非常重要的工藝參數(shù),，它直接影響了水凝膠的交聯(lián)密度和每層固化厚度，大劑量的曝光（過大的曝光強度或者過長的曝光時間）在提高水凝膠交聯(lián)密度的同時,，也會大大增加固化厚度使得打印精度十分低下,。而在光照交聯(lián)的過程中，氧氣（O2）的存在會形成氧抑制區(qū)域,，影響最后的打印結(jié)果,。但在該研究中，他們發(fā)現(xiàn)控制一定程度的氧抑制層的存在,，可以使得每層的固化厚度對曝光劑量不敏感,，但是卻可以很好地調(diào)節(jié)局部的交聯(lián)密度，從而來構(gòu)建局部不同的機械剛度,。

《Nature》：受制造刀劍的頂級用鋼的啟發(fā)采用3D打印制造新型鋼材
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來自馬普研究所的人利用激光增材制造技術(shù)來制備Fe-Ni-Ti合金,，并通過開發(fā)出相應地快速淬火和用于DED的固有熱處理技術(shù)，成功制備出強度為1.3GPa,、延伸率為10%的新型鋼材,，這一結(jié)果發(fā)表在近日出版的《Nature》上。現(xiàn)在光不語帶領(lǐng)大家一睹為快,。

激光增材制造（LAM）在采用CAD文件進行制造復雜,、三維的金屬制品上是非常有吸引力的新型的制造技術(shù)。該技術(shù)采用數(shù)字化的技術(shù),，通過控制冷卻速率和循環(huán)加熱來控制工藝參數(shù)和顯微組織使得控制更加容易,。作者最近也報道了采用循環(huán)加熱技術(shù)，又叫固有熱處理技術(shù),，可以促進Ni-Al析出相在LAM制造時實現(xiàn)原位析出,。在這里，來自馬普研究所的研究人員報道了采用LAM技術(shù)對Fe19Ni5Ti（質(zhì)量百分比）合金進行原位定制的研究結(jié)果,。這種鋼通過Ni-Ti納米析出相的原位硬化,、原位馬氏體的形成來實現(xiàn)的，處理溫度為極易實現(xiàn)的200攝氏度,。通過在LAM過程中對納米析出相和馬氏體相變的局部控制來形成復雜層級的顯微組織,，通過多尺度來實現(xiàn)。從大約100納米厚的層厚到納米尺度的析出,。受到古代大馬士革鋼的啟發(fā)（一種古代制作刀劍的頂級用鋼,，在國外稱之為大馬士革鋼），由軟硬交互層組成,，該鋼在古代是由有經(jīng)驗的鐵匠采用折疊鍛造的方法來實現(xiàn)的,。我們也采用LAM技術(shù)制造出軟硬交替的層,。此次制造的材料其拉伸強度達到了1.3GPa,、延伸率達到10%,，其優(yōu)異的機械性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的大馬士革鋼。其原位析出強化的機制和局部顯微組織,，控制的原理還可以廣泛地應用析出強化合金和不同的增材制造工藝,。

Nature Communications ：華南理工大學研發(fā)出3D打印水凝膠支架修復“小弟弟”，成功恢復雄兔生殖能力,！
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華南理工大學施雪濤教授和美國俄克拉荷馬大學毛傳斌教授構(gòu)建了一種表面有肝素涂層的3D打印水凝膠支架,，并向其中植入了缺氧誘導因子（HIF-1α）突變的肌源性干細胞（MDSCs），以制備生物工程血管化海綿體,。將這種水凝膠支架植入海綿體缺損的兔模型中,，顯示出良好的生物相容性，無免疫排斥反應,，支持血管組織向內(nèi)生長并促進新血管生成以修復缺陷,。對修復后海綿體組織的形態(tài)、海綿體內(nèi)壓力,、彈性和收縮性的評價證明3D打印水凝膠支架不僅成功修復了陰莖缺損并恢復了陰莖勃起和射精功能,，恢復了受傷雄兔的生殖能力。

《Nature》子刊：3D打印鏡頭可實現(xiàn)超遠距離光譜分析
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2020年5月15日,，波蘭華沙大學的研究人員利用激光直接書寫（DLW）3D打印技術(shù)設(shè)計出了微米大小的鏡片,。這種3D打印的透鏡可以在各種材料上制作，包括易碎的石墨烯類材料,。物理系的研究團隊解釋說,，這種透鏡可以取代之前需要的笨重的顯微鏡物鏡，而這些物鏡是執(zhí)行單個納米大小的發(fā)光體（如量子點或原子薄的2D材料）的光譜測量所需的,。

此外,，這些笨重的顯微鏡必須放置在離待分析樣品約十分之一英寸的距離，這可能會對許多類型的現(xiàn)代實驗造成限制,。研究人員表示,，使用3D打印的鏡頭，可以將鏡頭正面與樣品表面之間的工作距離增加了兩個數(shù)量級以上,。這有可能為大類光學實驗開辟了新的前景,。


Nature:靜電噴流偏轉(zhuǎn)3D打印亞微米級結(jié)構(gòu)，速度快1千到1萬倍
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2020年2月,，西班牙的研究人員利用靜電噴流偏轉(zhuǎn)技術(shù)設(shè)計出了一種具有亞微米級特征的超快3D打印方法,。在詳細介紹這項新技術(shù)的論文中，作者解釋說,，他們創(chuàng)建靜電射流偏轉(zhuǎn)方法是為了克服現(xiàn)有快速成型制造技術(shù)在生產(chǎn)速度方面的限制,。從他們的測試中,，研究人員發(fā)現(xiàn)，靜電射流偏轉(zhuǎn)法可以通過將納米纖維以高達2000赫茲的逐層頻率堆疊在一起,，實現(xiàn)3D打印出具有亞微米級特征的物體,。

所達到的噴射速度和逐層頻率相當于在平面方向上的打印速度高達0.5 m每秒，垂直方向上的打印速度為0.4 mm每秒,，研究人員稱,，這比同等精度特征尺寸的技術(shù) "快三到四個數(shù)量級"。


《Nature》子刊：MIT工程師使用導電聚合物3D打印柔性腦部植入物
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2020年4月22日,，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員和工程師正在利用3D打印技術(shù)開發(fā)柔軟,、靈活的大腦電極，而所使用的材料是一種導電聚合物液體材料,。在對導電聚合物3D打印的研究中,，麻省理工學院的工程師們正致力于開發(fā)出符合大腦輪廓的軟性神經(jīng)植入物，并在不傷害周圍組織的情況下,，對活動進行較長時間的監(jiān)測,。

通常情況下，腦部植入物由金屬材料制成,，但是金屬會引起炎癥和疤痕組織的堆積,。而使用3D打印的柔性聚合物電子器件，有可能為現(xiàn)有的金屬電極提供一種更柔軟,、更安全,、更快速的替代方案，用于監(jiān)測大腦活動,。因此,，這項研究也可能有助于開發(fā)刺激神經(jīng)區(qū)域的大腦植入物，以緩解癲癇,、帕金森氏癥和嚴重抑郁癥的癥狀,。

在該論文中，研究人員介紹了一種基于聚（3,，4-乙二氧基噻吩）聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）的可3D打印導電聚合物墨水溶液,。通常是一種類似液體的導電聚合物溶液，它含有納米纖維,，提供了該材料的導電性能,。麻省理工學院的團隊將這種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一種更接近于 "粘性牙膏 "的材料，以使其可3D打印,，同時仍保留了材料固有的導電性,。

使PEDOT:PSS溶液與3D打印兼容的過程包括將材料凍干，去除液體,，并留下干燥的納米纖維基體,。然后將這些納米纖維與他們之前開發(fā)的水和有機溶劑的溶液混合,，形成嵌入納米纖維的水凝膠。通過對不同的水凝膠形態(tài)進行實驗,，研究人員發(fā)現(xiàn),，在5%到8%(按重量計算)之間的納米纖維產(chǎn)生了一種類似牙膏的材料，這種材料既具有導電性,，又適合送入3D打印機,。

Nature子刊 |“聚合物刷超表面光刻”技術(shù)， 納米級4D打印時代未來可期,！
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美國紐約市立大學的Adam B. Braunschweig（通訊作者）團隊報道了一種“聚合物刷超表面光刻”技術(shù)，其可以獨立控制圖案中每個像素的單體組成和特征高度,，并且像素邊緣長度約為5 μm,，同時避免了對昂貴光掩模的需求。將這些圖案稱為超曲面,，借用從同名的數(shù)學概念來表示該圖案,，在該模式中，每個像素有三個以上的屬性可以獨立控制（即用x和y位置表示聚合物高度和化學成分）,。因為四維（4D）打印已被用來表示對象的加性制造,，且這些對象的形狀隨著外部刺激而隨時間改變。為了創(chuàng)建這些超表面,，作者集成了數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）,、微流控技術(shù)和安裝在壓電平臺上的無氧反應室。

基于DMD的打印機已與微流體技術(shù)相結(jié)合,，用于寡核苷酸和寡肽微陣列的制造,，并可以制備用于組織工程的支架。該打印機是基于TERA-Print E系列儀器構(gòu)建的,，其可協(xié)調(diào)DMD（1024×768個獨立可控反射鏡）,、光源（405 nm LED，32 mW cm-2）和帶有CPU接口的壓電平臺以投射圖案從上載的圖像文件中獲取的圖像,。惰性氣氛腔室由一個密封的聚苯乙烯電池,、一個玻璃窗（將光從DMD傳遞到表面）以及用于將單體溶液引入反應性底物的管子的入口和出口孔組成。功能化基材上的另一塊玻璃板形成50 μL反應池,，其中溶液通過毛細作用力被吸到表面上,。由單體、溶劑和光敏劑組成的反應溶液通過注射泵控制反應池內(nèi)的流量引入和退出,。此外,，可以在上游并入微流體混沌混合器以混合不同比例的組分。該研究成果以題為“Polymer brush hypersurface photolithography”發(fā)布在國際著名期刊Nature Communications上,。

nature子刊：氧化石墨烯與蛋白質(zhì)3D打印出復雜血管組織
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2020年3月5日,，近日《Nature Communications》上發(fā)表了一項關(guān)于3D打印的最新研究,，詳細介紹了氧化石墨烯與一種蛋白質(zhì)的3D打印，可以組織成復雜的血管組織,。這項研究由諾丁漢大學和倫敦瑪麗皇后大學的Alvaro Mata教授領(lǐng)導,。

Mata教授解釋說：“通過從納米級開始有序地進行合成，生物成分的自上而下的3D打印以及自下而上的自組裝,，為生物制造提供了機會,。 在這里，我們正在制造與細胞兼容的微尺度毛細管狀流體結(jié)構(gòu),，具有生理相關(guān)的特性,，并具有流動的能力�,！�

Mata補充說：“這可以使實驗室中的脈管系統(tǒng)恢復活力,，并對開發(fā)更安全，更有效的藥物產(chǎn)生影響,，這意味著治療方法有可能更快地到達患者手中,。”

Nature子刊：生物3D打印向臨床轉(zhuǎn)化的機遇與挑戰(zhàn)
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目前,，3D打印的手術(shù)導板,、骨植入物、頜面部植入物和一些無生物活性的醫(yī)療器械在醫(yī)院屢見不鮮,，但是3D打印的活細胞支架應用到臨床依然面臨巨大的挑戰(zhàn),。近期，維克森林醫(yī)學院的Anthony Atalat教授在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表了題為“Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting”的Perspective論文,，系統(tǒng)地分析了生物3D打印技術(shù)向臨床轉(zhuǎn)化所面臨的機遇和挑戰(zhàn),。

首先，介紹了生物打印技術(shù)在軟骨,、骨,、和皮膚應用上的臨床進展：

• 軟骨
  

目前打印的軟骨組織在植入體內(nèi)后具有組織學和力學性能（圖1a）。未來為了更好地實現(xiàn)軟骨組織的生理功能,，需要重點突破生長因子,、機械性能和干細胞的梯度打印。

• 骨
  

目前主要利用生物打印技術(shù)誘導骨愈合（圖1b）,，而大段缺損還需要結(jié)合非打印的傳統(tǒng)產(chǎn)品來修復,。此外，生物打印也很難制造兼顧形態(tài)和功能的骨組織,。

• 皮膚
  

目前主要利用原位生物打印技術(shù),，對細胞和材料進行精確的控制，實現(xiàn)原位皮膚修復（圖1c,、d）,，但是現(xiàn)有的技術(shù)仍不能完全模擬皮膚的形態(tài),、理化和生理特性，包括促進,、調(diào)節(jié)毛囊的正常發(fā)育,，色素沉著，表皮的形成和成熟,。

《Nature》子刊：100納米精度結(jié)構(gòu)1秒打印2000層,，靜電射流偏轉(zhuǎn)3D打印技術(shù)
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2020年2月19日，南極熊看到《Nature》子刊《Nature Communications》發(fā)表了一篇論文,，介紹了一種 稱為"靜電射流偏轉(zhuǎn)" 技術(shù),，這項技術(shù)可以噴射出出亞微米級的射流，噴射速度可以達到1m/s（普通FDM 3D打印機的噴出材料的速度在50-150mm/s）,。

那么如此快速的噴射亞微米射流,，怎樣才能按照控制預設(shè)的結(jié)構(gòu)進行層層堆疊呢？研究人員在噴嘴周圍加上了電場,，通過控制電極上的電壓，使射流產(chǎn)生靜電偏轉(zhuǎn),。通過高達2000 Hz的電場頻率,，控制納米絲材按照規(guī)律層層堆疊來打印3D對象，噴射連續(xù)調(diào)節(jié)的加速度可以達到100萬m/s2,。最終這項新技術(shù)實現(xiàn)的平面內(nèi)打印速度高達0.5m/s,，垂直方向的打印速度可以達到0.4mm/s。

Nature子刊：光固化絲素蛋白墨水生物3D打印
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韓國哈林大學醫(yī)學院的Chan Hum Park和美國威克森林醫(yī)學院的Sang Jin Lee團隊首次合成了一種光固化生物墨水材料:甲基丙烯酸縮水甘油酯改性絲素蛋白（Sil-MA）,。研究發(fā)現(xiàn),，Sil-MA具有優(yōu)秀的載細胞DLP打印性能、良好的成軟骨能力及與天然軟骨相匹配的機械性能,。相應研究成果分別發(fā)表于期刊Nature Communications和Biomaterials上,。

清華大學《Science》論文：金屬3D打印致命氣孔產(chǎn)生原因找到了！
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2020年11月27日,，清華大學機械工程系助理教授趙滄與卡內(nèi)基梅隆大學和弗吉尼亞大學的學者合作發(fā)布了關(guān)于金屬激光3D打印的最新成果,。該項研究起于宏觀工藝，立于微觀細節(jié),。宏觀層面上,，在激光功率-掃描速率空間中，匙孔氣泡缺陷區(qū)域的邊界清晰而平滑,，且受金屬粉末加入的影響甚微,。在微觀層面上，這些氣泡缺陷的形成與匙孔根部的臨界失穩(wěn)有關(guān),；后者可以在熔池中釋放出聲波（沖擊波）,，進而驅(qū)動氣泡快速遠離匙孔,、并被凝固前端捕捉。

關(guān)于匙孔氣泡區(qū)邊界和氣泡缺陷起源的藝術(shù)插圖,。左側(cè),，在激光功率-掃描速率空間中，匙孔氣泡區(qū)邊界清晰而平滑,。右側(cè),，在該邊界附近，匙孔根部的臨界失穩(wěn)釋放出聲波（沖擊波）,，進而驅(qū)動氣泡快速遠離匙孔,。當氣泡被凝固前端捕捉，便成了缺陷,。

Science Advances：互補網(wǎng)絡(luò)生物墨水用于擴展和優(yōu)化生物3D打印能力
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倫敦帝國理工學院生物醫(yī)學工程研究所的Molly M. Stevens團隊,，在Science Advances發(fā)表的“Expandingand optimizing 3D bioprinting capabilities using complementary network bioinks”一文中，研究人員通過使用互補網(wǎng)絡(luò)生物墨水實現(xiàn)了生物3D打印過程中成型性和生物相容性之間更好地兼容,。該研究中所用的生物墨水同時具有溫敏性及光敏性,，它們通過互補的凝膠機制來調(diào)節(jié)打印過程的不同階段。

在該研究中,，研究人員通過篩選合適濃度的水凝膠剛度以實現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞的3D打印及培養(yǎng),，并進行了互補網(wǎng)絡(luò)生物墨水應用于組織工程的探索，且最終滿足細胞培養(yǎng)和組織工程的生物學需求,。

Science Advances：上轉(zhuǎn)換納米引發(fā)劑實現(xiàn)皮下原位光固化3D打印
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四川大學的茍馬玲研究員,、錢志勇教授和魏霞蔚教授團隊通過藍光引發(fā)劑LAP包裹上轉(zhuǎn)換納米粒子制備了核-殼結(jié)構(gòu)納米光引發(fā)劑（UCNP@LAP）。依托該光引發(fā)劑開創(chuàng)性地實現(xiàn)了皮下原位DLP打印,。相關(guān)研究論文：Noninvasive in vivo 3Dbioprinting發(fā)表于雜志Science Advances上,。

上轉(zhuǎn)換材料是一種能實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的材料。所謂上轉(zhuǎn)換發(fā)光,，指的是材料受到低能量的光激發(fā),，發(fā)射出高能量的光，即將吸收的長波長,、低頻率光轉(zhuǎn)換為短波長,、高頻率光。

上轉(zhuǎn)換材料由無機基質(zhì)及鑲嵌在其中的稀土摻雜離子組成,，通過調(diào)節(jié)無機基質(zhì)及摻雜稀土離子組成,、比例可將近紅外激發(fā)光轉(zhuǎn)化為紫外或可見光。

Scientific Reports：大阪大學3D打印有血管網(wǎng)絡(luò)的心臟組織
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日本大阪大學的研究人員最近發(fā)表了一篇論文‘Vascularized cardiac tissue construction with orientation by layer-by-layer method and 3D printer.’,，介紹了他們在血管化心臟構(gòu)造方面進行生物3D打印實驗的發(fā)現(xiàn),。論文的作者是Yoshinari Tsukamoto，Takami Akagi和Mitsuru Akashi，發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上,。

隨著組織工程在全球?qū)嶒炇抑械牟粩喟l(fā)展,，離3D打印人體器官的目標越來越近。 盡管對于許多科學家來說,，這種進展似乎遙不可及,，但新研究中3D組織的制造仍在繼續(xù)快速發(fā)展。 在本項研究中,，作者進一步完善了心臟組織工程學,。



劍橋大學Science子刊：組合3D打印微納纖維作為呼吸傳感器
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2020年初，全球集中爆發(fā)了新型冠狀病毒,、流行性感冒等急性呼吸道疾病,。在此背景下，對于普通民眾有關(guān)口罩種類選擇和正確佩戴的指導可以幫助減輕疾病傳播的風險,�,；�于此，英國劍橋大學黃艷燕教授Biointerface課題組研發(fā)了一種組合3D打印的微小透明導電纖維,，該纖維可以制作成低成本和可穿戴便攜式呼吸濕度傳感器,，傳感器可以靈敏的檢測人們佩戴不同種類口罩時呼吸氣體的擴散情況。

相關(guān)研究成果于9月30日以“Inflight fiber printing toward array and 3D optoelectronic and sensing architectures”為題發(fā)表于Science旗艦子刊Science Advances,，論文第一作者為課題組博士生王文宇,。同時，這項研究成果也登上了劍橋大學主頁9月30日的熱點新聞,。


研究團隊通過組合3D打印制備了復合維納纖維，這種復合纖維具有雙層結(jié)構(gòu),、高純度導電內(nèi)芯可由金屬（銀）或?qū)щ姼叻肿樱≒EDOT:PSS）制成,，外層是保護性聚合物包裹，類似于普通電線的雙層結(jié)構(gòu),，但直徑只有1-3微米,。該纖維在打印出的同時就可以很好的集成到電路中，在不需要任何后期處理的情況下可以實現(xiàn)極低的接觸電阻,。

《Science Advances》3D打印無溶劑超軟彈性體
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加州大學圣巴巴拉分校華人學者Renxuan Xie和Sanjoy Mukherjee教授團隊介紹一種設(shè)計概念,，該概念使得能夠在室溫下對超軟且無溶劑的洗瓶刷彈性體進行3D打印。關(guān)鍵的進展是一類包含統(tǒng)計性刷式聚合物的油墨,，這些聚合物會自組裝成有序的以人體為中心的立方球體相,。這些軟固體在20°C時會響應剪切作用而產(chǎn)生急劇且可逆的屈服，其屈服應力可以通過控制微相分離的長度尺度進行調(diào)整,。

可溶性光交聯(lián)劑的加入可以使擠出后的紫外線完全固化,，從而形成超軟彈性體，具有接近完美的可恢復彈性，遠超過屈服應變,。這些結(jié)構(gòu)屬性設(shè)計規(guī)則創(chuàng)造了令人興奮的機會,，以當前材料和工藝無法實現(xiàn)的方式定制3D打印彈性體的性能。


Engineering：適用于生物植入物的2D/3D/4D增材制造材料
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著名學術(shù)雜志《Engineering》上刊登了一篇香港城市大學研究人員發(fā)表的綜述文章,，“Development of Bioimplants with 2D, 3D, and 4D Additive Manufacturing Materials（可用于生物植入物開發(fā)的2D/3D/4D增材制造材料）”,。

在過去的30年中，增材制造（AM）發(fā)展迅速,，并在生物醫(yī)學應用中顯示出巨大的潛力,。AM是一種面向材料的制造技術(shù)，因為材料固化機制,，打印結(jié)構(gòu)精度,，后處理過程和功能應用均是基于打印材料的。但是,，用于制造生物植入物的三維（3D）可打印材料仍然非常有限,。在這項工作中，對用于生物植入物的2D/3D AM材料進行了調(diào)研,。此外,，在呂堅教授課題組先前開發(fā)的4D打印陶瓷前驅(qū)體及陶瓷材料的基礎(chǔ)上，本文提出了軟硬集成4D增材制造概念,，并對其在人體系統(tǒng)中復雜而動態(tài)的生物結(jié)構(gòu)上的潛在應用做了展望,。隨著多材料打印技術(shù)的發(fā)展，可以預期會有更多工作使用2D/3D/4D AM材料開發(fā)生物植入物和軟硬集成生物結(jié)構(gòu),。

Science子刊：受蜘蛛網(wǎng)啟發(fā),，研究人員開發(fā)出3D打印的防震材料
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蒙特利爾理工大學機械工程系的研究人員，使用3D打印設(shè)計了一種織物,，最多可吸收96％的沖擊力而不會破裂,。

這個團隊是從蜘蛛網(wǎng)的自然特性中汲取了靈感，通過加熱聚碳酸酯（PC）制成膠粘劑,，為易碎設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物,。選擇PC材料是因為它在通過熔融絲材制造（FFF）3D打印機擠出時粘度低。將來,，這種3D打印材料可以用于制造防彈玻璃,，甚至可以應用于航空領(lǐng)域，作為飛機發(fā)動機的保護涂層,。


Science子刊：溫州大學：首次實現(xiàn)電弧3D打印高熵合金,，強度塑性都高
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州大學陳希章教授團隊首次突破了多股絲材增材制造高熵合金制造技術(shù)，為大尺寸和復雜形狀高熵合金材料及產(chǎn)品的制造提供了一種有前景的制造方法,，制造的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金綜合性能優(yōu)異,，強度2.8GPa且塑性42%！

增材制造（AM）是一種非常有前途的制造方法，已廣泛應用于各個行業(yè),。當前,，通過AM方法制備高熵合金（HEA）的研究已被廣泛報道。粉末的使用受到沉積效率限制,，并且粉末不能打印大型零件,。線材增材制造具有獨特的優(yōu)勢，但由于HEA焊絲的生產(chǎn)需要將原料金屬熔煉然后進行拉拔等工藝,，因此至今尚未用于高熵合金的制造,，成本很高，而且需要很長時間,。此外,，一些高熵合金具有很高的強度和脆性，很難制造金屬絲,。

為此,，溫州大學陳希章等人首次設(shè)計并開發(fā)了一種新型的具有多種元素組成的復合絲材（CCW），可以用于非等原子Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金電弧增材制造（AAM）,。由7個細絲和5個元素組成的CCW具有高沉積效率,、焊接電弧自旋轉(zhuǎn)和節(jié)能等優(yōu)點。制造的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金達到強度2.8GPa和塑性42%的優(yōu)異結(jié)合,。相關(guān)論文發(fā)表在Journal of Materials Science& Technology,。



Science子刊：明尼蘇達大學完成3D打印心臟瓣膜模型，模擬患者真實感受
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美國明尼蘇達大學的研究人員在美敦力公司的支持下,，開發(fā)了一種突破性的工藝,，將心臟主動脈瓣和周圍結(jié)構(gòu)的逼真模型進行多材質(zhì)3D打印，模擬患者的真實外觀和感受,，有助于改善患者的預后,。該研究于8月28日發(fā)表在《科學進展》（Science Advances）雜志，題為“3D printed patient-specific aortic root models with internal sensors for minimally invasive applications”,。

這些患者特定的器官模型，包括集成到結(jié)構(gòu)中的3D打印軟傳感器陣列,，是使用專門的墨水和定制的3D打印工藝制造的,。
研究人員3D打印了主動脈根部，主動脈根部是離心臟最近并與心臟相連的部分,，由主動脈瓣和冠狀動脈開口組成,，具有三個瓣膜，稱為小葉,，被纖維環(huán)包圍,。該模型還包括左心室肌肉和升主動脈的一部分。

《Science Advances》：仿松針多級非對稱結(jié)構(gòu)超疏水表面多尺度液滴定向輸運
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大連理工大學馮詩樂副教授，受松針表面多級非對稱結(jié)構(gòu)啟發(fā),，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技術(shù)（nanoArch® S140）,，制備了仿松針多級非對稱結(jié)構(gòu)表面，實現(xiàn)了快速,、長程的液滴自發(fā)定向輸運,。該研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”為題發(fā)表在國際頂級期刊《ScienceAdvances》上，為液滴的定向輸運領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路,。論文第一作者為大連理工大學馮詩樂副教授,，通訊作者為香港城市大學王鉆開教授和巴黎高等物理化工學院David Quéré教授。

《Science》頭條：3D打印制備出結(jié)構(gòu)色可調(diào)的瓶刷嵌段共聚物光子晶體
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伊利諾伊大學香檳分校的Ying Diao教授在《Science Advances》上發(fā)表了題為“Tunable structural color of bottlebrush block copolymers through direct-write 3D printing from solution”的文章,，將非平衡自組裝與直寫3D打印技術(shù)結(jié)合,，制備了結(jié)構(gòu)色可調(diào)的瓶刷嵌段共聚物光子晶體。在打印單一油墨溶液時,，改變沉積條件后,，BBCP PC的峰值反射波長跨度為403到626 nm(藍到紅)，對應于>70 nm 疇間距變化(Bragg- Snell方程),。這是由于聚合物構(gòu)象的調(diào)制,，導致了層狀疇間距的變化。

Ying Diao教授認為,，在用于生產(chǎn)環(huán)保涂料和高選擇性光學濾光片等產(chǎn)品的聚合物中重現(xiàn)結(jié)構(gòu)色是一項挑戰(zhàn),。聚合物合成和加工需要精確控制，才能形成超薄有序的層,，產(chǎn)生我們在自然界中看到的結(jié)構(gòu)色,。他們成功開發(fā)了瓶刷嵌段共聚物3D直寫打印的方法，使3D打印不僅可以改變材料形狀,，還可以改變材料物理性質(zhì),。但是由于該方法不太適合大批量印刷，小組正在努力擴大這一工藝的工業(yè)相關(guān)性,。他們正在與Damien Guironnet,、Charles Sing和Simon Rogers小組合作，開發(fā)更容易控制的聚合物打印工藝,，使我們與大自然產(chǎn)生的鮮艷色彩更接近,。

《Science》子刊：在活體器官上原位3D打印可變形水凝膠傳感器！
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美國明尼蘇達大學Michael C. McAlpine等人開發(fā)了一種原位3D打印系統(tǒng),，該系統(tǒng)可以實時估算目標表面的運動和變形,，并利用此打印系統(tǒng)將傳感器打印在呼吸誘導變形的豬肺上。該基于水凝膠的傳感器與組織表面相容,，并通過電阻抗斷層掃描技術(shù)（EIT）提供變形的連續(xù)空間映射,。由于離子水凝膠具有高透明度,、可拉伸性、導電性,、高速響應等優(yōu)勢,，與采用其他材料EIT方法的工作相比，該技術(shù)具有對軟組織的理想機械適應性等優(yōu)勢,。

這種自適應的3D打印方法可以運用于機器人輔助的醫(yī)學治療,，從而能夠在人體內(nèi)外直接打印可穿戴電子設(shè)備和生物材料。該研究以題為“3D printed deformable sensors”的論文發(fā)表在《Science Advances》上,。



四川大學《Science Advances》：直接在生物體內(nèi)進行的無創(chuàng)生物打印
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四川大學的研究學者們報道 了采用近紅外光聚合作用為基礎(chǔ)的3D打印技術(shù)實現(xiàn)了體內(nèi)組織重建的無創(chuàng)傷3D打印,。在這一技術(shù) 中，通過一種數(shù)字微鏡器件將近紅外激光調(diào)制成定制的模式進行打印,，同時通過單體溶液聚合實現(xiàn)空間動態(tài)的投影打印,。通過在體外的近紅外激光輻射，皮下注射的生物墨水可以實現(xiàn)在定制化的組織重建處進行原位無創(chuàng)打印,。這一新技術(shù)可以不用通過手術(shù)植入的過程,，一個個性化的耳狀組織結(jié)構(gòu)和一個老鼠的載細胞共形支架組織修復的案例采用無創(chuàng)體內(nèi)生物打印進行了驗證。這一工作證明體內(nèi)創(chuàng)3D打印是可行的,。

前幾年,，四川大學康裕建將3D生物打印血管植入恒河猴體內(nèi)實驗成功的消息引發(fā)業(yè)內(nèi)震動。現(xiàn)在,，四川大學在生物打印上又取得新進展,，開創(chuàng)了體內(nèi)無創(chuàng)生物打印，這一成果發(fā)表在近期出版的頂刊《Sciecne Advances》上,。


Science子刊：膠質(zhì)母細胞瘤體外3D模型的長期藥效評價
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發(fā)表在Science Advances雜志上題為” High-resolution tomographic analysis of in vitro 3D glioblastomatumor model under long-term drug treatment”的文章,，來自特洛伊倫斯勒理工學院的Xavier Intes團隊和美國波士頓東北大學的Guohao Dai團隊開發(fā)了一個集成平臺，該平臺能夠生成（i）一個具有灌注血管通道的體外3D-GBM模型,，該模型允許長期培養(yǎng)和藥物輸送,，（ii）一個能夠使研究人員在整個體外模型上無創(chuàng)地評估縱向熒光信號的3D成像系統(tǒng)-2GMFMT（介觀熒光分子層析成像）。

《Science》封面文章：3D打印陶瓷燒結(jié)只需10秒鐘,，速度提升1000倍
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《Science》雜志發(fā)表了一篇論文,，馬里蘭大學（UMD）材料科學與工程系（MSE）的科學家研究了一種超快速高溫燒結(jié)（UHS）新工藝。在惰性氣氛中通過輻射加熱燒結(jié)陶瓷材料,，這種方法將燒結(jié)過程所需的時間縮短到10秒鐘,，比傳統(tǒng)的熔爐燒結(jié)方法快1000倍以上。在固態(tài)電池,、燃料電池、3D打印等行業(yè)中具有廣闊的應用前景,。

論文作者為美國馬里蘭大學胡良兵教授,、莫一非教授,，弗吉尼亞理工大學、加州大學鄭小雨教授和 加州大學圣地亞哥分校駱建教授團隊等人（共同通訊作者）,，論文題目為“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds”,。

最新《Science》：填補3D打印領(lǐng)域空白，消除了過大的回濺和穩(wěn)定熔池動態(tài)
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美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的SaadA. Khairallah等人利用高保真模擬,，同時結(jié)合同步加速器實驗,，在中納秒尺度上捕捉快速的多瞬態(tài)動力學，并發(fā)現(xiàn)取決于掃描策略和激光跟蹤與驅(qū)逐之間的競爭的新型濺射誘導缺陷的形成機制,。相關(guān)論文以題為“Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing”5月8日發(fā)表在Science上,。同時Science還配有一篇評述文章，題目為“Closing the science gap in 3D metal printing”,。

science：金屬3D打印濺射缺陷新機制
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2020年5月8日,，世界著名頂級學術(shù)期刊Science上發(fā)布了一篇《Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing》，簡單可翻譯為“控制金屬3D打印中相互依賴的中納秒級動力學和缺陷生成”,。對于提高金屬3D打印微觀質(zhì)量有巨大的幫助,，南極熊希望產(chǎn)業(yè)界人士可以認真了解下。

Saad A. Khairallah等在論文中表示,，最先進的金屬3D打印機有望徹底改變制造業(yè),，然而它們還沒有達到最佳的運行可靠性。目前的挑戰(zhàn)是控制復雜的激光-粉末-熔體池的相互依賴性（相互依賴）動力學,。使用高保真模擬,，結(jié)合同步加速器實驗，在中納秒尺度上捕獲了快速多瞬態(tài)動力學,，并發(fā)現(xiàn)了新的飛濺誘導缺陷形成機制,，這些缺陷的形成機制取決于掃描策略和激光跟蹤和驅(qū)逐之間的競爭。得出了穩(wěn)定熔池動力學和最小化缺陷的標準,。這將有助于提高制造可靠性,。

Science子刊：3D打印具有連續(xù)多方向剛度梯度的纖維素材料
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德國斯圖加特大學A.Menges教授團隊發(fā)表在Science Advances雜志上題為“Additive manufacturing of cellulose-based materials with continuous, multidirectional stiffness gradients”的文章，利用材料工程和數(shù)字處理的組合方法,，使具有連續(xù),，高對比度和多方向剛度梯度的纖維素基可調(diào)粘彈性材料能夠進行基于擠出的多材料增材制造。建立了一種工程化具有相似組成但具有不同機械和流變性能的纖維素基材料的方法,。集成這些物理和數(shù)字工具的優(yōu)勢是能夠以多種方式實現(xiàn)相同的剛度梯度,，從而打開了以前受材料和幾何形狀的剛性耦合限制的設(shè)計可能性。

為了強調(diào)將材料工程與定制制造策略相結(jié)合的重要性,，本研究使用了一種環(huán)保且豐富的基于生物聚合物的制造材料,，其應用范圍從組織工程到建筑業(yè)。這些物理和數(shù)字工具的綜合能力是能夠以多種方式創(chuàng)建多方向的連續(xù)剛度梯度,，從而擴展了FGM的設(shè)計可能性,。

Science大作深化：旋轉(zhuǎn)光固化3D打印快速構(gòu)建復雜活體組織
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加利福尼亞大學伯克利分校的Brett E.Kelly,、Indrasen Bhattacharya、Hossein Heidari在Science上發(fā)表的“Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction”提出一種全新的打印技術(shù),，他們開發(fā)了一種計算軸向光刻（CAL）方法,，該系統(tǒng)能夠選擇性的固化容器內(nèi)的GelMA水凝膠（GelMA：甲基丙烯酸酯明膠，EFL可提供標準化的,、成系列的GelMA產(chǎn)品）,，能夠把三維物體分解成為一組二維圖像并從不同的角度投射出來，讓光敏液體固化成所需要的三維形狀,。在不同的精度和材料條件下,，打印時間僅需30-120秒。該套系統(tǒng)的最高精度可以達到0.3毫米,。

隨后,，瑞士洛桑理工學院的 Christophe團隊在CAL方法的基礎(chǔ)上，進一步提出了“高分辨率的層析制造法”技術(shù),，極大地提高了打印速度和尺寸范圍,。該技術(shù)通過將一個圓柱形的樹脂容器設(shè)置成旋轉(zhuǎn)的，一邊有DLP調(diào)制器產(chǎn)生的光對容器進行照射,，這些光與樹脂容器的旋轉(zhuǎn)運動同步顯示,，在短短幾十秒的時間內(nèi)就可以實現(xiàn)打印的完成。相關(guān)論文“High-resolution tomographic volumetric additive manufacturing”發(fā)表于“Nature Communications”,。

Advanced Science：華中科大在4D打印領(lǐng)域取得重要進展
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華中科技大學材料學院史玉升教授團隊提出材料組合的思想制備柔性4D打印器件,，為性能變化、功能變化的4D打印提供了新的思路和方法,，相關(guān)成果以封面文章發(fā)表在《尖端科學》（Advanced Science）上,。

為解決傳感/執(zhí)行一體化的難題，史玉升教授團隊受蝎子縫感受器超敏縫結(jié)構(gòu)的啟發(fā),，仿生設(shè)計出梯度縫結(jié)構(gòu),，4D打印炭黑納米粒子/聚乳酸（PLA）復合材料，成形出具有自主形變并能自感知應變和溫度的仿生縫結(jié)構(gòu)器件,，實現(xiàn)了傳感/執(zhí)行一體化功能,，相關(guān)成果以封底文章發(fā)表在Advanced Science上。


Science子刊：哈工大冷勁松教授團隊《Adv.Sci.》：直寫4D打印技術(shù)研究進展
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哈爾濱工業(yè)大學冷勁松教授團隊在材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《Advanced Science》上發(fā)表了題為“Direct Ink Writing Based 4D Printing of Materials and Their Applications”的綜述文章,�,；仡櫫酥睂�4D打印技術(shù)的發(fā)展歷史，從材料的角度重點介紹了直寫4D打印技術(shù)的研究進展,。直寫4D打印主要有兩種技術(shù)路線：一是直接打印可變形材料,，包括形狀記憶聚合物、水凝膠及液晶彈性體等材料。二是在直寫打印過程中預置應力分布,、材料分布,，實現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)在特定激勵下釋放應力，完成主動變形行為,。文章概述了基于不同類型材料、不同打印策略,、不同驅(qū)動方法的直寫4D打印材料及可變形結(jié)構(gòu),，并詳細討論了直寫4D打印結(jié)構(gòu)的多功能性，及其在電子,、生物醫(yī)學與軟體機器人等領(lǐng)域上的潛在應用,。

Science子刊：美國德克薩斯大學：可見光快速3D打印技術(shù)鏈接：http://93item.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143259

將液態(tài)樹脂轉(zhuǎn)化為固態(tài)物體的光驅(qū)動3D打印(即光固化)傳統(tǒng)上由工程學科主導，在任何增材制造加工中它的 構(gòu)建速度最快,，分辨率 最高,。然而，由于降解和衰減(例如吸收和/或散射),，對高能紫外光/紫光的依賴限制了材料的范圍,。來自美國德克薩斯大學化學系的研究人員開發(fā)出能加快可見光固化速度的光敏聚合物樹脂并于8月20日發(fā)表在ACS Central Science上

Science子刊：3D打印可自主排汗的水凝膠致動器
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在Science Robotics雜志上題為“Autonomic perspirationin 3D-printed hydrogel actuators”的文章，來自康奈爾大學的Robert F. Shepherd團隊及其合作者報道了一種利用混合水凝膠油墨3D打印制造的軟體致動器,，它的創(chuàng)新點在于可通過致動器上的動態(tài)孔自主的局部出汗進行溫度調(diào)節(jié),。

研究者選擇開發(fā)兩種水凝膠油墨：一種由Aam單體組成，另一種由NIPAm和AAm單體組成（摩爾比為3：1）的共聚油墨,，同時還將氧化鐵和二氧化硅納米粒子摻入了油墨配方中,，以減少構(gòu)建時間并增加致動器的機械完整性。