众所周知,目前主流的金属3D打印采用的是激光或者电子束烧结技术,而使用高能量的激光或者电子束扫描金属粉末床,使金属粉末熔化然后粘结在一起冷却成型进而逐层打印。然而,这项技术或许将逐渐被淘汰掉。近日,美国西北大学的一个科研团队开发出了一种全新的金属3D打印方法,可以说完全颠覆了以往的技术,它完全摒弃了激光或者电子束,而是采用了一种特质液体油墨和常见的熔炉分两步进行,第一步的成形方法和常见的FDM非常类似。
这个科研团队发明了一种混合了金属粉末、溶剂和弹性体粘结剂(一种医学领域经常会用到的聚合物)的特殊油墨,这种油墨可以在室温条件下直接用喷嘴挤出瞬间凝固,而其中因为使用了弹性体粘结剂,所以在这一阶段打印出的3D对象可以高度折叠或弯曲成更加复杂的结构,并且可以高达数百层厚而不至于坍塌,然后将已经形成的3D结构放在普通熔炉内进行烧结,金属粉末经过加热则会融化永久的粘结在一起。
传统激光、电子束烧结虽然能形成极强的金属3D结构,但其成本高昂且耗时,而像一种中控的零部件使用这种方法还有一些限制,其次,用激光逐层加热的方法会在不同的区域产生加热和冷却的应力,破坏打印对象的微观结构。而使用这种新方法,在熔炉内进行加热确保了均匀的温度和致密结构烧结,不会产生翘曲和开裂。并且,它可以一次使用多个挤出喷嘴,以更快速度打印出高达数米的3D结构,唯一的限制可能就是熔炉的尺寸了。
NO.4 3D打印人体微器官和干细胞
过去,胚胎干细胞3D打印机只能制造平面排列或简单的堆积,这被称为细胞“石笋”。如今,研究者声称他们首次开发出能够用3D打印技术来装填胚胎干细胞的方法。他们发明了一种胚胎干细胞3D打印机,能够通过逐层构建的方式来装填干细胞,从而形成所需要的立体结构。
这项研究是由北京清华大学(Tsinghua University)的孙伟教授和费城德雷塞尔大学(Drexel University)的机械工程教授合作进行,他们声称可以在可控条件下用3D打印来快速制造胚体,生产一模一样的胚胎干细胞模块,理论上这些模块还可以像乐高积木一样搭建组织甚至微器官。
实验中,研究者同时还用水凝胶打印了小鼠胚胎干细胞,这种材料与软性隐形眼镜的材料属同类。而且,据他们的最新研究显示,90%的细胞能够在打印过程中存活下来,这些细胞会在水凝胶支架中增殖成胚体,还会分泌健康胚胎干细胞才会分泌的蛋白,而且还能将水凝胶再次溶解获得胚体。
他们的下一步工作是研究怎样通过改变打印和结构参数来调整胚体的尺寸,以及怎么通过改变胚体尺寸来制造不同种类的细胞。这样能够促进临近的不同细胞同时生长,为在实验室生长微器官奠定基础。