這兩年，隨著3D打印行業的迅猛發展，3D打印技術在藝術設計、航空航天、軍工、醫療和消費電子產品等多個領域都大有用武之地。而近來，更是借著互聯網和智能制造的東風，開發出更多讓人匪夷所思的3D打印新技術。而這些新成果，也將再次改變整個3D打印產業的歷史，重塑3D打印技術的“新生命”！

 

    NASA開發出等離子3D納米打印技術

 

    日前，美國宇航局（NASA）的科學家們開發出了一種新型納米材料打印工藝，該工藝主要是利用噴嘴通過氦等離子體的開關來噴射納米管。當等離子體關閉時，納米管的密度小，該等離子體能夠以很高的密度和良好的附著力將納米管聚集在柔性基板上。但是由于打印之后需要將其加熱到幾百度來干燥油墨，因此仍然無法使用紙或布等材料。

 

    而如今，來自NASA Ames研究中心和美國SLAC國家加速器實驗室研究人員開發出了一種新的3D打印方法解決了這個問題。這種基于等離子的打印系統并不需要熱處理階段，事實上，整個過程只需要40攝氏度左右的溫度，而且也不要求打印材料一定是液態的。為了展示他們的技術，研究團隊在一張紙上覆蓋了一層碳納米管。為了做到這一點，他們通過一個噴嘴直接將碳納米管和氦離子等離子體的混合物噴到紙上。由于等離子體能將粒子集中在紙的表面，形成一個穩固的層，所以并不需要進一步處理。除此之外，他們還使用同樣的技術3D打印了兩個簡單的化學和生物傳感器。通過將某種分子添加到納米管與等離子體的混合物中，他們可以改變納米管的電阻并響應某些化合物。他們3D打印的化學傳感器是用來檢測氨氣的；而生物傳感器則是專門相應多巴胺的，這是一種與帕金森或者癲癇癥之類的疾病有關的神經傳遞素。

 

    Meyyappan表示這種方法很容易就能商業應用，只需進行一下比較簡單和廉價的開發即可。目前該團隊正在調整他們的技術，使其能夠支持其它的打印材料，比如銅等。這種技術還能夠將電池材料打印到很薄的金屬（比如鋁）板上，然后將該金屬板卷起來，制造出非常小，但是功能卻非常強大的電池，以用在手機或者其他設備上。

 

    生物打印筆BioPen問世

 

    生物3D打印技術總是能讓人拍案叫絕，無論是可以存活幾十天的3D打印大腦皮層組織，還是移植到老鼠身上的3D打印卵巢，這些都讓人感覺不可思議。近日，澳大利亞伍倫貢大學的研究人員們更是開發出了一種生物3D打印筆，堪稱生物3D打印界的3Doodler。

 

    這只筆被稱為 BioPen（生物筆），它的神奇之處在于，醫生可以在手術過程中，直接拿著筆將細胞“畫”在患者受損的骨頭或者軟骨組織上。聽起來很神奇吧！據了解，BioPen內部裝著含有干細胞的生物墨水，它們被裹在生物聚合物中，如褐藻膠（一種海藻提取物），外部再由一層水凝膠保護著。這些墨水可以直接擠壓在骨頭上，再通過筆身的UV燈凝固，之后這些干細胞便會在人體內繁殖，與神經，肌肉，骨細胞分隔開來，最終形成組織。

 

    從某種程度上來說，該項研究對于修復軟骨組織手術有著變革性影響，軟骨組織損傷后，往往很難確定究竟要植入何種形狀的人工軟骨，而如今只需用BioPen將受損部位填滿，軟骨組織便可自行恢復。此外，該項解決方案還可以更進一步地做成定制化模式，加上特定的藥物，促進康復和再生長速度。據了解，目前BioPen的原型是用醫療級塑料和鈦金屬3D打印而成的，重量很輕且利于消毒。迄今為止從3D打印筆BioPen擠出的細胞存活率在97%以上，堪稱是當前生物3D打印界的一大奇跡發明。

 

    4D打印技術潛力巨大

 

    近日，美國邁阿密大學的科學家們開發出一種方法可以控制3D打印對象指定部位的化學成分及其3D位置，可以說又為3D打印增加了一個新的維度。該研究團隊設計出了一個革命性的系統，該系統首次使用了基于溶液的模式反應。結合了1平方厘米的平行尖端陣列、微流體和光化學聚合反應，使刷狀聚合物在玻璃表面上生長。這個工藝本身只需要幾個步驟，無需使用高能激光束就可以達到亞微米的分辨率。

 

    據了解，組成該聚合反應的幾個部分——單體、光引發劑和溶劑——會流入擁有一個尖端陣列的微流控室。每個陣列大約有1.5萬個聚二甲基硅氧烷的角錐狀物以80微米的間隔排列，會使光線照到它們身上，這種光會啟動反應，在下面的表面上制作刷狀聚合物的圖案。如果要用不同的化合物成分組成相鄰的圖案，只需移動這些尖端即可。然后再將新的單體溶液引入這些微流控室，并重復這一過程。據稱，尖端位置還控制著打印對象細部的位置，光照射時間決定著聚合反應的程度，也就是對象高度，而單體標識決定著化學成分。

 

    Braunschweig認為他們的這種4D打印技術潛力巨大，在基因芯片、蛋白質陣列和刺激相應面方面都有很好的應用前景。研究團隊的最終目標是重建具有結構復雜性和化學性能的生物接口，比如大面積的細胞表面。我們期待他們將來會有更大的進展！